Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tải trọng và thời gian đến tổ chức tế vi và cơ tính của ống thép chịu nhiệt hợp kim thấp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THU HIỀN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, TẢI TRỌNG VÀ THỜI GIAN ĐẾN TỔ CHỨC TẾ VI VÀ CƠ TÍNH CỦA ỐNG THÉP CHỊU NHIỆT HỢP KIM THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, TẢI TRỌNG VÀ THỜI GIAN ĐẾN TỔ CHỨC TẾ VI VÀ CƠ TÍNH CỦA ỐNG THÉP CHỊU NHIỆT HỢP KIM THẤP Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Bùi Anh Hòa PGS TS Phùng Thị Tố Hằng Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu luận án tiến sĩ tơi Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2021 TM Tập thể hướng dẫn Tác giả Luận án Tiến sĩ Bùi Anh Hòa Nguyễn Thu Hiền LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Anh Hòa PGS.TS Phùng Thị Tố Hằng tận tình hướng dẫn động viên thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật gang thép, Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến đồng nghiệp Viện Cơ Khí Năng Lượng Mỏ - VINACOMIN giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi có hội học tập nghiên cứu thời gian qua Cuối cùng, chân thành cảm ơn người thân gia đình ln ln ủng hộ động viên tơi suốt trình thực luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả Luận án Tiến sĩ Nguyễn Thu Hiền MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục tiêu luận án Phương pháp nghiên cứu luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Tính luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 10 1.1 Sơ lược nhà máy nhiệt điện 10 1.1.1 Vai trò nhiệt điện an ninh lượng Việt Nam 10 1.1.2 Công nghệ vận hành nhà máy nhiệt điện 11 1.2 Dạng hư hỏng ống dẫn nhà máy nhiệt điện 123 1.2.1 Vết nứt nhỏ 13 1.2.2 Ăn mòn cục bào mòn thành ống 13 1.2.3 Rò rỉ mức 14 1.2.4 Phá hủy nghiêm trọng 15 1.3 Ảnh hưởng điều kiện làm việc đến ống dẫn 15 1.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ áp suất 15 1.3.2 Ảnh hưởng thời gian làm việc 16 1.3.3 Ảnh hưởng môi trường ôxy hóa 16 1.4 Các loại thép sử dụng nhà máy nhiệt điện 16 1.4.1 Thép hợp kim thấp 17 1.4.2 Thép ferit - mactenxit 18 1.4.3 Thép austenit 19 1.5 Nghiên cứu hư hỏng thép ống dẫn 19 1.5.1 Tình hình nghiên cứu thép ống dẫn giới 19 1.5.2 Nghiên cứu hư hỏng thép ống Việt Nam 26 1.6 Tính bền nhiệt hợp kim, tượng rão chế phá hủy rão 27 1.6.1 Tính bền nhiệt 27 1.6.2 Rão hợp kim chế phá hủy rão 28 Tóm tắt Chương 36 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 37 2.1 Vật liệu thí nghiệm 37 2.2 Quy trình thí nghiệm 38 2.2.1 Thí nghiệm thép ống P11 39 2.2.2 Thí nghiệm thép ống P22 41 2.3 Phương pháp phân tích kiểm tra 43 2.3.1 Phân tích thành phần hóa học thép 43 2.3.2 Kiểm tra tổ chức tế vi 44 2.3.3 Kiểm tra tính 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Ảnh hưởng thời gian tải trọng đến tính tổ chức tế vi thép P11 nhiệt độ phòng 49 3.1.1 Cơ tính thép P11 chịu tải trọng 49 3.1.2 Tổ chức tế vi thép P11 chịu tải trọng 53 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến tổ chức tế vi tính thép P11 tiếp xúc với nước có nhiệt độ 300oC áp suất 0,2MPa 55 3.2.1 Tổ chức tế vi thép P11 tiếp xúc với nước 56 3.2.2 Cơ tính thép P11 tiếp xúc với nước 57 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến tính tổ chức tế vi thép P22 không chịu tải trọng 59 3.3.1 Cơ tính thép P22 không chịu tải trọng 60 3.3.2 Tổ chức tế vi thép P22 không chịu tải trọng 63 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phân bố nguyên tố hợp kim thép P22 65 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến tính tổ chức tế vi thép P22 tác động tải trọng không đổi 74 3.4.1 Cơ tính thép P22 nhân tố ảnh hưởng 74 3.4.2 Tổ chức tế vi thép P22 tác động nhiệt độ tải trọng không đổi 78 3.4.3 Vai trò cacbit thép P22 80 3.4.4 Cơ chế phá hủy rão hình thành lỗ rỗng thép P22 chịu tải trọng không đổi nhiệt độ cao 88 Tóm tắt Chương 92 KẾT LUẬN CHUNG 93 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thứ tự Ký hiệu/Chữ viết tắt Giải nghĩa Q Năng lượng hoạt hóa (kJ.mol-1) R Hằng số khí, R = 8.314 J.mol-1.K-1 T Nhiệt độ (K) Rm Giới hạn bền (MPa) Rp Giới hạn chảy (MPa)  Ứng suất (MPa)  Độ biến dạng A Độ giãn dài