×

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
okładka.jpg

SPIS TREŚCI (POBIERZ)

 

Józef Paduch, Wojciech Szulc

Instytut Metalurgii Żelaza

RENESANS PRZEMYSŁU STALOWEGO W UNII EUROPEJSKIEJ

Omówiono sposoby przeciwdziałania trwającemu kryzysowi przemysłu stalowego w Unii Europejskiej oraz wynikające stąd zadania w obszarze badań i innowacji dla przemysłu stalowego. Kryzys finansowy z roku 2008, który przerodził się w kryzys gospodarczy o zasiągu światowym, ujawnił niedoskonałości europejskiej polityki gospodarczej. Nadmierna dbałość UE o środowisko naturalne i dążenie do zostania światowym liderem w zakresie polityki proekologicznej skutkowało zaniedbaniami w polityce przemysłowej, zwłaszcza w odniesieniu do przemysłów surowcowych, w tym hutnictwa żelaza i stali. Niekorzystne skutki takiej polityki gospodarczej przyczyniły się do pogłębienia kryzysu gospodarczego. Od 2012 roku Komisja Europejska rozpoczęła działania zmierzające do zmiany tego stanu, co nazwane zostało „industry renaissance”. Obecnie przemysł europejski, w tym szczególnie budownictwo, przemysł motoryzacyjny i stalowy, zaczynają być uznawane jako wiodące sektory gospodarki, o znaczeniu strategicznym i jako siła napędowa rozwoju gospodarczego. Na tym tle pojawiły się większe niż dotychczasowe możliwości prowadzenia prac badawczorozwojowo-innowacyjnych dla sektora stalowego z wykorzystaniem zarówno środków europejskich (np. Horyzont 2020, Programy Operacyjne), jak i krajowych (np. programy strategiczny i sektorowy).

Słowa kluczowe: sektor stalowy, kryzys, renesans przemysłu, badania, rozwój, innowacje

 

Janusz Dobrzański

Instytut Metalurgii Żelaza

Piotr Duda

Politechnika Krakowska

Leszek Mirecki

Rafako S.A.

MODELOWANIE ZJAWISKA PEŁZANIA ORAZ SYMULACJA PRACY WYBRANYCH ELEMENTÓW PRZEGRZEWACZA PARY CZĘŚCI CIŚNIENIOWEJ KOTŁA O NADKRYTYCZNYCH PARAMETRACH PRACY

Przedstawiono wybrane wyniki badań uzyskane w projekcie rozwojowym pt. „Ocena zachowania się i prognoza długotrwałej pracy stali nowej generacji na elementy kotłów eksploatowanych powyżej temperatury granicznej” [1], w zakresie zbudowania modeli zjawiska pełzania, które to modele wraz z zaproponowaną analizą numeryczną posłużyły do opracowania sposobu wyznaczania trwałości eksploatacyjnej elementów o zróżnicowanej geometrii do pracy w części ciśnieniowej kotłów o parametrach nadkrytycznych (ciśnienie do 28,5 MPa; temperatura do 620oC) wykonanych z wybranych stali, a w szczególności: wysokochromowych stali martenzytycznych o zawartości 9 i 12% Cr w gatunkach X10CrMoVNb9-1 (P91), X12CrCoWVNb12-2-2 (VM12SHC) oraz austenitycznej stali chromowo-niklowej w gatunku X10CrNiCuNb18-9-3 (Super 304H), co jest drugą częścią opracowania.

W pierwszej części przedstawiono sporządzone charakterystyki materiałowe badanych stali, omówiono zaproponowaną metodologię oceny stanu materiału i jego stopnia wyczerpania (zmiany obrazu mikrostruktury, zmiany składu fazowego wydzieleń, model ewolucji mikrostruktury, klasyfikacja mikrostruktury) oraz narzędzia do jego oceny [2].

W omawianej części opracowania zaprezentowano zbudowane dla badanych stali modele zjawiska pełzania:

– Garofalo (Soderberga) opisujące I i II etap pełzania przy stałym naprężeniu oraz w stałej temperaturze,

– własne modele opisujące odkształcenie pełzania dla I, II i III etapu pełzania przy stałym naprężeniu i w stałej temperaturze,

– modele opisujące zależności czasu do zniszczenia od naprężenia dla wybranych stali,

– modele opisujące prędkości pełzania w stanie ustalonym od wartości naprężenia dla wybranych stali.

Na ich podstawie zaproponowano matematyczne modele odkształcenia pełzania w funkcji czasu i naprężenia dla wszystkich trzech analizowanych stali. Przedstawiono analizę wytężenia wybranych elementów konstrukcyjnych o zróżnicowanej geometrii: kolektora wylotowego wykonanego ze stali P91, przegrzewacza SH3 wykonanego ze stali Super 304H i przegrzewacza SH3 wykonanego ze stali VM12SHC, w oparciu o uprzednio wykonaną przez wytwórcę kotłów dokumentację projektową. Wykonana analiza przy wykorzystaniu metody elementów skończonych pozwoliła na wskazanie miejsc koncentracji naprężeń w tych elementach konstrukcyjnych. Przeprowadzona analiza numeryczna pozwoliła na określenie rozkładu odkształceń  i naprężeń w nowych elementach konstrukcyjnych oraz takich, w których jest już widoczny wpływ postępującego procesu pełzania, a ponadto na symulację pracy wybranych elementów krytycznych w czasie znacznie przekraczającym czas przeprowadzonych prób pełzania. Modelowano pracę elementów urządzeń do 200 000 godzin pracy, podczas gdy najdłuższe próby pełzania zrealizowane w ramach projektu trwały około 25 000 godzin.

