621.181
669.018

зварне з’єднання
залишковий ресурс
тривала міцність
швидкість повзучості
weld joint
long-term strength
steady creep rate
high temperature hydrogen degradation

Оцінено тривалу міцність різних зон зварного з’єднання за статичного та повторно-статичного навантаження сталі 15Х2МФА й характеристики повзучості після випроб на повітрі та в середовищі газоподібного водню металу різних зон зварних з'єднань жароміцних конструкційних сталей 15Х2МФА і 2.25Cr-1Mо у вихідному стані й після деградації за лабораторних та експлуатаційних умов. Показано, що найслабшою зоною є зона термічного впливу, але найінтенсивніше деградує метал шва. Залишковий ресурс різних зон зварного з'єднання оцінили, використавши параметр Ларсона-Міллера.
The features of service regime of the oil hydrocracking reactors is associated with the high stress in its body due to fluctuations in temperature and pressure of the environment during the technological process. To understand the influence of such fluctuations of stress on the degradation characteristics of the weld joint of the steel 15Kh2MFA at static and re-static strength in gaseous hydrogen was investigated. It is established that metal of heat-affected zone is the weakest area of the weld joint at static and re-static loading under the basis of 250 hours of testing. It was established the steady creep rate of 15Kh2MFA steel in hydrogen already in the initial state was worse than steel 2,25Cr-1Mo. At the same initial stress level (σ0 = 330 MPa) the steady creep rate of the 15Kh2MFA steel was more than an order of magnitude higher than obtained for the 2,25Cr-1Mo steel (7,4*10-3 and 3*10-4% / h respectively). The same tendency of change of the steady creep rate was saved in degraded steels at the same initial stress level (σ0 = 330 MPa). The long-term strength data for the metals of different zones of the weld joint on the 15Kh2MFA steel and for the base metal and weld metal on the 2.25Cr-1Mo steel were analyzed using the Larson-Miller parameter. The data obtained at higher loadings was extrapolated to its worker levels. Analysis of these results showed that the time to failure of the weld metal specimens of the 2.25Cr-1Mo steel degraded in operating conditions for 79*103 hours and tested at 290 MPa stress level and temperature of 450 °C, practically coincided with the such time of the base metal, degraded during 60*103 hours in service. It was revealed that the long-term strength of the metal from all weld joint zones under re-static loading is lower than in a purely static one. The weld metal was the most sensitive to the effects of re-static loading. Using of the Larson-Miller parameter it was shown that long-term strength of the metal of different zones of the welded joint tested in hydrogen already in the initial state reached the lower limit of the regulated range for guarantee safe operation of the heat resistant steels.

1. Student, O.Z. An accelerated method of hydrogen degradation of structural steels by thermocycling / O.Z. Student // Фiз.-хiм. механіка матеріалів. – 1998. – 34, № 4. – С. 45 – 52. (Student O.Z. Accelerated Method for Hydrogen Degradation of Structural Steel // Materials Science. – 1998. – 34, 4. – P. 497 – 507).
2. Студент, О.З. Вплив тривалої експлуатації сталі 12Х1МФ з різних зон гину парогону ТЕС на її механічні характеристики [Текст] / О.З. Студент, Л.М. Свірська, І.Р. Дзіоба // Фiз.-хiм. механiка матерiалiв. – 2012, – 48, № 2. – С. 111 – 118. (Influence of the long-term operation of 12Kh1M1F steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant on its mechanical characteristics / O.Z. Student, L.M. Svirs’ka, I.R. Dzioba // Materials Science – 2012. – 48, № 2. – P. 239 – 246).
3. Студент, О. Вплив теплозмін під час експлуатації парогонів ТЕС на статичну тріщиностійкість сталі 15Х1М1Ф [Текст] / О. Студент, Г. Кречковська, Л. Бабій // Вісник ТНТУ. – Тернопіль. – 2013. – Том 72, № 4. – С 199 – 206.
4. Вплив газоподібного водню на інтенсивність процесу повзучості корпусної сталі реакторів гідрокрекінгу нафти [Текст] / Г.М. Никифорчин, О.З. Студент, А. Загурський, Л.О. Бабій, Г. Матисяк // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій; за заг. ред. Лучка Й.Й. – Львів: Каменяр, 2005. – Вип. 6. – С. 716 – 721.
5. Повзучість у водні експлуатованої сталі 2,25Cr-Mo [Текст] / Л.О. Бабій, О.З. Студент, А. Загурський, А.Д. Марков // Фіз.-хiм. механiка матерiалiв. – 2007. – 43, № 5. – С. 91 – 96. (Babii L.O. Creep of degraded 2.25 Cr-Mo steel in hydrogen / L.O. Babii, O.Z. Student, A. Zagorski, A.D. Markov // Materials Science – 2007. – 43, 5. – P. 701 – 707).
6. Robertson, I.M. Hydrogen effects on plasticity / I.M. Robertson, H.K. Birnbaum, P. Sofronis // In: Dislocations in Solids / Eds. by J.P. Hirth, L. Kubin. – Oxford: Elsevier, 2009. – Vol. 15. – P. 249–294.
7. Власов, Н.М. Влияние атомов водорода на подвижность краевой дислокации [Текст] / Н.М. Власов, В.А. Зазноба // Физика твердого тела. – 1999. – 41. – вып. 3. – С. 451–453.
8. Студент, О.З. Особливості впливу водню на властивості і механізм руйнування металу зварних з’єднань паропроводів ТЕС [Текст] / О.З. Студент, А.Д. Марков, Г.М. Никифорчин // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2006. – 42, № 4. – С. 26 – 35.(Specific features of the influence of hydrogen on the properties and mechanism of fracture of the metal of welded joints of steam pipelines at thermal power plants / O.Z. Student, A.D. Markov, H.M. Nykyforchyn // Materials Science – 2006. – 42, № 4. – P. 451 – 460).
9. Data sheets on the elevated temperature properties of quenched and tempered 2.25Cr–1Mo steel plates for pressure vessels (ASTM A542) // NRIM data sheet. – 1991. – 36 A.

