Инновационный центр современных текстильных технологий (Лаборатория Цзяньху), Шаосин, Китай¹ ; Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, Барнаул, Россия² ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай³

С. Г. Иванов, ведущий научный сотрудник^1,2, ведущий научный сотрудник государственной ключевой лаборатории цифрового текстильного оборудования провинции Хубэй³, докт. техн. наук, эл. почта: serg225582@yandex.ru

Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия
Н. И. Мозговой, доцент кафедры техносферной безопасности и аналитической химии, канд. техн. наук, эл. почта: nick_3@bk.ru

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, Барнаул, Россия¹ ; Zhejiang Brilliant Refrigeration Equipment Co. Ltd, Синчан, Китай²
М. А. Гурьев, доцент кафедры технологии машиностроения¹, технический директор², канд. техн. наук, эл. почта: gurievma@mail.ru

Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай¹ ; Московский политехнический университет, Москва, Россия² ; Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия³
В. Б. Деев^*, профессор факультета машиностроения и автоматизации¹, заведующий кафедрой оборудования и технологий сварочного производства2, главный научный сотрудник³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: deev.vb@mail.ru

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, Барнаул, Россия¹ ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай² ; Zhejiang Pinuo Machinery Co., Ltd., Шаосин, Китай³
А. М. Гурьев, зав. кафедрой начертательной геометрии и графики¹, профессор факультета машиностроения и автоматизации², главный научный сотрудник³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: gurievam@mail.ru

^*Корреспондирующий автор.

Графит является одной из термодинамически устойчивых фаз в железоуглеродистых сплавах, в том числе и в сталях. Однако в обычных условиях углерод в сталях находится в связанном состоянии в виде карбида железа. Выделение углерода в свободном виде в сталях приводит к потере прочностных и эксплуатационных характеристик сталей, поэтому этот процесс считается нежелательным, а в случае ответственных деталей — даже недопустимым. Выявление графита в структуре ответственных деталей энергетического машиностроения является браковочным признаком, и графитизированные детали подлежат немедленной замене во избежание аварий. При этом необходимо отметить, что лабораторные эксперименты по установлению всех особенностей графитизации стали крайне дорогостоящие и не совсем актуальны из-за характеристик процесса графитизации: весьма большой длительности и высокой зависимости от значения температуры процесса графитизации. Поэтому следует изучать процесс графитизации сталей на натурных образцах, которые учитывают все множество факторов, влияющих на процесс графитизации сталей. В настоящей работе изучен процесс графитизации низкоуглеродистой стали 20, из которой изготовили детали нефтеперегонного оборудования. Установлено, что в этих деталях произошел процесс графитизации стали 20 при рабочих температурах 380–420 ^оС и длительности работы 2700–3000 ч, при этом по данным других авторов, для графитизации стали 20 в этих условиях необходимая продолжительность должна составлять не менее 25 000–40 000 ч. Установлено, что одной из причин, способствовавших ускорению процесса графитизации, являлось неоднократное кратковременное (не более 2 ч) повышение температуры до 620–650 ^оС.

Работа выполнена в рамках государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FZUN-2024-0004, госзадание ВлГУ).

1. Prikhodko O. G., Deev V. B., Kutsenko A. I., Prusov E. S. Analysis of the solidification process of castings depending on their configuration and material of the mold // CIS Iron and Steel Review. 2023.Vol. 25. P. 31–38.
2. Prikhod’ko O. G., Deev V. B., Prusov E. S., Kutsenko A. I. Influence of thermophysical characteristics of alloy and mold material on casting solidification rate // Steel in Translation. 2020. Vol. 50, Iss. 5. P. 296–302.
3. Deev V. B., Prusov E. S., Vdovin K. N., Bazlova T. A., Temlyantsev M. V. Influence of melting unit type on the properties of middle-carbon cast steel // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13, No. 3. P. 998–1001.
4. Антикайн П. А., Борисов В. Е., Самарец Г. Н., Чесалкин А. В. Восстановительная термическая обработка углеродистой стали // Теплоэнергетика. 1993. № 12. С. 49–52.
5. Гофман Ю. М. О надежности изделий из стали 20, эксплуатируемых при высоких температурах // Теплоэнергетика. 1992. № 8. С. 21–22.
6. Маляров А. В., Кутепов С. Н., Гвоздев А. Е. Закономерности распада цементита при термоциклической обработке углеродистых сталей в состоянии предпревращения вблизи температуры А0 // Сборник научных статей Международной научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика А. А. Байкова. 2020. С. 98–100.
7. Бегунов А. И., Осипова Т. А. Разрушение сталей в результате графитизации элементов трубопроводов и котлов среднего давления // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1 (41). С 257–259.
8. Kim Y. J., Bae S. W., Lim N. S. et al. Evolution of microstructure and mechanical properties of graphitized Fe–0.55C–2.3Si steel during quenching and tempering treatment // Met. Mater. Int. 2021. Vol. 27. P. 3730–3739. DOI: 10.1007/s12540-020-00743-4
9. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник: в 3 томах / Под общ. ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 1997. — 1024 с.
10. РД 10-577-03 Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций. 2003. — 128 с.
11. ОСТ 34-70-690-84 Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации. 42 c.
12. ASM Handbook: Heat Treatment. Vol. 4. — ASM International, 1991. — 2173 p.
13. ASM Handbook: Metallography and Microstructures. Vol. 9. — ASM International, 2004. — 4573 р.
14. Hayazi N. F., Shamsudin S. R., Wardan R., Sanusi M. S. M., Zainal F. F. Graphitization damage on seamless steel tube of pressurized closed-loop of steam boiler // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 701. 012042. DOI: 10.1088/1757-899X/701/1/012042
15. Pérez I. U., da Silveira T. L., da Silveira T. F. et al. Graphitization in low alloy steel pressure vessels and piping // J Fail. Anal. and Preven. 2011. Vol. 11. P. 3–9. DOI: 10.1007/s11668-010-9414-z
16. Tomotaka H., Kota S., Kaoru S., Toru H., Kazuhiro K. TTP diagrams of graphitization of creep ruptured carbon steels and 0.5Mo steel // ISIJ International. 2021. Vol. 61, Iss. 11. P. 2822-2831. DOI: 10.2355/isijinternational. ISIJINT-2021-275
17. Kim Y. J., Park S. H. Effect of initial microstructure on graphitization behavior of Fe — 0.55 C — 2.3 Si steel // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. P. 4529-4540. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.10.071
18. Kim Y. J., Bae S. W., Kim S. H., Lim N. S., Park S. H. Effects of B and Ti addition and heat treatment temperature on graphitization behavior of Fe - 0.55 C - 2.3 Si steel // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9, Iss. 5. P. 11189–11200. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.08.001
19. Foulds J. R., Viswanathan R. Graphitization of steels in elevated-temperature service // J. of Materi Eng and Perform. 2001. Vol. 10. P. 484–492. DOI: 10.1361/105994901770344935
20. Hatakeyama T., Sawada K., Sekido K., Hara T., Kimura K. Graphitization behaviors of creep-ruptured 0.3% carbon steel at 673 to 773 K // ISIJ International. 2021. Vol. 61, Iss. 3. P. 993-1001. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-575
21. Iwamoto T., Hoshino T., Matsuzaki A., Amano K. Effects of boron and nitrogen on graphitization and hardenability in 0.53 % C steels // ISIJ International. 2002. Vol. 42. P. S77–S81. DOI: 10.2355/isijinternational.42.Suppl_S77
22. Kim Y. J., Bae S. W., Lim N. S., Park S. H. Graphitization behavior of mediumcarbon high-silicon steel and its dependence on temperature and grain size // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 785. 139392. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139392
23. Foulds J. R., Shingledecker J. P. An updated assessment of graphitization of steels in elevated temperature service // Journal of Materials Engineering and Performance. 2015. Vol. 24. P. 586–597. DOI: 10.1007/s11665-014-1376-y
24. Neri M. A., Colás R., Valtierra S. Effect of deformation on graphitization kinetics in high carbon steels // Journal of Materials Processing Technology. 1998. Vol. 83, Iss. 1–3. P. 142-150. DOI: 10.1016/S0924-0136(98)00053-3
25. Yousefi M., Rajabi M., Sadegh M. Kerahroodi A. Graphitization cracks in Ck45 steel clips of turbofans // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 125. 105402. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105402
26. Hatakeyama T., Sekido K., Sawada K. Prediction of graphitization behavior during long-term creep in carbon steels // ISIJ International. 2023. Vol. 63, Iss. 5. P. 910–918. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2022-558
27. Brusco M. Logistic regression via excel spreadsheets: mechanics, model selection, and relative predictor importance // INFORMS Transactions on Education. 2022. Vol. 23, Iss. 1. P. 1–11. DOI: 10.1287/ited.2021.0263
28. Zhang Yj., Han Jt. A study of graphitization of free-cutting steel // Met Sci Heat Treat. 2019. Vol. 60. P. 817–819. DOI: 10.1007/s11041-019-00362-w
29. Тарасевич Б. Н. ИК-спектры основных классов органических соединений : справочные материалы. — МГУ имени М. В. Ломоносова, химический факультет, 2012. — 54 c.
30. Федюкин В. К., Смагоринский М. Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. — Ленинград : Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1989. — 254 с.
31. Hamedi Y., Kiani-Rashid A. R., Shishegar H. R., Azaat-Pour H. R. The influence of different heat treatment cycles on controlled surface graphitization in CK45 steel // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 492, Iss. 1–2. P. 739–744. DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.12.036
32. Pérez I. U., da Silveira T. L., da Silveira T. F. Graphitization in low alloy steel pressure vessels and piping // J Fail. Anal. and Preven. 2011. No. 11. P. 3–9. DOI: 10.1007/s11668-010-9414-z
33. Гурьев А. М., Ворошнин Л. Г., Хараев Ю. П., Лыгденов Б. Д., Черных Е. В. Циклическое тепловое воздействие при термической и химико-термической обработке инструментальных сталей // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2. № 3. С. 37–45.