Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

21
1 AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej PROJEKT INŻYNIERSKI pt. Mikrostruktura ściany kotła energetycznego napawanej InconelemImię i nazwisko dyplomanta: Mateusz Pietrzak Kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Inżynieria Spajania Nr albumu: 232291 Opiekun: dr hab. inż. Stanisław Dymek, Prof. AGH Podpis dyplomanta: Podpis promotora: Kraków 2013

Transcript of Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

Page 1: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

1

AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

PROJEKT INŻYNIERSKI

pt.

„Mikrostruktura ściany kotła energetycznego

napawanej Inconelem”

Imię i nazwisko dyplomanta: Mateusz Pietrzak

Kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa

Specjalność: Inżynieria Spajania

Nr albumu: 232291

Opiekun: dr hab. inż. Stanisław Dymek, Prof. AGH

Podpis dyplomanta: Podpis promotora:

Kraków 2013

Page 2: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

2

Oświadczam, świadomy odpowiedzialności karnej za poświadczenie nieprawdy, że niniejszy

projekt inżynierski wykonałem osobiście, samodzielnie, oraz że nie korzystałem ze źródeł

innych niż wymienione w pracy.

Kraków, dnia …………………. Podpis dyplomanta……………………………....

Page 3: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

3

Składam serdeczne podziękowania dla mojego opiekuna

dr hab. inż. Stanisław Dymek, Prof. AGH

za życzliwą pomoc przy realizacji pracy.

Page 4: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

4

Spis treści

1. Wprowadzenie .................................................................................................................. 5

2. Wymagania stawiane materiałom stosowanym w energetyce cieplnej .............................. 6

3. Stale do pracy w podwyższonej temperaturze ................................................................... 7

3.1. Przykładowe stale stosowane w budowie kotłów ...................................................... 8

3.2. Charakterystyka stali molibdenowych niestopowych ................................................. 9

3.3. Charakterystyka i skład chemiczny stali 16Mo3 .......................................................... 9

4. Inconel ............................................................................................................................ 10

4.1. Skład chemiczny i właściwości stopu Inconel 625 ..................................................... 11

5. Badania Własne .............................................................................................................. 14

5.1. Cel badań ................................................................................................................ 14

5.2. Materiały i metodyka badań .................................................................................... 14

5.3. Badania mikroskopowe ........................................................................................... 16

5.4. Badania mikrotwardości .......................................................................................... 19

6. Podsumowanie ............................................................................................................... 20

7. Literatura ........................................................................................................................ 21

Page 5: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

5

1. Wprowadzenie

Wraz z pojawieniem się coraz to nowszych wymogów dotyczących ochrony

środowiska (regulowanych m.in. przez Unię Europejską) pojawiają się nowe wyzwania

dla przemysłu energetycznego. Jak wiadomo energetyka (głównie elektrownie cieplne)

są odpowiedzialne za wprowadzanie do atmosfery znacznej ilości zanieczyszczeń w

porównaniu do innych gałęzi przemysłu. Ponadto na przestrzeni lat notuje się ciągły

wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną na całym świecie, co również wymusza

ciągły rozwój w przemyśle energetycznym. W Polsce prawie cała energia elektryczna

wytwarzana jest w elektrowniach cieplnych, najczęściej opalanych węglem. Nieustające

dążenie do ograniczenia emisji zanieczyszczeń do atmosfery, podwyższenia sprawności

bloków energetycznych oraz ograniczenia spalanego paliwa wymusiło ewolucje

energetyki konwencjonalnej. Spełnienie tych wymogów osiągnięto przez podniesienie

parametrów pary, czyli temperatury oraz ciśnienia. Podwyższenie tych parametrów ma

bezpośredni wpływ na żywotność materiałów, które są poddane ich długotrwałemu

działaniu. Agresywne środowisko pracy spowodowało, że dotychczas stosowane

materiały nie spełniały należycie swojej funkcji. Wymusiło to opracowania nowych

gatunków stali o właściwościach przewyższających te dotychczas stosowane.

Opracowanie nowych gatunków stali żarowytrzymałych przeznaczonych do budowy

bloków energetycznych na parametry nadkrytyczne oraz renowacji starych jest

procesem kosztownym i długotrwałym, lecz finalnie doprowadza do znacznego

obniżenia kosztów produkcji energii elektrycznej oraz zmniejsza degradację środowiska

[8, 9]

Page 6: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

6

2. Wymagania stawiane materiałom stosowanym w

energetyce cieplnej

Sukcesywny rozwój energetyki cieplnej jest uzależniony od rozwoju materiałów.

Ponadto duże znaczenie ma również rozwój technologii łączenia i kształtowania oraz

modyfikacji powierzchni tych stali. Podstawowymi wymaganiami stawianymi

materiałom przeznaczonym na elementy konstrukcyjne kotłów są:

Stabilne własności wytrzymałościowe podczas długotrwałej eksploatacji w

podwyższonych temperaturach.

Wysoka odporność na pełzanie.

Stabilna mikrostruktura w czasie długotrwałej eksploatacji.

Korzystne własności fizyczne, takie jak mały współczynnik rozszerzalności

liniowej i dobre przewodnictwo cieplne.

Odporność na wzrost kruchości w warunkach pracy.

Żaroodporność i odporność na korozję w długotrwałym kontakcie z parą

wodną.

Dobra spawalność i dobra odkształcalność podczas przeróbki plastycznej

zarówno na zimno jak i na gorąco.

Dostępność i umiarkowana cena.

Jak wynika z wyżej wymienionych punktów, wpływ na dobór materiału ma szereg

własności mechanicznych, fizykochemicznych oraz technologicznych. Ponadto materiał

oceniany jest z punktu widzenia strat energetycznych oraz wpływu na środowisko.

Zwraca się również uwagę na warunki montażu oraz ewentualnej obróbki cieplnej [1].

Page 7: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

7

3. Stale do pracy w podwyższonej temperaturze

Jest to grupa stali, która znajduje zastosowanie przy pracy do temperatury 600°C.

Inna nazwa tego gatunku stali to stal kotłowa. Stale te wykazują wysoką odporność na

korozję w otoczeniu gazów, szczególnie utleniających. Oczekuje się również od nich

dobrych własności wytrzymałościowych w wysokich temperaturach czyli

żarowytrzymałości. Stale przeznaczone do pracy w podwyższonej temperaturze ze

względu na strukturę i zastosowanie można podzielić na:

stale żaroodporne i żarowytrzymałe,

stale nisko i średniostopowe,

stale z zawartością 9÷12% Cr,

stale zaworowe,

stale austenityczne (chromowo-niklowe),

stale ferrytyczne,

stale niestopowe.

Stale przeznaczane do budowy kotłów oraz turbin parowych bardzo często

poddawane są ulepszaniu cieplnemu i po chłodzeniu na powietrzu najczęściej mają

strukturę ferrytyczno-perlityczną, perlityczno-bainityczną, martentytyczną,

martenzytyczno-ferrytyczną. Głównym odbiorcą tych stali jest przemysł energetyczny

oraz chemiczny do wykonywania elementów kotłów i turbin, zbiorników ciśnieniowych

itp. czyli na elementy, które narażone są na długotrwałą pracę w wysokich

temperaturach [1].

Page 8: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

8

3.1. Przykładowe stale stosowane w budowie kotłów

Najważniejsze gatunki stali stosowanych w budowie kotłów przedstawiono na

rys. 1.

Rys.1 Stale stosowane na kotły w firmie Sefako S.A [7]

Page 9: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

9

3.2. Charakterystyka stali molibdenowych niestopowych

Molibden występujący w tej grupie stali jest silnie ferrytotwórczy oraz obniża

temperaturę przemiany perlitycznej, nie wpływając na temperaturę przemiany

bainitycznej. Dlatego w stalach molibdenowych może występować struktura

ferrytyczno-perlityczna, ferrytyczno-bainityczna, czy nawet bainityczna. Molibden

działa korzystnie na odporność na kruche pękanie oraz powoduje wzrost udarności.

Jego zawartość w przedziale od 0,25 do 1% wzmacnia odporność na pełzanie,

wytrzymałość na rozciąganie, twardość a także granicę plastyczności. Z drugiej strony

molibden oddziałuje niekorzystnie na wydłużenie i przewężenie oraz obniża krytyczną

szybkość chłodzenia. Dodatkowo zwiększa odporność na zużycie.

Wyżej wymienione własności stali molibdenowych sprawiły, że ta grupa stali

znalazła szerokie zastosowanie w energetyce, na przykład do wytwarzania zbiorników

ciśnieniowych oraz na elementy kotłów energetycznych. Ich szerokie zastosowanie

determinuje również fakt, iż stale te dają się łatwo spawać z zastosowaniem

konwencjonalnych metod i materiałów spawalniczych.