tương đối (%) EDS Phổ tán xạ lượng tia X (energy dispersive X-ray) 10 SEM Hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) 11 TEM Hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope) 12 ASTM Hiệp hội Kiểm tra Vật liệu Hoa Kỳ (American Society for Testing and Materials) 13 ASME Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (American Society of Mechanical Engineers) 14 AISI Viện Nghiên cứu Gang thép Hoa Kỳ (American Iron and Steel Institute) 15 Tm Nhiệt độ nóng chảy vật liệu (oC) 16 G Môđun cắt 17 γc Năng lượng bề mặt lỗ rỗng 18 E Mô đun đàn hồi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Dự báo công suất điện từ nguồn vào năm 2020 năm 2030 11 Bảng 1.2 Môi chất làm việc nhiệt độ làm việc đường ống dẫn 12 Bảng 1.3 Thành phần hóa học số mác thép chế tạo ống dẫn theo tiêu Bảng 1.4 chuẩn ASTM A335 17 Thành phần hóa học số mác thép ferit-mactenxit theo tiêu 18 chuẩn ASTM A335 Bảng 1.5 Thời gian phá hủy mẫu thép ống 1.25Cr-0.5Mo (P11) 25 Bảng 2.1 Thành phần hóa học mẫu thép ống P11 P22 37 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn tính mác thép P11 P22 theo ASTM A335 38 Bảng 2.3 Điều kiện thí nghiệm thép P11 39 Bảng 2.4 Điều kiện thí nghiệm thép P22 41 Bảng 3.1 Cơ tính thép P11 chịu tải trọng khơng đổi nhiệt độ phịng o 49 Bảng 3.2 Cơ tính thép P11 tiếp xúc với nước (300 C - 0,2 MPa) 57 Bảng 3.3 Cơ tính thép P22 khơng chịu tải trọng 61 Bảng 3.4 Cơ tính thép P22 chịu tải trọng không đổi 95 N 72 75 Bảng 3.5 Cơ tính thép P22 điều kiện khơng có tải trọng 95 N 76 nhiệt độ khác 72 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tỷ lệ sản xuất điện từ nguồn khác năm 2019 10 Hình 1.2 Sơ đồ điển hình nhà máy nhiệt điện đốt than 11 Hình 1.3 Vết nứt nhỏ ống thép 13 Hình 1.4 Ăn mịn ống thép 14 Hình 1.5 Ăn mịn xun thủng 14 Hình 1.6 Ống thép P22 hư hỏng nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả 15 Hình 1.7 Sự giảm tính thép P92 (a) nhiệt độ phòng (b) 600 oC 20 Hình 1.8 Cấu trúc lớp ơxyt bên ống T91 sau 18408 làm việc 20 Hình 1.9 Ảnh TEM thép 9Cr-Mo (a) trước (b) sau thử rão 21 Hình 1.10 Tổ chức tế vi thép P22: (a) ferit-peclit; (b) ferit-bainit 22 Hình 1.11 Mối quan hệ ứng suất thông số rão thép T23 22 Hình 1.12 Phân bố cacbit thép hợp kim thấp Cr-Mo sau thời gian hóa già 23 o nhiệt độ 550 C Hình 1.13 Phân bố cacbit thép ống sau thời gian hóa già 24 Hình 1.14 Dạng chế phá hủy vật liệu đa tinh thể 28 Hình 1.15 Cơ chế phá hủy rão tương ứng với vùng nhiệt độ - ứng suất 29 Hình 1.16 Cơ chế phá hủy rão xuyên hạt 30 Hình 1.17 Cơ chế phát triển mầm lỗ rỗng 33 Hình 1.18 Cơ chế phá hủy rão biên hạt 34 Hình 1.19 Lỗ rỗng phát triển biên giới hạt 35 Hình 2.1 Mẫu ống thép sử dụng cho nghiên cứu 37 Hình 2.2 Kích thước mẫu thử kéo theo tiêu chuẩn ASTM E8 38 Hình 2.3 Quy trình thí nghiệm tổng qt luận án 38 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm treo mẫu thép P11 mức tải trọng (a) 60 N; 40 (b) 95 N (c) 125 N Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm cho ống thép P11 tiếp xúc với nước có nhiệt 41 o độ 300 C áp suất 0,2 MPa Hình 2.6 Lị nung điện trở Nabertherm (HTC 08/16) 42 Hình 2.7 Sơ đồ thí nghiệm nung mẫu thép P22 chịu tải trọng không đổi 43 Hình 2.8 Thiết bị phân tích quang phổ phát xạ (Metal LAB 75/80J MVU- 43 GNR) Hình 2.9 Vị trí cắt mẫu soi tổ chức tế vi 44 Hình 2.10 Kính hiển vi quang học (Axioplan 2) 44 Hình 2.11 Xác định kích thước hạt theo phương pháp lưới tọa độ 45 Hình 2.12 Kính hiển vi điện tử quét (JEOL JSM-7600F) 46 Hình 2.13 Thiết bị thử độ bền kéo (INTRON) 47 Hình 2.14 Hình ảnh mẫu thép trước thí nghiệm 48 Hình 3.1 Ảnh hưởng thời gian đến tính thép P11 chịu tải trọng 50 không đổi 95 N nhiệt độ phịng Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến tính thép P11 chịu tải trọng 50 khơng đổi 125 N nhiệt độ phịng Hình 3.3 Cơ tính thép P11 thay đổi theo tải trọng thời gian 2160 52 nhiệt độ phịng Hình 3.4 Tổ chức tế vi thép P11 (a) Ban đầu chịu tải trọng không đổi 53 (b) 60 N; (c) 95 N; (d) 125 N thời gian 2160 Hình 3.5 Tổ chức tế vi thép P11 chịu tải trọng khác thời gian 54 4320 giờ: (a) 95 N; (b) 125 N Hình 3.6 Ảnh SEM-EDS thép P11 chịu tải trọng không đổi 95 N 55 4320 Hình 3.7 Tổ chức tế vi thép P11 ban đầu (a) tiếp xúc