1. Student, O.Z. An accelerated method of hydrogen degradation of structural steels by thermocycling, O.Z. Student, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 1998, 34, No 4, P. 45 – 52. (Student O.Z. Accelerated Method for Hydrogen Degradation of Structural Steel, Materials Science, 1998, 34, 4, P. 497 – 507).
2. Student, O.Z. Vplyv tryvaloi ekspluatatsii stali 12Kh1MF z riznykh zon hynu parohonu TES na yii mekhanichni kharakterystyky [Text], O.Z. Student, L.M. Svirska, I.R. Dzioba, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2012, 48, No 2, P. 111 – 118. (Influence of the long-term operation of 12Kh1M1F steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant on its mechanical characteristics, O.Z. Student, L.M. Svirska, I.R. Dzioba, Materials Science – 2012, 48, No 2, P. 239 – 246).
3. Student, O. Vplyv teplozmin pid chas ekspluatatsii parohoniv TES na statychnu trishchynostiikist stali 15Kh1M1F [Text], O. Student, H. Krechkovska, L. Babii, Visnyk TNTU, Ternopil, 2013, V. 72, No 4, P. 199 – 206.
4. Vplyv hazopodibnoho vodniu na intensyvnist protsesu povzuchosti korpusnoi stali reaktoriv hidrokrekinhu nafty [Text], H.M. Nykyforchyn, O.Z. Student, A. Zahurskyi, L.O. Babii, H. Matysiak, Mekhanika i fizyka ruinuvannia budivelnykh materialiv ta konstruktsii; by gen. ed. Luchka Y.Y, Lviv: Kameniar, 2005, Iss. 6, P. 716 – 721.
5. Povzuchist u vodni ekspluatovanoi stali 2,25Cr-Mo [Text], L.O. Babii, O.Z. Student, A. Zahurskyi, A.D. Markov, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2007, 43, No 5, P. 91 – 96. (Babii L.O. Creep of degraded 2.25 Cr-Mo steel in hydrogen, L.O. Babii, O.Z. Student, A. Zagorski, A.D. Markov, Materials Science – 2007, 43, 5, P. 701 – 707).
6. Robertson, I.M. Hydrogen effects on plasticity, I.M. Robertson, H.K. Birnbaum, P. Sofronis, In: Dislocations in Solids, Eds. by J.P. Hirth, L. Kubin, Oxford: Elsevier, 2009, Vol. 15, P. 249–294.
7. Vlasov, N.M. Vliianie atomov vodoroda na podvizhnost kraevoi dislokatsii [Text], N.M. Vlasov, V.A. Zaznoba, Fizika tverdoho tela, 1999, 41, Iss. 3, P. 451–453.
8. Student, O.Z. Osoblyvosti vplyvu vodniu na vlastyvosti i mekhanizm ruinuvannia metalu zvarnykh ziednan paroprovodiv TES [Text], O.Z. Student, A.D. Markov, H.M. Nykyforchyn, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2006, 42, No 4, P. 26 – 35.(Specific features of the influence of hydrogen on the properties and mechanism of fracture of the metal of welded joints of steam pipelines at thermal power plants, O.Z. Student, A.D. Markov, H.M. Nykyforchyn, Materials Science – 2006, 42, No 4, P. 451 – 460).
9. Data sheets on the elevated temperature properties of quenched and tempered 2.25Cr–1Mo steel plates for pressure vessels (ASTM A542), NRIM data sheet, 1991, 36 A.