6. Bố cục của luận án
3.2.2. Cơ tính của thép P11 khi tiếp xúc với hơi nước
Bảng 3.2 là kết quả kiểm tra cơ tính của thép P11 khi tiếp xúc với hơi nước có
nhiệt độ 300 oC và áp suất 0,2 MPa trong thời gian tương đối dài (720, 1440 và
2880 giờ).
Bảng 3.2 Cơ tính của thép P11 tiếp xúc với hơi nước (300 oC - 0,2 MPa)
Thời gian (giờ) Cơ tính
Rm (MPa) Rp (MPa) A (%)
Mẫu ban đầu 481,0 325,0 32
720 481,5 324,6 31
1440 481,8 316,4 32
2880 478,0 323,3 32
Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian đến cơ tính của thép P11 khi tiếp xúc với hơi
nước (300 oC - 0,2MPa)
Ảnh tổ chức tế vi cho thấy không có sự chuyển biến pha khi thép P11 tiếp xúc
với hơi nước ở 300 oC và áp suất 0,2 MPa trong một thời gian dài. Tuy nhiên, kết
quả thử cơ tính cho thấy giới hạn bền và giới hạn chảy có thay đổi theo thời gian. Cơ tính của mẫu thép P11 thay đổi theo thời gian được mô tả như trong hình 3.8,
Thời gian (giờ) Giới hạn bền
58
khi tăng thời gian tiếp xúc với hơi nước đã dẫn đến cơ tính của thép P11 giảm xuống. Do vậy, tổ chức tế vi được kết luận là không ảnh hưởng rõ rệt đến cơ tính của mẫu thép P11 trong thí nghiệm này. Tuy nhiên, tổ chức tế vi ferit-peclit được xác định là có ảnh hưởng đến cơ tính của thép chịu nhiệt thông qua nghiên cứu mô
hình hóa của Suh và cộng sự [61].
Peclit có tác dụng tăng bền cho thép nên luận án này đã xác định tỷ lệ peclit trên nền ferit bằng phần mềm ImageJ. Kết quả cho thấy không có sự thay đổi tỷ lệ peclit trong tổ chức tế vi của các mẫu thép. Vì vậy, yếu tố này không được cho là một nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi cơ tính của thép P11. Thậm chí, khoảng cách giữa các xementit cũng không thay đổi trong điều kiện thí nghiệm này nên nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi giới hạn bền và giới hạn chảy là do pha ferit quyết định.
Hình 3.9 Mối quan hệ giữa thời gian và kích thước hạt của thép P11 khi tiếp xúc
với hơi nước (300 oC - 0,2 MPa)
Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thép P11 cho thấy sự thay đổi kích thước hạt ferit khi tăng thời gian tiếp xúc với hơi nước, như hình 3.9. Kết quả cho thấy khi tăng thời gian giữ nhiệt, kích thước hạt cũng tăng lên tương ứng. Kích thước hạt đã có sự tăng từ 16 µm (mẫu ban đầu) lên đến 23 µm sau khoảng thời gian 2880 giờ. Như vậy, sự phụ thuộc của kích thước hạt vào thời gian giữ nhiệt là đáng kể. Điều này là do sự chuyển dịch của biên giới hạt tăng lên, đồng thời, các hạt sáp nhập với nhau sau một thời gian giữ nhiệt. Quá trình dịch chuyển biên hạt trong ống thép phụ thuộc vào thời gian làm việc trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau.
59
Kích thước hạt của pha ferit tăng lên dẫn đến sự thay đổi cơ tính của pha ferit, tức là thay đổi cơ tính của thép. Ứng suất của pha ferit có thể được tính theo công thức 3.1 [62,63]. σ = a(b + εp)N (3.1) σ = a(b + εp)N Ferit a 1,55×10 3×[C] – 3,18×104×[CS] + 142×[Si] + 51,3×[Mn] + 2,11×103×[P] – 1,32×103×[Nb] + 428×d-1/2 + 457 b 0,002 N 4,25×[C] – 52×[CS] + 2,04×10 -2×[Si] + 7,89×103×[Mn] + 1,16×[P] – 3,38×[Nb] + 0,459×d-1/2 + 0,307
Ở đây, σ và εp tương ứng là giá trị của ứng suất và biến dạng. Còn a, b và N là
các hệ số phụ thuộc vào thành phần hóa học của thép ([X] là % khối lượng của
nguyên tố tương ứng trong công thức, [Cs] là % khối lượng cacbon hòa tan vào ferit).
Các hệ số a, b và N được tính theo công thức được ghi trong bảng. Khi thành phần của các nguyên tố không đổi, các hệ số a và N sẽ là hàm của kích thước hạt (d). Từ công thức 3.1, kích thước hạt của ferit tăng dẫn đến tham số a và N giảm, kết quả là ứng suất của pha ferit giảm đi, cơ tính của thép cũng giảm theo. Kết quả này phù hợp với hình 3.8, cơ tính của mẫu thép P11 giảm khi tiếp xúc với hơi nước có nhiệt độ
300 oC và áp suất 0,2 MPa trong một thời gian dài.
Một nguyên nhân nữa dẫn đến sự thay đổi cơ tính là sự thay đổi kích thước hạt đã ảnh hưởng đến chuyển động của lệch. Nghiên cứu của Okitsu và cộng sự cũng đã khẳng định rằng, kích thước hạt thay đổi có ảnh hưởng đến cơ tính của thép; cơ tính của thép tăng lên khi kích thước hạt giảm [64]. Hay nói cách khác, nếu kích thước hạt tăng lên trong thời gian dài làm việc ở nhiệt độ cao thì cơ tính của thép giảm. Kết quả này cho thấy thép P11 trong điều kiện tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao đã dẫn đến sự xuất hiện của chảy rão sau một thời gian làm việc, làm cho có sự suy giảm cơ tính của thép.