Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время имеются нормализованные методики определения этого показателя по результатам испытаний на длительную прочность серий образцов при одной или нескольких температурах. Испытания эти носят долговременный характер, требуют использования достаточно многочисленного парка специальных машин.
Для несущих сосудов целесообразно иметь предел длительной прочности 200—250 МПа (при температуре 500 °С).
Кроме предела длительной прочности (и предела длительной ползучести) на работоспособность несущих сосудов при повышенных температурах значительное влияние оказывает так называемая тепловая хрупкость — явление снижения уровня показателей механических свойств, особенно пластических и вязкостных, после длительной эксплуатации при рабочей температуре^
217 т; МПа
Рнс. 70. Диаграммы длительной прочности материалов для корпусов несущих сосудов:
1, 2-сталь 25Х2МФА прн 500 и 550 "С; 3,4- сталь ЭИ-961Ш при 500 и 550 "С
Тепловая хрупкость, в частности, может проявиться в существенном увеличении Tko после многолетней работы сосуда. Поэтому при подборе материалов для несущих сосудов следует брать такие марки сталей, которые не обладают тепловой хрупкостью при рабочей температуре. Материалы корпусов, приведенные в табл. 17, удовлетворяют этому требованию при температурах до 420°С, а корпус из стали 25Х2МФА не обнаруживает заметной тепловой хрупкости при температурах до 450—500 °С. Хорошо зарекомендовала себя в эксплуатации при температуре до 500 °С также сталь ЭИ-961Ш. На рис. 70 приводятся зависимость длительной прочности от температуры для сталей 25Х2МФА и ЭИ-961Ш, полученные на образцах из материалов серийных сосудов, которые можно рекомендовать для изготовления несущих сосудов, работающих при температуре стенки до 500 °С. Вторая сталь обладает несколько более высоким уровнем жаропрочности, но она более дорогая и хуже освоена для получения крупногабаритных отливок, поэтому ее целесообразно применять при изготовлении малогабаритных сосудов с внутренним диаметром до 200 мм.
Обычно очень значительная длительность технологических процессов гидротермального синтеза делает нецелесообразным учет усталости материала несущего сосуда. Однако в последнее время появились гидротермальные технологии с существенно более короткими циклами — сотни и даже десятки часов. В то же время период работы некоторых несущих сосудов составляет уже несколько десятилетий и продолжает расти. Все это делает необходимым в отдельных случаях учет цикличности нагруже-ния несущих сосудов, в частности учет усталостных характеристик их материалов. Наиболее подходящей такой характеристикой применительно к условиям работы несущего сосуда синтеза является уровень малоцикловой усталости, определенный по результатам испытаний образцов в жестком режиме нагруже-иия.
218 Немаловажную роль при выборе материала для несущего сосуда имеет коррозионное влияние технологической среды. Подробнее этот вопрос рассмотрен в гл. 11. Здесь отметим только то обстоятельство, что изучение коррозионной стойкости материалов несущих сосудов в условиях гидротермального синтеза является сложным и длительным процессом, не всегда дающим надежные данные. Тем не менее результаты специальных исследований и опыт эксплуатации позволяют рекомендовать вышеупоминавшиеся марки сталей для несущих сосудов, предназначенных к выращиванию кварца и его разновидностей в щелочных растворах. Более высокой стойкостью в этих условиях обладает, как показали испытания, сталь З8ХНЗМФА. При использовании специальных коррозионно-защитных устройств это обстоятельство не лимитирует выбор материала.
Рассмотренные выше аспекты выбора материалов несущих сосудов показывают, что к этому вопросу необходимо подходить комплексно. В каждом конкретном случае приходится определять как объем сдаточных и факультативных характеристик, так и допустимые интервалы их изменения. При этом кроме параметров и условий работы сосуда необходимо учитывать наличие заготовок или возможность их изготовления, а также стоимость. Следует иметь в виду, что стоимость материала может очень существенно влиять на стоимость готового сосуда, изменяя ее зачастую в несколько раз.
Изготовление и контроль
Изготовление несущих сосудов аппаратов гидротермального синтеза осуществляется на специализированных машиностроительных заводах. Для изготовления каждого такого автоклава необходимо получить разрешение органов Госгортехнадзора. Заложенные в проекте стали и сплавы для основных деталей автоклава должны соответствовать перечню разрешенных марок либо возможность их применения должна быть подтверждена специализированной организацией. Каждый сосуд гидротермального синтеза после изготовления снабжается паспортом установленной формы, в котором записываются марки, физико-химические и механические свойства примененных материалов, результаты контроля, а также выявленные отклонения от проектной документации.
Учитывая высокие рабочие параметры несущих сосудов, их основные детали, как правило, изготавливают из поковок сталей, выплавленных в мартеновских и электрических печах, либо вакуумно-дуговым или электрошлаковым переплавами с последующей внепечной обработкой на установках типа УВРВ.