với nước 56 (300 oC - 0,2 MPa) (b) 720 giờ; (c) 1440 giờ; (d) 2880 Hình 3.8 Ảnh hưởng thời gian đến tính thép P11 tiếp xúc với 57 nước (300 oC - 0,2 MPa) Hình 3.9 Mối quan hệ thời gian kích thước hạt thép P11 tiếp 58 xúc với nước (300 oC - 0,2 MPa) Hình 3.10 Đường cong ứng suất - biến dạng thép P22 sau nung 500- 60 700 oC 24 Hình 3.11 Ảnh hưởng thời gian đến tính thép P22 khơng chịu tải 61 o trọng 500 C Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến tính thép P22 không chịu tải 61 o trọng 600 C Hình 3.13 Ảnh hưởng thời gian đến tính thép P22 không chịu tải 62 o trọng 700 C Hình 3.14 Tổ chức tế vi thép P22 ban đầu (a) nung nhiệt độ 500 oC 63 (b) 24 giờ; (c) 48 (d) 72 Hình 3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tổ chức tế vi thép P22 nung 64 72 nhiệt độ (a) 500 oC; (b) 600 oC (c) 700 oC Hình 3.16 Ảnh hưởng nhiệt độ đến kích thước hạt thép P22 khơng chịu tải trọng 65 a b Hình 3.29 Sự hình thành lỗ rỗng thép P22 nung 700 oC 72 tải trọng không đổi (a) 95 N (b) 125 N Rão trình biến dạng dẻo vật liệu theo thời gian tác dụng tải trọng không đổi nhiệt độ cao Khi nhiệt độ tác động lên vật liệu lớn 0,4×Tm (trong Tm nhiệt độ nóng chảy vật liệu), tượng rão xảy nhanh Về bản, đường cong rão chia thành vùng: vùng rão sơ cấp (rão chậm dần), vùng rão thứ cấp (rão ổn định) vùng dão thứ ba (rão nhanh dần) hình 3.30 [47] Trong đó, đường cong rão phía tương ứng với chế rão nhiệt độ cao (T > 0,4×Tm) - có ứng suất khơng đổi, đường cong rão phía tương ứng với chế rão nhiệt độ thấp (T < 0,3×Tm) - có tốc độ biến dạng khơng đổi 89 Theo lý thuyết, đường cong rão định cạnh tranh hai q trình hóa bền thải bền Nếu thải bền chiếm ưu dẫn đến trình phá hủy vật liệu Phá hủy hình thành lỗ rỗng vết nứt Trong suốt trình chảy rão thuộc vùng sơ cấp, tốc độ biến dạng (dε/dt) hóa bền biến dạng Khi rão chuyển sang vùng thứ cấp hóa bền cân với thải bền, tốc độ rão số Vùng rão thứ ba đặc trưng tốc độ biến dạng tăng dần bắt đầu trình phá hủy, dẫn đến giảm mạnh tính mẫu thép Vùng rão sơ cấp Vùng rão thứ cấp Vùng rão thứ ba Hình 3.30 Quan hệ biến dạng thời gian biến dạng rão [47] Từ kết quan sát hình thành lỗ rỗng thép P22 chịu tải trọng 125 N nhiệt độ 700 oC 72 (hình 2.29b), nhận xét trình rão xảy tương ứng với trạng thái chảy rão cuối vùng thứ cấp đường cong rão nhiệt độ cao hình 3.30 Vùng thứ cấp kết thúc điểm thép bắt đầu ổn định dẻo (xuất co thắt), dẫn đến rão chuyển sang vùng thứ Trong vùng cuối này, tốc độ biến dạng gia tăng nhanh mẫu bị phá hủy Tuy nhiên, trình rão tương ứng với vùng thứ ba (hình 3.30) chưa xảy mẫu thép P22 chịu tải trọng 125 N nhiệt độ 700 oC 72 Ngoài ra, theo số tài liệu [12,20,31,47,75], dựa vào vị trí xuất lỗ rỗng dự đốn chế hình thành lỗ rỗng Khi thời gian chịu ứng suất đủ lớn, nhiệt độ phù hợp hình thành lỗ rỗng Theo Kassner cộng [76], có mơ hình tạo lỗ rỗng để tích/thốt tập trung ứng suất hình 3.31: (a) lỗ rỗng “ngã ba” biên hạt tích tụ pha phân tán (hoặc trượt theo biên hạt); (b) lỗ rỗng “ngã ba” giao mặt trượt; (c) lỗ rỗng biên hạt 90 đám lệch tích tụ trượt bên hạt; (d) lỗ rỗng bên hạt có pha thứ hai cứng/bền nằm mặt trượt Sự xuất lỗ rỗng quan sát thấy mẫu thép P22 chịu tải trọng không đổi 125 N nung 700 oC 72 (hình 29b), theo số lỗ rỗng nằm biên giới hạt gần hạt cacbit, nơi có tập trung ứng suất thép P22 sau nung 700 oC 72 tải trọng không đổi Kết thống với cơng trình [76], theo chế tạo vết nứt mơ tả hình 3.31 có liên quan đến tạo tập trung ứng suất lệch trượt gặp phải chướng ngại Nếu lệch khơng vượt qua lỗ rỗng xuất để giải tỏa ứng suất, ngun nhân hình thành lỗ rỗng Cũng có thể, lệch gặp pha thứ không vượt qua mầm lỗ rỗng tạo thành Các mầm tạo bề mặt cacbit/nền phá vỡ liên kết nguyên tử pha thứ hai pha Tạo mầm lỗ rỗng rão chế thuận lợi vật liệu có lượng bề mặt biên giới hạt/nền thấp Hình 3.31 Cơ chế tạo mầm lỗ rỗng [76] a) Trượt dẫn đến tạo lỗ rỗng từ gờ (điểm giao đường biên); b) Tạo mầm lỗ rỗng từ tập trung lỗ trống vùng ứng suất cao; c) Tạo mầm lỗ rỗng theo chế Zener-Stroh; d) Hình thành lỗ rỗng mặt phân giới hạt - 91 Phá hủy xảy lỗ rỗng đạt kích thước tới hạn hình thành theo trình tự sau: Nút trống đơn → Nút trống kép → lỗ rỗng → vết nứt nhỏ → nết nứt tới hạn → phá hủy Q