Słowa kluczowe: stale dla energetyki, modelowanie pełzania, analiza numeryczna, matematyczne modele odkształcenia pełzania, kolektor wylotowy, wężownice przegrzewacza pary

 

Janusz Dobrzański, Adam Zieliński, Hanna Purzyńska

Instytut Metalurgii Żelaza

Leszek Mirecki

Rafako S.A.

CHARAKTERYSTYKI MATERIAŁOWE I METODOLOGIA OCENY STANU WYBRANYCH STALI NOWEJ GENERACJI ELEMENTÓW KOTŁÓW O NADKRYTYCZNYCH PARAMETRACH PRACY

Przedstawiono wybrane wyniki badań uzyskane w projekcie rozwojowym pt. „Ocena zachowania się i prognoza długotrwałej pracy stali nowej generacji na elementy kotłów eksploatowanych powyżej temperatury granicznej”, w zakresie oceny zachowania się pod wpływem działania temperatury i naprężenia w czasie i zaproponowania sposobu prognozowania trwałości eksploatacyjnej i stopnia wyczerpania stali nowej generacji dla energetyki. Publikacja jest pierwszą częścią opracowania, które zawiera charakterystyki materiałowe wybranych elementów krytycznych przegrzewaczy pary kotła o parametrach nadkrytycznych (ciśnienie do 28,5 MPa; temperatura do 620oC) przeznaczonych do pracy w warunkach pełzania wykonanych z wysokochromowych stali martenzytycznych o zawartości 9 i 12% Cr w gatunkach X10CrMoVNb9-1 (P91) i X12CrCoWVNb12-2-2 (VM12SHC) oraz austenitycznej stali chromowo-niklowej w gatunku X10CrNiCuNb18-9-3 (Super 304H). Opracowane charakterystyki materiałowe oraz metodologia oceny stanu materiału i stopnia jego wyczerpania posłużyły do budowy modeli zjawiska pełzania badanych stali. Zbudowane modele zjawiska pełzania wraz z zaproponowaną analizą numeryczną posłużyły do opracowania sposobu wyznaczania trwałości eksploatacyjnej elementów o zróżnicowanej geometrii przeznaczonych do pracy w części ciśnieniowej kotłów o parametrach nadkrytycznych. Uzyskane wyniki w obszarze tych zagadnień zostały omówione w oddzielnej publikacji [1]. W przedstawionej części opracowania, na podstawie wyników skróconych i długotrwałych prób pełzania o maks. czasie do ok. 25 tys. godzin, wyznaczono trwałość. Ponadto sporządzono parametryczne krzywe Larsona-Millera wytrzymałości na pełzanie. Wyznaczono prędkość pełzania w stanie ustalonym oraz określono czas do końca drugiego okresu pełzania dla wybranych parametrów temperaturowo-naprężeniowych. Zbudowano zależności udziału drugiego okresu pełzania w czasie do zerwania oraz prędkości pełzania od naprężenia w stałej temperaturze. Zweryfikowano przydatność oceny stopnia wyczerpania metodą wykorzystującą regułę ułamków trwałości. Przeprowadzono ocenę wpływu odstawień i uruchomień instalacji na trwałość eksploatacyjną materiału badanych elementów przegrzewacza pary na podstawie prób cyklicznego pełzania. Dokonano oceny wpływu zmian w mikrostrukturze i składzie fazowym wydzieleń na obniżanie się odporności na pełzania. W oparciu o opracowane charakterystyki materiałowe zaproponowano metodologię oceny stanu materiału i jego stopnia wyczerpania (zmiany obrazu mikrostruktury, zmiany składu fazowego wydzieleń, model ewolucji mikrostruktury, klasyfikacja mikrostruktury) oraz narzędzia do jego oceny.

Słowa kluczowe: stale dla energetyki, pełzanie, cykliczne pełzanie, reguła ułamków trwałości, stopień wyczerpania, mikrostruktura

 

Marek Burdek

Instytut Metalurgii Żelaza

WPŁYW TOPOGRAFII POWIERZCHNI BLACH NA CECHY POWŁOK CYNKOWYCH

W artykule zaprezentowano wyniki badań, których celem było określenie wpływu rodzaju topografii powierzchni na właściwości powłok cynkowych. Badania wykonano z zastosowaniem blach ze stali niskowęglowej poddanych obróbce strumieniowo-ściernej i cynkowaniu ogniowemu. Jako ścierniwa stosowano elektrokorund zwykły, elektrokorund szlachetny i mikrokulki szklane w dwóch zakresach średnic. Topografię powierzchni wyznaczono z zastosowaniem pomiarów chropowatości 3D. Uzyskano powłoki cynkowe o różnej grubości i topografii powierzchni.

Słowa kluczowe: blacha, taśma, powłoka cynkowa, topografia powierzchni blach

2014-11-23


Powrótwersja do druku