Jednym z przedstawicieli tej grupy materiałów jest stal 16Mo3, która zostanie

szerzej opisana w kolejnym rozdziale, gdyż z niej wykonane są ściany kotła

energetycznego, której badanie jest tematem tej pracy [2].

3.3. Charakterystyka i skład chemiczny stali 16Mo3

Gatunek 16Mo3 to stal molibdenowa, która charakteryzuje się bardzo dobrą

odpornością na wysokie temperatury oraz korozję. Te cechy sprawiają, że stal 16Mo3

znajduje zastosowanie przede wszystkim jako materiał do produkcji zbiorników i

kotłów, a co się z tym wiąże także kształtek rurowych. Materiał daje się łatwo spawać z

zastosowaniem konwencjonalnych metod i materiałów spawalniczych. Wysoka

odporność na temperaturę materiału 16Mo3 sprawia, że materiał ten znajduje także

zastosowanie w rurociągach transportujących gorące ciecze. Jej skład chemiczny

przedstawiono w tabeli 1.

Page 10: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

10

Zawartość chromu w stopie gwarantuje podwyższoną odporność na korozję, a

wyższa zawartość molibdenu przekłada się na wzrost odporności na pełzanie. Stal

16Mo3 charakteryzuje się także dobrą wytrzymałością na rozciąganie, która jednak

maleje wraz ze wzrostem temperatury [4].

Najważniejsze zalety stali 16Mo3:

wysoka odporność na korozję i pełzanie,

dobre własności spawalnicze,

duża wytrzymałość na rozciąganie oraz granica plastyczności,

dobra odporność na zużycie i zmęczenie.

Tabela 1. Skład chemiczny stali w 16Mo3 [3]

Oznaczenie stali Skład chemiczny %

Znak Numer C Si max Mn P max S max Mo

16Mo3 1.5415 0,12 do

0,20

0,35 0,40 do

0,90

0,025 0,015 0,25 do

0,35

Stale niestopowe mają bardzo dobre własności mechaniczne. Jednak powyżej

370°C zaczynają pełzać, a podczas długotrwałej eksploatacji tworzy się grafit kosztem

rozkładającego się cementytu. To z kolei prowadzi do pogorszenia własności

mechanicznych. W tabeli 2 przedstawiono przykładowe właściwości mechaniczne [4]

Tabela 2. Przykładowe własności mechaniczne [3, 2]

Znak

stali

Temperatura, °C Minimalne własności mechaniczne

austenizowania odpuszczania Re,

MPa

Rm,

MPa

A,

%

R0,2, MPa w temp

400°C 500°C

16Mo3 890-960 620-700 295 440 23 160 150

4. Inconel

Inconele - grupa austenitycznych nadstopów niklowo-chromowych. Stopy te

zawierają 45-80% Ni, 15-29 Cr, 14-20% Co, 3-26% Mo, 1-22% Fe a także zależnie od

gatunku: wolfram, wanad, tytan, aluminium, krzem w mniejszych ilościach. Należą do

rodziny stopów żarowytrzymałych i żaroodpornych. Są odporne na działanie wysokiej

temperatury i agresywnego środowiska, przez co znajdują szerokie zastosowanie w

przemyśle energetycznym. Ich nazwa jest zarejestrowanym znakiem handlowym jako

Page 11: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

11

INCONEL® w firmie Special Metal Corporation. Podczas podgrzewania, Inconel

tworzy grubą, stabilną warstwę ochronną chroniącą powierzchnię przed atakami, a

także zachowuje swoje właściwości wytrzymałośćiowe w szerokim zakresie temperatur.

Najważniejsze zalety stopów z rodziny Inconel to:

odporność na utlenianie i korozję w ekstremalnych warunkach,

integralność struktury w wysokich temperaturach,

zdolność pasywacji przy nagrzewaniu,

dobra wytrzymałość na rozciąganie,

mały współczynnik rozszerzalność cieplnej,

dobra spawalność,

wysoka odporność na pełzanie,

dobra wytrzymałość zmęczeniowa

Szereg zalet tych stopów spowodował, że znajdują one zastosowanie nie tylko w

energetyce, ale również w przemyśle lotniczym, stoczniowym, motoryzacyjnym,

chemicznym a także zbrojeniowym.

Jeden ze stopów Inconelu o nazwie komercyjnej Inconel 625, jest

wykorzystywany do pokrywania ścian kotłów energetycznych [5, 6].

4.1. Skład chemiczny i właściwości stopu Inconel 625

Wśród stopów niklu typu Inconel wyróżnia się wiele jego odmian, np. Inconel

600, Inconel 617, Inconel 718, Inconel 825, oraz Inconel 625 któremu poświęcony jest

ten podrozdział. Różnią się one między sobą składem chemicznym, własnościami oraz

zakresem zastosowania.

Głównym pierwiastkiem stanowiącym osnowę w stopach Inconel jest nikiel.

Nikiel jest ferromagnetykiem należącym do grupy materiałów odpornych na korozję.

Jest materiałem dobrze spawalnym i podatnym na obróbkę plastyczną. Charakteryzuje

się dobrymi własnościami mechanicznymi do temperatury 500°C.

Drugim najważniejszym składnikiem stopów Inconel jest chrom. Chrom w

temperaturze pokojowej jest mało aktywny chemicznie, natomiast w wysokich

temperaturach reaguje z tlenem, azotem, wodorem, węglem oraz parą wodną.

Page 12: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

12

Jest łatwo rozpuszczalny w kwasie solnym i siarkowym. W wysokiej temperaturze

pokrywa się warstwą tlenków. Chrom jest pierwiastkiem podnoszącym odporność na

utlenianie i korozję wysokotemperaturową.

Kobalt poprawia właściwości technologiczne roztworu stałego oraz podwyższa

żarowytrzymałość. Aluminium podwyższa żaroodporność oraz ma swój udział

w powstawaniu umacniających faz międzymetalicznych γ’. Tantal i tytan tworzą

węgliki MC oraz stabilizują fazę γ. Wolfram i molibden tworzą węgliki typu M6C oraz

umacniają roztworowo, bor - w stężeniu do 0,02%, podwyższa wytrzymałość na

pełzanie, cer - zwiększa odporność na wysokotemperaturowe utlenianie, krzem - w

stężeniu powyżej 0,2% korzystnie wpływa na żaroodporność, itr - poprawia

wytrzymałość i odporność korozyjną w termicznie zmiennych warunkach. Skład

chemiczny stopu inconel 625 przedstawiono w tabeli 3 [6].

Tabela 3. Skład chemiczny Inconel 625 [6].

Inconel 625 cechuje się bardzo dobrą odpornością na wysoką temperaturę oraz

małą rozszerzalnością cieplną. Właściwości te powodują, iż znajduje on zastosowanie

na powłoki ścian szczelnych kotłów energetycznych. Stop ten posiada bardzo dobrą

wytrzymałość bez konieczności utwardzania, a także wysoką wytrzymałość na

rozciąganie, którą można uzyskać przez obróbkę plastyczną na zimno. Duża zawartość

Cr w tym stopie (ok. 20% ) zapewnia wysoką odporność na utlenianie, natomiast

dodatek Mo (8-10%) daje odporność na korozję wżerową i szczelinową. Inconel 625

charakteryzuje się dobrą spawalnością oraz odpornością na korozję międzykrystaliczną

dzięki zawartości Nb (3,15-4,15%). Żarowytrzymałość w temperaturach powyżej 600°C

jest uzależniona głównie od odporności na pełzanie.

Inconel 625 jest bardzo plastyczny, przez co daje się łatwo formować. Z uwagi na

wysoką oporność korozyjną w środowisku gazów oraz żaroodporność jest stosowany na

części turbin gazowych, komór spalania itp. Temperatura topnienia tego stopu wynosi

około 1280-1350°C, a gęstość 8,44 g/cm3. W tabelach 4 i 5 przedstawiono przykładowe

właściwości mechaniczne stopu inconel 625 [6]

Oznaczenie

stopu

% masy

Inconel 625 Ni Cr Mo Fe Nb C Al Si Reszta 20-23 8-10 5 3,15- 4,15 0,10 0,4 0,5

Page 13: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

13

Tabela 4. Właściwości mechaniczne stopu Inconel 625 [5].

Temperatura

badania, °C

Granica

Plastyczności

R0,2 MPa

Wytrzymałość na

rozciąganie

Rm MPa

Wydłużenie

(50,8 mm)%

25 496 957 38

93 464 919 41

204 429 892 44

315 410 866 45

427 408 843 45

538 405 827 46

649 393 825 47

760 381 609 70

871 3241 359 69

982 75 172 108

1093 42 92 89

Badania przeprowadzono na blachach,

Obróbka cieplna: wyżarzanie 1052 °C, szybkie chłodzenie

Tabela 5. Wytrzymałość na rozciąganie w podwyższonej temperaturze dla stopu Inconel 625 [5].

Temperatura

badania, °C

Wytrzymałość na rozciąganie w

podwyższonych temperaturach po

czasie pracy, MPa

10 h 100 h 1000 h

649 565 490 414

760 248 186 138**

871 83 46 26**

Badanie przeprowadzone na blachach

Obróbka cieplna: wyżarzanie 1025 °C, szybkie chłodzenie

**Extrapolacja

Page 14: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

14

5. Badania Własne

5.1. Cel badań

Celem pracy było zbadanie mikrostruktury i własności napoiny Inconelu 625

napawanej na stal 16Mo3. Badania prowadzono na materiale dostarczonym przez firmę

SEFAKO S.A.

5.2. Materiały i metodyka badań

Próbka do badań została pobrana z fragmentu ściany kotła energetycznego

wykonanego ze stali 16Mo3 (ferrytyczno-perlityczna). Skład chemiczny stali

przedstawia Tabela 1. Oznaczenie stali wg PN-EN 10216-2:2002. Stal napawana była

stopem Inconel 625 metodą MIG. Rysunek 2. przedstawia fragment ściany kotła

energetycznego z zaznaczonym miejscem pobrania próbki. Parametry procesu

napawania zawiera Tabela 6.

Rys. 2 fragment ściany kotła energetycznego z zaznaczonym miejscem pobrania próbki.

Page 15: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

15

Tabela 6. Parametry procesu napawania

Natężenie

(A)

Napięcie

(V)

Prędkość spawania

(cm/min)

Rodzaj gazu

osłonowego

Prędkość przepływu gazu

osłonowego (l/min)

196 19 100 Argon 17

Próbka wycięta była na przecinarce precyzyjnej typu Minitom Struers, po czym

została zainkludowana. Zgłady szlifowano na szlifierce typu Struers z użyciem

wodoodpornych papierów ściernych o stopniowo zwiększającej się gradacji od 100 do

2000. Następnie próbki wypolerowano mechanicznie polerką typu Struers LabPol-5.

Trawienie zgładu przeprowadzone było w dwóch etapach. Najpierw trawienie

elektrochemiczne 10% roztworem wodnym CrO3 przez 20 sekund przy napięciu 3V.

Następnie trawienie odczynnikiem złożonym z FeCl3 + HCl + C2H5OH przez 15

sekund. Wygląd tak przygotowanej próbki przedstawia Rysunek 3.

Rys. 3. Wygląd próbki po polerowaniu i trawieniu.

Page 16: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

16

Tak przygotowana powierzchnia zgładu badana była przy pomocy mikroskopu

świetlnego typu Axio Imager MAT M1m firmy Carl Zeiss. Po wykonanej dokumentacji

fotograficznej mikrostruktury próbki badano padaniu mikrotwardości metodą Vickersa

mikrotwardościomierzem typu TUKON 2500 przy obciążeniu 1 [kG].

Rys. 4. Aparatura używana w badaniach

5.3. Badania mikroskopowe

Na rysunku 5 przedstawiona została mikrostruktura napoiny, materiału podłoża

oraz linia wtopienia. Podłoże ma strukturę ferrytyczno-perlityczną. W obszarze strefy

wpływu ciepła występuje grube ziarno, które zmniejsza się wraz z oddaleniem się od

linii wtopienia (rys. 6.). Widoczne są również lekkie podhartowania, które są naturalną

konsekwencją szybkiego chłodzenia po napawaniu. Na rysunku 6 zaznaczono warstwę

nieruchomą (tzw. warstwa Nersta), która występuje bezpośrednio przy niestopionym

lub częściowo stopionym materiale napawanym. W warstwie nieruchomej stopiony

metal pozostaje niewymieszany ze stopiwem i obszar ten nazywany jest strefą

niewymieszania (SNW).

Page 17: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

17

Rys. 5 Mikrostruktura materiału w napoinie oraz SWC.

Rys. 6 Mikrostruktura stali 16Mo3 z zaznaczoną strefą niewymieszania.

Napoina

Podłoże

Podłoże

Linia wtopienia

Page 18: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

18

Strukturę napoiny przedstawiono na rysunku 7. Analiza struktury wykazuje że w

wyniku segregacji w procesie krzepnięcia napoiny w przestrzeniach między

dendrytycznych tworzą się fazy o charakterze ziaren kolumnowych, których kierunek

wzrostu uwarunkowany jest kierunkiem odpływu ciepła. Z tego też względu ziarna

leżące w bezpośredniej styczności z linią wtopienia ułożone są prostopadle w stosunku

do niej. W obszarze linii wtopienia występuje strefa przegrzania charakterystyczna dla

stali 16Mo3. Charakter tworzących się faz może mieć wpływ na odporność korozyjną.

Rys. 7 Mikrostruktura napoiny wykonanej stopem inconel 625

Page 19: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

19

5.4. Badania mikrotwardości

Pomiary zostały wykonane w odstępach 0.25 mm. Rozkład pomiarów twardości

pokazano w Tabeli 7 oraz na wykresie.

Tabela 7. Wyniki mikrotwardości na próbce

Mikrotwardość HV

Nr pomiaru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Napoina Podłoże

253 256 247 247 251 237 417 405 348 311 278

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

253 228 184 192 192 192 188 188 191 182 185

Z pomiarów wynika, że średnia twardość w napoinie wynosi około 250 HV i nie

zmienia się znacząco na całym jej przekroju. Twardość rośnie bardzo wyraźnie po

przekroczeniu linii wtopienia i wynosi 417 HV. Gwałtowny wzrost twardość jest

spowodowany podhartowaniem materiału podłoża w strefie wpływu ciepła. W

obszarach gdzie chłodzenie było najbardziej intensywne doszło do przemiany

martenzytycznej, i powstania twardej mikrostruktury. Wraz z oddalaniem się od linii

wtopienia widać stopniowy spadek twardości, który poza SWC stabilizuje się na

poziomie około 190 HV. Obszar w którym zaszły zmiany strukturalne na skutek

dostarczonego ciepła w procesie napawania, to około 2 mm od linii wtopienia.

Page 20: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

20

6. Podsumowanie

Badania mikroskopowe wykazały, że na linii wtopienia nie występowały pęcherze

przyklejenie lub nieciągłości, zatem nie stwierdzono żadnych wad lub niezgodności

spawalniczych. W całym przekroju warstwy napawanej również nie znalazły się

pęknięcia czy wtrącenia niemetaliczne, a więc materiał spełnia kryteria odbioru warstw

napawanych. Analizując wyniki mikrotwardośći można stwierdzić, iż na przekroju

napoiny twardość nie zmienia się znacząco i jest charakterystyczna dla stopu inconel

625. Po przekroczeniu linii wtopienia twardość wzrasta gwałtownie po czym stopniowo

maleje wraz z oddalaniem się od linii wtopienia. Przyczyną tak wysokiej twardości w

strefie wpływu ciepła jest skład chemiczny stali 16Mo3. Obecność manganu i krzemu

poprawia hartowność i tłumaczy obecność martenzytu w SWC. Inną przyczyną może

być duża ilość ciepła wprowadzona do materiału podczas napawania, co jest

charakterystyczne dla metody MIG. Nie bez znaczenia pozostaje również dobór

parametrów napawania.

Page 21: Mateusz Pietrzak ,,Mikrostruktura Ściany Szczelnej Kotła Energetycznego Napawanej Inconelem''

21

7. Literatura

[1] Bącal Ł., Blacha Ł., Urbańczyk M.: Stale stopowe do pracy w podwyższonych

temperaturach. [Prezentacja ppt.] AGH 2011

[2] Blicharski M.: Inżynieria materiałowa Stal, Wydawnictwo Naukowo Techniczne,

Warszawa 2004

[3] PN - EN 10222-2:2002 Odkuwki stalowe na urządzenia ciśnieniowe- Część 2:

stale ferrytyczne i martenzytyczne o określonych własnościach w podwyższonych

temperaturach.

[4] Tasak E., Jarosiński J., Błaszczyk M.: Napawanie stali stosowanych w energetyce

stopami: Przegląd Spawalnictwa, nr. 1, 2007

[5] Dul I.: Application and processing of nickel alloys in the aircraft industry.,

Przegląd Spawalnictwa, nr.7-8, 2009

[6] Klonowski B., Szopa K., Baczyński P. Inconel [Prezentacja ppt.] AGH 2010

[7] Materiały dodatkowe z firmy SEFAKO S.A - informacje własne

[8] Grzegorz Golański, Joanna Kępa, Nowoczesne stale dla energetyki:

charakterystyka, Politechnika Częstochowska, 2011

[9] Prace zespołu obróbki powierzchniowej pod red. Krzysztofa Tubielewicza,

Rościsława Melechowa. Materiały stosowane w energetyce cieplnej,

Politechnika Częstochowska 2003