trình xảy bên hạt biên hạt, phụ thuộc vào tổ chức tế vi (pha) trạng thái ứng suất vật liệu Đối với thép P22 sau thời gian nhiệt độ 700 oC tải trọng không đổi 125 N, lỗ rỗng hình thành phát triển vị trí biên hạt ngã ba biên giới hạt trượt biên giới hạt Bên cạnh đó, lỗ rỗng xuất vị trí gần hạt tiết pha Sự hình thành hạt tiết pha làm đồng pha Khi vật liệu chịu tác động tải trọng, ứng suất tập trung biên giới hạt tiết pha pha Ứng suất tập trung xung quanh hạt tiết pha tạo vết nứt ban đầu phát triển từ lỗ rỗng, cuối dẫn đến phá hủy Tóm tắt Chương Đã tiến hành nghiên cứu thay đổi tính tổ chức tế vi thép P11 điều kiện chịu tải trọng khơng đổi nhiệt độ phịng tiếp xúc với nước nhiệt độ 300 oC áp suất 0,2 MPa Kết cho thấy tính thép P11 thay đổi theo tải trọng thời gian: giai đoạn đầu tăng bền, sau đến giai đoạn thải bền Tăng tính thép nằm giai đoạn hóa bền ban đầu, tiếp tục kéo dài thời gian tăng tải trọng, tính thép giảm xuống xảy giai đoạn thải bền Tổ chức tế vi thép gồm peclit phân bố ferit cho khơng có thay đổi rõ rệt thay đổi thơng số thí nghiệm Thép P22 nghiên cứu điều kiện nhiệt độ 500-700 oC, thời gian tải trọng thay đổi Kết cho thấy, tính thép giảm nhiệt độ thời gian tăng lên Ở nhiệt độ 300 oC, độ bền thép tăng lên q trình hóa bền có tích lũy nội Ở nhiệt độ 300 oC, độ bền thép bắt đầu giảm xuống Thời gian chịu ứng suất dài nhiệt độ cao dẫn đến thép ống bị phá hủy sau thời gian làm việc xảy tượng rão Tổ chức tế vi mẫu thép P22 gồm peclit phân bố ferit Nguyên nhân dẫn đến thay đổi tính phân bố lại cacbit hình thành lỗ rỗng nhiệt độ cao, ứng suất lớn thời gian dài Lỗ rỗng hình thành nhiều vị trí hạt biên giới hạt Đây nguyên nhân quan trọng dẫn đến giảm mạnh tính thép cho khởi nguồn phá hủy thép ống tăng thời gian làm việc nhiệt độ cao áp suất lớn 92 KẾT LUẬN CHUNG Luận án tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thông số nhiệt độ, thời gian tải trọng đến tính tổ chức tế vi thép ống dẫn mác P11 P22 Từ kết thu được, đưa kết luận sau: 1) Cơ tính mẫu thép P11 thay đổi chịu tác động tải trọng khơng đổi nhiệt độ phịng với hai giai đoạn điển hình: ban đầu tăng tính thải bền Thời gian tải trọng tăng lên, tính thép P11 giảm xuống Cụ thể là, tăng tải trọng từ 60 lên 125 N Rm/Rp thép tăng lên tương ứng từ 488/378 MPa lên 605/402 MPa với thời gian chịu tải trọng 2160 Độ bền thép P11 đạt giá trị lớn sau thời gian 2160 giờ, sau giảm xuống thời gian tăng lên 4320 2) Trong điều kiện chịu tác động nước nhiệt độ 300 oC áp suất 0,2 MPa, độ bền thép P11 giảm xuống tăng thời gian tiếp xúc với nước: Rm giảm từ 482 xuống 474 MPa, Rp giảm từ 376 xuống 369 MPa Trong đó, độ giãn dài thép gần không thay đổi Tổ chức tế vi tất mẫu thép điều kiện nghiên cứu khơng có thay đổi rõ rệt 3) Cơ tính mẫu thép P22 thay đổi chịu tác động nhiệt độ, tải trọng thời gian Tăng thời gian chịu tải trọng nhiệt độ cho thấy Rm Rp mẫu thép giảm, đồng thời thúc đẩy trình rão xảy sớm - Rm Rp thép P22 tăng lên nhiệt độ nung 300 oC (Rm ban đầu 459 MPa tăng lên 507 MPa) Ở nhiệt độ cao 300 oC, Rm thép bắt đầu giảm xuống Nguyên nhân cho giai đoạn thải bền xảy - Ở nhiệt độ 700 oC tải trọng 95 N, tăng thời gian nung từ 24 lên 72 làm Rp giảm từ 233 xuống 200 MPa Điều cho thấy xu hướng tăng thời gian chịu tải trọng nhiệt độ cao làm cho thép ống P22 bị phá hủy sớm 4) Tổ chức tế vi thép P22 gồm có peclit phân bố ferit Khi nhiệt độ thay đổi từ 500 đến 700 oC khoảng thời gian từ 24 đến 72 khơng có tải trọng, tổ chức tế vi thép khơng có thay đổi rõ rệt Tuy nhiên, quan sát thấy phân bố lại hạt cacbit thép P22 sau thời gian đồng thời chịu tải trọng nhiệt độ cao Sự thay đổi cacbit có ảnh hưởng rõ rệt đến tính thép Tăng nhiệt độ thời gian, số lượng cacbit có xu hướng tăng lên 93 phân bố tập trung biên giới hạt ngã ba biên giới hạt Kết độ bền thép giảm xuống 5) Đã quan sát thấy hình thành phát triển lỗ rỗng mẫu thép P22 nung nhiệt độ 700 oC 72 tác động tải trọng 125 N Lỗ rỗng hình thành nhiều vị trí hạt biên giới hạt Lỗ rỗng xuất vị trí hạt cacbit tạo tập trung ứng suất đây, gây nứt dẫn đến phá hủy thép sau thời gian làm việc 94 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1) Thu Hien Nguyen, Van Hoa Nghiem, Cao Son Nguyen, Thi To Hang Phung, Anh Hoa Bui: Influence of working condition on properties of superheater steel pipe (ASTM grade P11); The 1st International Conference on Material, Machines and Methods for Sustainable Development (ISBN 978-604-950502-7), pp 70-76 (May 2018) 2) Nguyen Thu Hien, Bui Anh Thanh, Nguyen Van Tan, Phung Thi To Hang, Bui Anh Hoa: Effect of temperature on microstructure and mechanical properties of superheater steel pipe in thermal power plant; Journal of Science and Technology (Technical universities), No 127B, pp 67-71 (5/2018) 3) Anh-Hoa Bui, Thu-Hien Nguyen, Van-Hung Kieu, Xuan-Hiep Dinh, CaoSon Nguyen, Thi-To-Hang Phung: Change in the strength of steel grade 11 loaded at room temperature; Materials Science Forum Vol 985: Physical Properties and Application of Advanced Materials (SCOPUS), pp.185-192 (4/2020) 4) Nguyễn Thu Hiền, Nguyễn Cao Sơn, Phùng Thị Tố Hằng, Bùi Anh Hòa: Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính thép P22 chịu ứng suất kéo khơng đổi; Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Kim loại, số 93, trang 2-6 (12/2020) 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Quyết định số 906/QĐ-TTg ngày 17/6/2010 Thủ tướng Chính phủ Phê duyệt định hướng quy hoạch phát triển điện hạt nhân Việt Nam giai đoạn đến năm 2030 T Hashimoto, M Masahiko, Y Tanaka, D Hirasaki (2008), “Latest Technology of Highly Efficient Coal-fired Thermal Power Plants and Future Propspects”, Technical Review, Vol 45, No 1, pp 11-14 Kusmono, Khasani (2017), “Analysis of a Failed Pipe Elbow in Geothermal Production Facility”, Case Studies in Engineering Failure Analysis, Vol 9, pp 71-77 N H Lee, S Kim, B H Choe, K B Yoon, D I Kwon (2009), "Failure Analysis of a Boiler Tube in USC Coal Power Plant", Engineering Failure Analysis, Vol 16, pp 2031-2035 D Renowicz, A Hernas, M Ciesla, K Mutwil (2006), “Degradation of the Cast Steel Parts Working in Power Plant Pipelines”, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol 18, No 1-2, pp 219-222 S Barella, C Cena, C Mapelli, D Mombelli, D Ripamonti, G Fantini, D Dioni (2016), "Hardening Optimization of High Chromium-manganese Austenitic Steel", ISIJ International, Vol 56, No 9, pp 1668-1674 M A Tkachul, S V Golovin, V I llinskii (2016), “Effect of Alloying with Molybdenum and Chromium on Pipe Steel of Strength Category X65 Properties”, Metallurgist, Vol 60, pp 483-490 S Fujibayashi (2003), "Grain Boundary Damage Evolution and Rupture Life of Service-exposed 1.25Cr-0.5Mo Steel Welds", ISIJ International, Vol 43, No 12, pp 2054-2061 J Hald (1998), "Microstructural Stability of Creep Resistant Alloys for High Temperature Plant Application," IOM Communications Ltd 10 S Fujibayashi and T Endo (2003), "Effect of Carbide Morphology on the Susceptibility to Type IV Cracking of a 1.25Cr-0.5Mo Steel," ISIJ International, Vol 43, No 5, pp 790-797 11 J N Dupont, J A Siefert, J P Shingledecker (2016), “Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Grades 23 and 24 Creep Strength Enhanced Ferritic Steels”, International Materials Reviews, Vol 62, No 1, pp 32-56 96 12 Z F Hu (2012), “Heat-resistant Steels, Microstructure Evolution and Life Assessment in Power Plants”, Thermal Power Plants; Publisher InTech, Shanghai, pp 195-226 13 V Viswanathan, R Purgert, P Rawls (2007), “New Low Alloy Heat Resistant Ferritic Steels T/P23 and T/P24 for Power Plant Application”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol 84, pp 13-20 14 K C Park, F Masuyama and T Endo (2001), “Creep Modeling for Life Evaluation of Heat-resistant Steel with a Martensitic Structure”, ISIJ International, Vol 41, Supplement, pp S86-S90 15 M Igarashi, S Muneki, H Hasegawa, K Yamada and F Abe (2001), “Creep Deformation and the Corresponding Microstructural Evolution in High-Cr Ferritic Steels”, ISIJ International, Vol 41, Supplement, pp S101-S105 16 H Cerjak, P Hofer and B Schaffernak (1999), “The Influence of Microstructural Aspects on the Service Behaviour of Advanced Power Plant Steels”, ISIJ International, Vol 39, No 9, pp 874-888 17 L Falat, V Homolova, J Kepic, M Svoboda, A Vyrostkova (2012), “Microtructure and Properties Degradation of P/T 91, 92 Steels Weldments