Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Rezaian,Rahmatollah Emadi,Mahmood Meratian isfahani
احمد رضائیان (استاد مشاور) رحمت اله عمادی (استاد راهنما) محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
MEHDI ABBASI ABGARMI
مهدی عباسی ابگرمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
In this research the creep behavior of heat resistant steel HP40, produced in Akhgar Steel Foundries of Isfahan, was studied. These alloys are widely used in construction of steel tube of reformer furnaces in petrochemical industries and in iron production industries to produce reducing gases. These steel tubes are produced by horizontal centrifugal casting method. Due to environmental conditions of reformer furnace (i.e., temperature 700 up to 1100?, pressure 1-5 MPa) the process of creep in the tubes is very active. So, the alloy used must be of high creep strength. One way to increase the creep resistance of heat resistant alloys is to add titanium as a good carbide-stabilizing element to the composition of the alloy. Using horizontal centrifugal casting method, in this study four samples with zero values, 0.06, 0.21 and 0.23wt% of Ti were produced. To gain knowledge of mechanical behaviors of the samples tensile, hardness and creep tests were performed. Microstructures of the samples were examined by Optical and electron scanning microscopy. It was found that by increasing the amount of Ti in the chemical composition of the alloy, the distance between secondary dendritic arms and size of grains in tube cross-sectional area reduced. Titanium reduced the amount of continuous grain boundary carbides, also caused producing finer carbides and well deformation of the skeletal modes to the spherical shape Chromium carbides. The 100- hour creep tests were designed at 40MPa constant stress and temperature of 900?. The sample with 0.06%wt. of Titanium was the only specimen that resisted up to 100 hours with of steady-state creep rate of 6×10E-6. Longitudinal sections of the fractured specimens after the creep tests showed that under stress, cracks nucleates at the chromium carbides-matrix interface and grow in the area. By increasing titanium, secondary-formed carbide precipitated during creep tests were of niobium-riched and titanium-riched precipitates. Linear and point analysis of phases showed that in all the samples a G-destructive phase with a composition of Ni 16 Nb 17 Si 6 was formed during the creep test. But its presence was much less in titanium-containing samples in comparison with titanium- free ones. So, there appears that the presence of titanium hinder the transformation of the composed niobium-titanium carbides to the G-phase. Based on data obtained from the creep tests and using the Larson Miller parameter, approximate life of tubes at service condition i.e., 22.5MPa stress and 900? temperature, was estimated to be more than 10 years. Keywords: Creep, Niobium – Titanium Carbide, Reformer, Heat Resistant Alloy HP40, Horizontal Centrifugal Casting
در این پژوهش رفتار خزشی فولاد نسوز 40HP تولیدی کارخانه فولاد اخگر اصفهان مورد مطالعه قرار گرفت. این نوع فولاد یکی از آلیاژهای پرکاربرد در ساخت لوله‌های کوره‌ رفورمر صنایع پتروشیمی و صنایع تولید آهن جهت تولید گازهای احیاکننده است که به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی تولید می‌شود. به دلیل شرایط محیطی کوره رفورمر (دمای بین 700 تا 1100 و فشار داخلی MPa 1 تا MPa 5) فرآیند خزش در این لوله‌ها بسیار فعال می‌باشد. بنابراین آلیاژهای مورد استفاده باید از مقاومت خزشی بالایی برخوردار باشند. یکی از روش‌های افزایش مقاومت در برابر خزشِ فولادهای نسوز، اضافه کردن عنصر تیتانیم به عنوان عنصر کاربیدزا به ترکیب شیمیایی است. در این پژوهش ابتدا چهار نمونه لوله با مقادیر صفر، 06/0، 21/0 و 23/0 درصد وزنی تیتانیم به روش ریخته‌گری گریز از مرکز افقی تولید و سپس آزمون‌های کشش، سختی سنجی، خزش و بررسی‌های ریزساختاری با میکروسکوپ نوری، الکترونی روبشی و آنالیزعنصری انجام شد. افزایش مقدار تیتانیم موجب ریزشدن ریزساختار ریخته‌گری، کاهش فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی و کاهش نسبی اندازه دانه در سطح مقطع عرضی لوله شد. تیتانیم همچنین موجب کاهش پیوستگی کاربیدهای مرزدانه، ظریف شدن و نیز تغییر شکل آنها از حالت اسکلتی به شکل کروی شد. از طرف دیگر افزایش مقدار تیتانیم بدلیل تشکیل کاربید مرکب نیوبیم-تیتانیم و افزایش نسبت کروم به کربن موجب تغییر در نوع کاربیدهای کروم اولیه شده و در نتیجه انواع کاربید کروم با درصد کروم متفاوت در ساختار ریخته‌گری تشکیل شد. آزمون خزش برروی نمونه‌های تولیدی با تنش ثابت MPa40 و در دمای 900، برای زمان حداکثر100 ساعت طراحی و انجام شد. تنها نمونه با مقدار تیتانیم 06/0 درصد وزنی با نرخ خزش حالت پایای 6- 10×6 تا بیش از 100ساعت مقاومت کرد. بررسی مقطع طولی نمونه‌های شکسته شده در حین آزمون خزش نشان داد که تحت تنش اعمالی، ترک‌های ریزساختار در فصل مشترک کاربیدهای کروم با زمینه جوانه زده و رشد کردند. همچنین با افزایش مقدار تیتانیم، رسوبات کاربیدی ثانویه تشکیل شده در حین آزمون خزش از نوع کاربیدهای غنی از نیوبیم و تیتانیم بود.آنالیز خطی و نقطه‌ای فازهای تشکیل شده نشان داد که در تمامی نمونه‌ها با درصد تیتانیم مختلف، فاز مخرب G با ترکیب شیمیایی 6 Si 7 Nb 16 Ni در حین آزمون خزش تشکیل گردید. اما مقدار آن در نمونه‌های تیتانیم‌دار کمتر از نمونه بدون تیتانیم مشاهده شد. از این‌رو به نظر می‌رسد وجود تیتانیم مانع استحاله کاربید مرکب نیوبیم- تیتانیم به فاز G می‌شود. بر اساس اطلاعات بدست‌آمده از آزمون خزش و با استفاده از پارامتر لارسون میلر، عمر تقریبی لوله‌های تولیدی در شرایط واقعی کاربرد یعنی تنش MPa 5/22 و دمای 900، بیش از 10 سال تخمین زده شد. کلمات کلیدی : خزش، کاربید نیوبیم-تیتانیم،کاربید کروم، رفورمر، فولاد نسوز 40HP، ریخته‌گری گریز از مرکز افقی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی