Efeito da temperatura de revenido na resistência a fluência do aço DIN X22CrMoV12-1 utilizado em palhetas de turbina a vapor

Abstract

O aumento do consumo de energia elétrica nas últimas décadas motivou os setores de engenharia, operação e manutenção em aumentar a eficiência e a confiabilidade das suas plantas de geração elétrica. Fatores relacionados a operação e manutenção podem causar indisponibilidade de geração em usinas termoelétricas, as palhetas dos rotores de turbinas podem romper como consequência da degradação da sua microestrutura, a principal causa é a fluência, fenômeno dependente do tempo e da temperatura de operação. Monitorar a degradação em serviço dos componentes em usinas termoelétricas é importante, tanto para preservar a integridade dos ativos e dos colaboradores como para aumentar a confiabilidade operacional. Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da temperatura de revenido sobre a resistência a fluência do aço X22CrMoV12-1 utilizado na fabricação de palhetas de turbina a vapor, e desenvolver uma metodologia de estimativa da vida residual das palhetas. Foram efetuados ensaios de tração a quente e fluência, para se avaliar a influência da temperatura de revenido sobre a resistência a fluência das temperaturas de revenido testadas (660, 690 e 740 °C). Para avaliar as transformações microestruturais ocorridas durante os estágios de fluência, foram realizadas análises por microscopia óptica, eletrônica de varredura e eletrônica de transmissão, adicionalmente ensaios eletroquímicos foram efetuados para se determinar o grau de sensitização das amostras submetidas a fluência. A temperatura do revenido influencia sobre a dureza e a resistência mecânica do aço X22CrMoV12-1. Nos resultados dos ensaios de tração a quente comprovou-se que: maiores temperaturas de teste e menores velocidades de deformação reduzem o limite de escoamento além de aumentar o alongamento. A condição temperada e revenida a 690 °C foi a que apresentou a maior resistência a fluência entre as condições testadas. Conforme resultados encontrados nesta pesquisa é possível estimar a vida residual das palhetas pela determinação do tamanho dos seus precipitados do tipo M23C6 e pela determinação do seu grau de sensitização. Para se manter a confiabilidade operacional dos rotores de turbina a vapor além do conhecimento e histórico das condições operacionais o tamanho do precipitado M23C6 não deve exceder em 30 nm de seu diâmetro e o grau de sensitização não ultrapassar a faixa de 0,45.

The increase in electricity consumption in recent decades has motivated the engineering, operation and maintenance sectors to raise the efficiency and reliability of their power plants. Factors related to operation and maintenance can cause unavailability of power generation in thermoelectric power plants, turbine rotor blades can fail as a consequence of the degradation of their microstructure, the main cause is creep, a phenomenon dependent on time and temperature of operation. Monitoring the degradation of components in operation in power plants is important, both to preserve the integrity of assets and employees and to increase operational reliability. This research aims to evaluate the influence of tempering temperature on the creep resistance of the X22CrMoV12-1 steel used in steam turbines and to develop a methodology for estimating the remaining life of the blades. Hot tensile and creep tests were performed to evaluate the influence of the tempering temperature on the creep resistance of the tested tempering temperatures (660, 690 and 740 °C). In order to evaluate the microstructural transformations that occurred during the creep stages, analyses were performed by optical, scanning electron and transmission electronics microscopy. In addition, electrochemical tests were carried out to determine the degree of sensitization of samples submitted to creep. The tempering temperature influences the hardness and mechanical strength of the X22CrMoV12-1 steel. In the results of the tensile testing hot tests it was found that: higher test temperatures and lower strain rates reduce the yield point in addition to increasing the elongation. The sample quenched and tempered at 690 °C was the one that presented the highest resistance to creep between the conditions tested. According to the results found in this research it is possible to estimate the residual life of the blade by determining the size of its M23C6 type precipitates and determining its degree of sensitization. In order to maintain the operational reliability of the steam turbine rotors beyond the knowledge and history of the operating conditions, the size of the M23C6 precipitate should not exceed 30 nm in diameter and the degree of sensitization should not exceed the 0.45 range.