in Creep Conditions”, Journal of Mining and Metallurgy, Section B: Metallurgy, Vol 48, No 3, pp 461-469 18 V Viswanathan, R Purgert, P Rawls (2008), “Coal-fired Power Materials”, Advanced Materials and Processes, pp 47-49 19 M A Sohail and A I Mustafa (2007), “A Study on Damage in Alloyed Super Heater Tubes of Thermal Power Station”, Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, Vol 14, No 1, pp 19-23 20 D Rojas, J Garcia, O Prat, C Carrasco, G Sauthoff and A R Kaysser-Pyzalla (2010), “Design and Characterization of Microstructure Evolution during Creep of 12% Cr Heat Resistant Steels”, Materials Science and Engineering A, Vol 527, No 16, pp 3864-3876 21 F Abe, M Taneike and K Sawada (2007), “Alloy Design of Creep Resistant 9Cr Steel Using a Dispersion of Nano-sized Carbonitritdes”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol 84, No 1-2, pp 3-12 22 M Staubli, B Scarlin, K H Mayer, T U Kern, W Bendick, P Morris, and H Cerjak (2003), “Materials for Advanced Steam Power Plants”, Proceeding of 97 6th International Charles Parsons Turbine Conference, Maney Dublin, pp 305324 23 R L Klueh and D R Harries (2001), “High-Chromium Ferritic and Martensitic Steels for Nuclear Applications”, ASTM, West Conshohocken 24 P J Ennis and A Czyrska-Filemonowicz (2003), “Recent Advances in Creepresistant Steels for Power Plant Applications”, Sadhana, Vol 28, pp 709-730 25 M Carsi, F Penalba, I Rieiro and O A Ruano (2011), “High Temperature Workability Behaviour of Modified P92 Steel”, International Journal of Materials Research, Vol 102, No 11, pp 1378-1383 26 D B Rosado, W D Waele, D Vanderschueren, S Hertele (2013), “Latest Developments in Mechanical Properites and Metallurgical Features of High Strength Pipe Steels”, International Journal Sustainable Construction and Design, Vol 4, No 1, DOI https://doi.org/10.21825/scad.v4i1.742 27 F Penalba, X Gomez-Mitxelena, J A Jimenez, M Carsí and O A Ruano (2016), “Effect of Temperature on Mechanical Properties of 9%Cr Ferritic Steel”, ISIJ International, Vol 56, No 9, pp 1662-1667 28 K Maruyama, K Sawada, and J I Koike (2001), “Strengthening Mechanisms of Creep Resistant Tempered Martensitic Steel”, ISIJ International, Vol 41, No 6, pp 641-653 29 L Wang, D Tang, Y Song (2017), “Prediction of Mechanical Behavior of Ferrite-Pearlite Steel”, Journal of Iron and Steel Reseach - International, Vol 24, No 3, pp 321-327 30 P Duan, Z D Liu, B Li, J Y Li, and X Q Tao (2020), “Study on Microstructure and Mechanical Properties of P92 Steel after Hightemperature”, High Temperature Materials and Processes, Vol 39, pp 545-555 31 T Hasegawa, Y R Abe, Y Tomita, N Maruyama and M Sugiyama (2001), “Microstructural Evolution during Creep Test in 9Cr-2W-V-Ta Steels and 9Cr1Mo-V-Nb Steels”, ISIJ International, Vol 41, No 8, pp 922-929 32 F Abe (2015), “Research and Development of Heat-Resistant Materials for Advanced USC Power Plants with Steam Temperatures of 700 oC and Above”, Engineering, Vol 1, No 2, pp 211-224 98 33 C Y Chi, H Y Yu, J X Dong, W Q Liu, S C Cheng, Z D Liu, X S Xie (2012), “The Precipitation Strengthening Behavior of Cu-rich phase in Nb Contained Advanced Fe-Cr-Ni Type Austenitic Heat Resistant Steel for USC Power Plant Application”, Progress in Natural Science: Materials International, DOI: 10.1016/J.pnsc.2012.05.002 34 J Z Wang, Z D Liu, H S Bao, S C Cheng, B Wang (2013), “Effect of Ageing at 700 oC on Microstructure and Mechanical Properties of S31042 Heat Resistant Steel”, Journal of Iron and Steel Research – International, Vol 20, No 4, pp 54-58 35 B J Smith and A R Marder (1994), “A Metallurgical Mechanism for Corrosion-Fatigue (Circumferential) Crack Initiation and Propagation in CrMo Boiler Tube Steels”, Matrials Characterization, Vol 33, pp 45-50 36 G Riguera, H.C Furtado, M B Lisboa and L H Almeida (2011), “Microstructural Evolution and Hardness Changes in Bainite and Pearlite in Cr1Mo2.25 Steels after Aging Treatment”, Revista Materia”, Vol 16, No 4, pp 857-867 37 Y Harada, Y Maruyama, A Maeda, E Chino, H Shibazaki, T Kudo, A Hidaka, K Hashimoto, J Sugimoto (2000), “Evaluation of High Temperature Tensile and Creep Properties of Light Water Reactor Coolant Piping Materials for Severe Accident Analyses”, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol 37, No 6, pp 518-529 38 J R D Townsend (2000), “Materials for High Temperature Power Generation and Process Plant Applications”, A Strang, ed., IOM Communications, London, U.K, pp 199-223 39 J Ahmad and J Purbolaksono (2011), “Analysis on a Failed 2.25Cr-1Mo Reheater Bent Tube at Upper Bank Vertical Tubes Region”, Engineering Failure Analysis,Vol 18, No 1, pp 523-529 40 K Kucharova, V Sklenicka, M Kvapilova, M Svoboda (2015), “Creep and Microstructural Processes in a Low-alloy 2.25%Cr1.6%W Steel (ASTM Grade 23)”, Materials Characterization, Vol 109, pp 1-8 41 M Rasul (2012), “Thermal power plants (Chapter 10: Heat-resistant steels, microstructure evolution and life assessment in power plants)”, publisher InTech, Shanghai, pp 195-226 99 42 A K Pramanick, G Das, S K Das, M Ghosh (2017), “Failure Investigation of Super Heater Tuber of Coal Fired Power Plant”, Case Studies in Engineering Failure Ananlysis, Vol 9, pp 17-26 43 S Fujibayashi, Y Ishikawa, Y Arakawa (2006), “Hardness Based Creep Life Prediction for 2.25Cr1Mo Superheater Tubes in a Boiler”, ISIJ International, Vol 46, No pp 325-334 44 J Purbolaksono, J Ahmad, A Z Rashid, A Khinani, A A Ali (2010), “Failure Analysis on a Primary Superheater Tube of a Power Plant”, Engineering Failure Analysis, Vol 17, No 1, pp 158-167 45 M M Rahman, A K Kadir (2011), “Failure Analysis of High Temperature Superheater Tube (HTS) of a Pulverized Coal-fired Power Station”, International Conference on Advanced Science, Engineering and Information Technology, Malaysia, pp 517-522 46 Phạm Hồng Thái (2017), “Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian làm việc đến tổ chức tính chất thép bền nhiệt ASTM A335-03 P91 dùng làm chi tiết nhiệt nhà máy nhiệt điện”, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 47 V C Igwemezie, C C Ugwuegbu, J U Anaele and P C Agu (2015), “Review of Physical Metallurgy of Creep Steel for the Design of Modern Steam Power Plants - Fundamental Theories and Parametric Models”, Journal of Engineering Science and Technology Review, Vol 8, No 5, pp 84-94 48 Y N Rabotnov (1969), “Creep Rupture”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 49 L Brathe and L Josefson (1979), “Estimation of Norton-Bailey Parameters from Creep Rupture Data”, Material Science, Vol 13, No 12, pp 660-664 50 S Goyal (2013), “Effetct of Multiaxial State of Stress on Creep Behavior of Ferritic Steels”, PhD thesis, Homi Bhabha National Institute, India 51 M E Kassner (2015), “Fundamentals of Creep in Metals and Alloys”, Butterworth-Heinemann 52 Nguyễn Khắc Xương, Bui Chương, Phạm Kim Đĩnh, Nguyễn Văn Đức, Phùng Thị Tố Hằng, Nguyễn Hoàng Nghị, Phạm Thị Minh Ngọc, Nguyễn Anh Sơn, Nguyễn Văn Tư (2016), “Vật liệu kỹ thuật”, Nhà Xuất Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 100 53 J Dobrzanski, J Pasternak and A Zielinksi (2010), “Evaluation of Base Material and Welded Joints Designated for Membrane Wall Components Made from Low-alloy Steels in Large Boilermaker Conditions”, 9th Liege Conference "Materials for Advanced Power Engineering”, Forschungszentrum Julich GmbH, pp 390-399 54 A K Ray, K Diwakar, B N Prasad, Y N Tiwari, R N Ghosh, J D Whittenberger (2007), “Long Term Creep-rupture Behavior of 813K Exposed 2.25Cr-1Mo Steel Between 773 and 873K”, Materials Science and Engineering A, Vol 454, pp 124-131 55 L N Hierro, V Rohr, P J Ennis, M Schutze, W J Quadakkers (2005), “Steam Oxidation and Its Potential Effects on Creep Strength of Power Station Materials”, Materials and Corrosion, Vol 56, No 12, pp 890-896 56 B R Cardoso, F W Comeli, R M Santana, H C Furtado, M B Lisboa, L H Almeida (2012), “Microstructural Degradation of Boiler Tubes due to The Presence of Internal Oxide Layer”, Journal of Materials Research and Technology, Vol 1, No 2, pp 109-116 57 S Fujibayashi, Y Ishikawa, Y Arakawa (2006), “Hardness Based Creep Life Prediction for 2.25Cr1Mo Superheater Tubes in a Boiler”, ISIJ International, Vol 46, No pp 325-334 58 D R H Jones (2004), “Creep Failures of Overheated Boiler, Superheater and Reformer Tubes”, Engineering Failure Analysis, Vol 11, No 6, pp 873-893 59 H S Bao, S C Cheng, Z D Liu, S P Tan (2010), “Aging Precipitates and Strengthening Mechanism of T122 Boiler Steel”, Journal of Iron and Steel Research – International, Vol 17, No 2, pp 67-73 60 F Masuyama (2013), “Advances in Creep-damage Life Assessment Technology for Creep Strength Enhanced Ferritic Steels”, Procedia Engineering, Vol 55, pp 591-598 61 D W Suh, J H Bae, J W Cho, K H Oh and H C Lee (2001), “FEM Modeling of Flow Curves for Ferrite/Pearlite Two-phase Steels”, ISIJ International, Vol 41, No 7, pp 782-787 62 H Yoshinaga and H Yada (1994), "Prediction and Control of Deformation Property", ISIJ, Tokyo 101 63 T Hüper, S Endo, N Ishikawa and K Osawa (1999), "Effect of Volume Fraction of Constituent Phases on the Stress-Strain Relationship of Dual Phase Steels", ISIJ Int., Vol 39, No 3, pp 288-294 64 Y Okitsu, T Takata, N Tsuhi (2009), “ A New Route to Fabricate Ultrafinegrained Structures in Carbon Steels without Severe Plastic Deformation”, Scripta Materialia, Vol 60, No 2, pp 76-79 65 B S Prasad, V B Rajkumar, H Kumar (2017), “Numerical Simulation of Precipitate Evolution in Ferritic–martensitic Power Plant Steels”, Materials Science, Vol 36, No 3, pp 1-7 66 A I Thorhallsson, A Stefanssonb, D Kovalova, S N Karlsdottira (2020), “Corrosion testing of materials in simulated superheated geothermal environment”, Corrosion Science, Vol 168, No 4, pp 1-7 67 P C Dsilva, S Bhat, J Banappanavar, K G Kodancha, S R Hegde (2021), “Premature failure of superheater tubes in a fertilizer plant”, Engineering Failure Analysis, Vol 121, No 68 P J Maziasz (2018), “Development of Creep-Resistant and Oxidation-Resistant Austenitic Stainless Steels for High Temperature Applications”, Journal of The Minerals, Metals, and Materials Society, Vol 70, No 1, pp 66-75 69 H C Furtado, B R Cardoso, F W Comeli, M B Lisboa and L.H Almeida (2013), “Remaining Life Evaluation of Boiler Pipes Based on The Measurement of The Oxide Layer”; The 12th International Conference of the Slovenian Society for Non-Destructive Testing, Slovenia, pp 127-136 70 B B Jha, B K Mishra, B Satpati, S N Ojha (2010), “Effect of Thermal Ageing on The Evolution of Microstructure and Degradation of Hardness of 2.25Cr-1Mo Steel”, Materials Science - Poland, Vol 28, No 1, pp 335-346 71 R Datta, S K Thakur, B K Bhakat, C Muthuswamy, D Chakrabarti, S S Mohanty (2015), “Thermomechanical Controlled Processing of High Strength Microalloyed Steel for Line Pipe Applications”, Iron and Steel Technology, Vol 12, No 2, pp 213-219 72 V Lazic, D Milosavljevic, S Aleksandrovic, P Marinkovic, G Bogdanovic, B Nedeljkovic (2010), “Carbide Type Influence on Tribological Properties of Hard Faced Steel Layer (Part I: Theoretical Considerations)”, Tribology in Industry, Vol 32, No 2, pp 11-20 102 73 M Godec and D A S Balantic (2016), “Coarsening Behaviour of M23C6 Carbides in Creep-resistant Steel Exposed to High Temperatures”, Scientific Report, Vol 6, ID number 29734 74 S Fujibayashi (2004), “The Effect of Grain Boundary Cavities on the Tertiary Creep Behavior and Rupture Life of 1.25Cr–0.5Mo Steel Welds”, ISIJ International, Vol 44, No 8, pp 1441-1450 75 K Sankhala, Z Gauri, P Sharma, D K Jain (2014), “Study of Microstructure Degradation of Boiler Tubes due to Creep for Remaining Life Analysis”, International Journal of Engineering Research and Applications, Vol 4, No 7, pp 93-99 76 M E Kassner, T A Hayea (2003), “Creep Cavitation in Metals”, International Journal of Plasticity, Vol 19, pp 1715-1748 103 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, TẢI TRỌNG VÀ THỜI GIAN ĐẾN TỔ CHỨC TẾ VI VÀ CƠ TÍNH CỦA ỐNG THÉP CHỊU NHIỆT HỢP KIM THẤP Ngành:... 3.3.2 Tổ chức tế vi thép P22 không chịu tải trọng 63 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phân bố nguyên tố hợp kim thép P22 65 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến tính tổ chức tế vi thép. .. 3.1.2 Tổ chức tế vi thép P11 chịu tải trọng 53 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến tổ chức tế vi tính thép P11 tiếp xúc với nước có nhiệt độ 300oC áp suất 0,2MPa 55 3.2.1 Tổ chức tế vi thép