Problematika výroby vysoce legovaných ocelí určených pro energetiku a petrochemický průmysl

Abstract

Vysoce legované oceli nacházejí široké uplatnění v energetice a petrochemickém průmyslu. K požadavkům kladeným na tyto oceli určené pro klasickou i jadernou energetiku patří zejména dosažení pevnostních vlastností za zvýšených teplot, dostatečná úroveň lomové houževnatosti, dobrá svařitelnost, dostatečná korozní odolnost, strukturní stabilita a odolnost proti radiačnímu poškození. Materiály používané pro petrochemii musí odolávat koroznímu vlivu ropy, ale také i vlivu slané mořské vody. Dále tyto oceli musí vykazovat vysokou pevnost, vysokou odolnost proti mezikrystalové korozi a snížený sklon ke koroznímu praskání. V obou případech je dusík velmi důležitým legujícím prvkem. Vyšší obsah dusíku podporuje precipitaci částic VN, což vede ke zvýšení creepové odolnosti u ocelí s obsahem 9 – 12 % hm. chromu. V případě dvoufázových, duplexních, ocelí ovlivňuje dusík jejich fázové složení, mechanické vlastnosti a zvyšuje hodnotu koeficientu protidůlkové koroze. Práce je věnována zejména problematice zvyšování obsahu dusíku při výrobě vysoce legovaných ocelí. Je zde popsáno a vyhodnoceno nadusičování oceli s využitím pouze plynného dusíku. Pro zlepšení vnitřní kvality ingotů byly využity numerické simulace odlévání a tuhnutí ingotů a pomocí diferenční termické analýzy byla stanovena teplota likvidu a solidu vybraných vysoce legovaných ocelí. V experimentální části jsou popsány jednotlivé dílčí etapy vývoje technologie výroby nové značky super duplexní oceli ve VÍTOVICE HEAVY MACHIENRY a.s. Byla ověřena možnost legování této oceli pouze plynným dusíkem až na obsah 2 450 ppm. Dále byla experimentálně stanovena teplota likvidu a solidu této vysoce legované oceli a byl vyvinut počítačový model pro sledování a řízení procesu výroby oceli.

High alloyed steels are widely used in energy and petrochemical industry. The requirements put on these steels for conventional and nuclear power engineering include in particular achieving of strength properties at increased temperatures, a sufficient level of fracture toughness, good weldability, sufficient corrosion resistance, structural stability and resistance to radiation damage. Materials used for the petrochemical industry must resist for corrosive impact of oil, but also the influence of salty seawater. Further, these steels must have a higher strength, high resistance to intergranular corrosion and reduce tendency to stress corrosion cracking. In both cases, nitrogen is a very important alloying element. Higher nitrogen content supports the precipitation of VN particles, which leads to increase creep resistance of steel containing 9 – 12% wt. chromium. In case of two-phase, duplex stainless steel, nitrogen influences the phase composition of steel, mechanical properties and increases the value of pitting resistance equivalent. This PhD thesis concerns the problems of increasing the nitrogen content in the steel during the production of high alloyed steels. Nitrogen alloying of steel using only nitrogen gas is described and evaluated. Numerical simulations of casting and solidification of steel ingots as well as determination of temperature of liquidus and solidus by using differential thermal analysis of selected high alloyed steels were used to improve the internal quality of ingots. Finally, the development of the production technology of a new super duplex stainless steel grade in VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. is described in experimental part of this thesis. Very high content of nitrogen, 2 450 ppm, was achieved only by using nitrogen gas. Furthermore, temperature of liquidus and solidus of super duplex stainless steel were experimentally determined and computer model for monitoring and control the steel production process was developed.