Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Rezaian,Rahmatollah Emadi,Mahmood Meratian isfahani
احمد رضائيان (استاد مشاور) رحمت اله عمادي (استاد راهنما) محمود مراتيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
MEHDI ABBASI ABGARMI
مهدي عباسي ابگرمي

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 اين پژوهش رفتار خزشي فولاد نسوز 40HP توليدي کارخانه فولاد اخگر اصفهان مورد مطالعه قرار گرفت. اين نوع فولاد يکي از آلياژهاي پرکاربرد در ساخت لوله‌هاي کوره‌ رفورمر صنايع پتروشيمي و صنايع توليد آهن جهت توليد گازهاي احياکننده است که به روش ريخته‌گري گريز از مرکز افقي توليد مي‌شود. به دليل شرايط محيطي کوره رفورمر (دماي بين 700 تا 1100 و فشار داخلي MPa 1 تا MPa 5) فرآيند خزش در اين لوله‌ها بسيار فعال مي‌باشد. بنابراين آلياژهاي مورد استفاده بايد از مقاومت خزشي بالايي برخوردار باشند. يکي از روش‌هاي افزايش مقاومت در برابر خزشِ فولادهاي نسوز، اضافه کردن عنصر تيتانيم به عنوان عنصر کاربيدزا به ترکيب شيميايي است. در اين پژوهش ابتدا چهار نمونه لوله با مقادير صفر، 06/0، 21/0 و 23/0 درصد وزني تيتانيم به روش ريخته‌گري گريز از مرکز افقي توليد و سپس آزمون‌هاي کشش، سختي سنجي، خزش و بررسي‌هاي ريزساختاري با ميکروسکوپ نوري، الکتروني روبشي و آناليزعنصري انجام شد. افزايش مقدار تيتانيم موجب ريزشدن ريزساختار ريخته‌گري، کاهش فاصله بين بازوهاي ثانويه دندريتي و کاهش نسبي اندازه دانه در سطح مقطع عرضي لوله شد. تيتانيم همچنين موجب کاهش پيوستگي کاربيدهاي مرزدانه، ظريف شدن و نيز تغيير شکل آنها از حالت اسکلتي به شکل کروي شد. از طرف ديگر افزايش مقدار تيتانيم بدليل تشکيل کاربيد مرکب نيوبيم-تيتانيم و افزايش نسبت کروم به کربن موجب تغيير در نوع کاربيدهاي کروم اوليه شده و در نتيجه انواع کاربيد کروم با درصد کروم متفاوت در ساختار ريخته‌گري تشکيل شد. آزمون خزش برروي نمونه‌هاي توليدي با تنش ثابت MPa40 و در دماي 900، براي زمان حداکثر100 ساعت طراحي و انجام شد. تنها نمونه با مقدار تيتانيم 06/0 درصد وزني با نرخ خزش حالت پاياي 6- 10×6 تا بيش از 100ساعت مقاومت کرد. بررسي مقطع طولي نمونه‌هاي شکسته شده در حين آزمون خزش نشان داد که تحت تنش اعمالي، ترک‌هاي ريزساختار در فصل مشترک کاربيدهاي کروم با زمينه جوانه زده و رشد کردند. همچنين با افزايش مقدار تيتانيم، رسوبات کاربيدي ثانويه تشکيل شده در حين آزمون خزش از نوع کاربيدهاي غني از نيوبيم و تيتانيم بود.آناليز خطي و نقطه‌اي فازهاي تشکيل شده نشان داد که در تمامي نمونه‌ها با درصد تيتانيم مختلف، فاز مخرب G با ترکيب شيميايي 6 Si 7 Nb 16 Ni در حين آزمون خزش تشکيل گرديد. اما مقدار آن در نمونه‌هاي تيتانيم‌دار کمتر از نمونه بدون تيتانيم مشاهده شد. از اين‌رو به نظر مي‌رسد وجود تيتانيم مانع استحاله کاربيد مرکب نيوبيم- تيتانيم به فاز G مي‌شود. بر اساس اطلاعات بدست‌آمده از آزمون خزش و با استفاده از پارامتر لارسون ميلر، عمر تقريبي لوله‌هاي توليدي در شرايط واقعي کاربرد يعني تنش MPa 5/22 و دماي 900، بيش از 10 سال تخمين زده شد. کلمات کليدي : خزش، کاربيد نيوبيم-تيتانيم،کاربيد کروم، رفورمر، فولاد نسوز 40HP، ريخته‌گري گريز از مرکز افقي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی