Title
Uticaj kratkotrajnog pregrevanja na mehaničke osobine i mikrostrukturu centrifugalno livene legure otpornena toplotu - HP40 Nb
Creator
Timotijević, Milica, 1993-
CONOR:
80631049
Copyright date
2025
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Inventory ID
3807
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 05.09.2025.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Kragujevcu
Faculty
Fakultet za mašinstvo i građevinarstvo
Alternative title
Effect of short-term overheating on mechanical properties and microstructure of centrifugal heat-resistant casting alloy - HP40 Nb
Publisher
[M. S. Timotijević]
Format
VII, 191 listova
Abstract (sr)
Normalni projektovani radni vek cevi za reformere definisan je ARI standardom i
iznosi 100 000 sati. Stvarni radni vek cevi zavisi od mnogih mehanizama oštećenja
koji se javljaju tokom eksploatacije, može biti duži ili kraći od projektovanog radnog
veka. Kratkotrajno pregrevanje može da nastane posle nekoliko sati rada i obično se
javlja kada je cev ostala bez radnog fluida. Pregrevanje može da dovede do
mikrostrukturnih promena, pada mehaničkih osobina i na kraju do loma cevi.
Ova doktorska disertacija bazirana je na istraživanju uticaja kratkotrajnog
pregrevanja na mehaničke osobine i razvoj mikrostrukture, sadržaja primarnih i
sekundarnih karbida, mehanizama oštećenja cevi sa aspekta pregrevanja cevi za
reformere (peći za pirolizu). Za ispitivanje su upotrebljeni uzorci segmenta cevi
novog (HP40-0,63%Nb) i starog materijala (HP40-1,5%Nb) nakon više od 100 000 sati
rada. Analize su sprovedene na temperaturama pregrevanja od 950, 1050 i 1150 °C, jer
ovi materijali imaju široku primenu u petrohemijskoj industriji, posebno u uslovima
dugotrajne izloženosti temperaturama između 850 i 1150 °C. Istraživanje je
obuhvatilo analizu hemijskog sastava, metalografska i fraktografska ispitivanja,
rendgensku difrakcionu analizu, ispitivanje zateznih osobina i tvrdoće. Dobijeni
rezultati pokazali su da temperatura i trajanje pregrevanja značajno utiču na mehaničke
karakteristike i strukturu materijala.
Kod novog materijala, najveći napon tečenja zabeležen je na 950 °C, a najniži na 1150 °C.
Zatezna čvrstoća se povećala u proseku za 20 %, dok je izduženje nakon pregrevanja na
950 i 1050 °C smanjeno za 12%, a na 1150 °C povećano za 35 %. Mikrostrukturna analiza
je pokazala da viša temperatura dovodi do smanjenja količine sekundarnih karbida i
izmene morfologije primarnih karbida, koji na 1150 °C dobijaju globularni oblik.
Kod starog materijala primećen je napredak degradacije. Vrednosti izduženja su se
smanjile za 44% na 950 i 1050 °C, ali su se povećale za 67 % na 1150 °C. Zatezna čvrstoća
je u proseku porasla za 12,7 %, dok je napon tečenja blago opao (za 1,6 %) u odnosu na
stanje pre pregrevanja. Na temperaturi od 1150 °C došlo je do potpunog rastvaranja
sekundarnih karbida u mikrostrukturi.
Na kraju, primenjene su ANOVA i regresiona analiza radi optimizacije parametara
pregrevanja. Dobijene su maksimalne i minimalne vrednosti mehaničkih osobina,
poput zatezne čvrstoće, napona tečenja, izduženja i tvrdoće po Vikersu. Ovakvim
pristupom potvrđeni su rezultati eksperimentalnih istraživanja i dobijene smernice
za dalje primene u industrijskoj praksi.
Abstract (en)
The normal designed service life of reformer tubes is defined by the API standard and amounts
to 100.000 hours. The actual service life of the tubes depends on numerous damage mechanisms
occurring during operation and may be either longer or shorter than the designed life. Shortterm overheating can occur after a few hours of operation and typically arises when a tube is
devoid of working fluid. Overheating can lead to microstructural changes, a decline in
mechanical properties, and ultimately, tube failure.
This doctoral dissertation is based on the study of the effects of short-term overheating on the
mechanical properties, microstructural evolution, primary and secondary carbide content, and
damage mechanisms of reformer tubes (pyrolysis furnace tubes) from the perspective of
overheating. The research was conducted on tube segment samples of both new (HP40-
0.63%Nb) and used material (HP40-1.5%Nb) after more than 100.000 hours of operation.
The analyses were performed at overheating temperatures of 950, 1050, and 1150 °C, as these
materials are widely used in the petrochemical industry, particularly under long-term exposure
to temperatures ranging from 850 to 1150 °C. The study included chemical composition
analysis, metallographic and fractographic examinations, X-ray diffraction analysis, and testing
of tensile properties and hardness. The obtained results demonstrated that both temperature and
overheating duration have a significant impact on the mechanical characteristics and structure
of the material.
In the case of the new material, the highest yield strength was observed at 950 °C, while the
lowest was noted at 1150 °C. The tensile strength increased by an average of 20 %, whereas
elongation decreased by 12 % after overheating at 950 °C and 1050 °C. However, elongation
improved by 35 % at 1150 °C. Microstructural analysis showed that higher temperatures
resulted in a reduction of secondary carbide content and altered the morphology of primary
carbides, which took on a globular shape at 1150 °C.
For the aged material, signs of degradation were evident. Elongation values decreased by 44%
at both 950 °C and 1050 °C, but increased by 67 % at 1150 °C. The tensile strength rose by an
average of 12.7 %, while the yield strength experienced a slight decrease of 1.6 % compared to
the pre-overheating condition. At 1150 °C, secondary carbides were completely dissolved
within the microstructure.
Finally, ANOVA and regression analysis were applied to optimize overheating parameters. The
study identified the maximum and minimum values of mechanical properties, including tensile
strength, yield strength, elongation, and Vickers hardness. This optimization process validated
the experimental findings and provided guidelines for further industrial applications.
Authors Key words
HP40 legura, mehaničke osobine, mikrostruktura, primarni karbidi,
sekundarni karbidi, pregrevanje, ANOVA, regresiona analiza.
Authors Key words
HP40 alloy, mechanical properties, microstructure, primary carbides, secondary
carbides, overheating, ANOVA, regression analysis.
Classification
620.1:66(043.3)
Subject
Mašinski materijali
Type
Tekst
Abstract (sr)
Normalni projektovani radni vek cevi za reformere definisan je ARI standardom i
iznosi 100 000 sati. Stvarni radni vek cevi zavisi od mnogih mehanizama oštećenja
koji se javljaju tokom eksploatacije, može biti duži ili kraći od projektovanog radnog
veka. Kratkotrajno pregrevanje može da nastane posle nekoliko sati rada i obično se
javlja kada je cev ostala bez radnog fluida. Pregrevanje može da dovede do
mikrostrukturnih promena, pada mehaničkih osobina i na kraju do loma cevi.
Ova doktorska disertacija bazirana je na istraživanju uticaja kratkotrajnog
pregrevanja na mehaničke osobine i razvoj mikrostrukture, sadržaja primarnih i
sekundarnih karbida, mehanizama oštećenja cevi sa aspekta pregrevanja cevi za
reformere (peći za pirolizu). Za ispitivanje su upotrebljeni uzorci segmenta cevi
novog (HP40-0,63%Nb) i starog materijala (HP40-1,5%Nb) nakon više od 100 000 sati
rada. Analize su sprovedene na temperaturama pregrevanja od 950, 1050 i 1150 °C, jer
ovi materijali imaju široku primenu u petrohemijskoj industriji, posebno u uslovima
dugotrajne izloženosti temperaturama između 850 i 1150 °C. Istraživanje je
obuhvatilo analizu hemijskog sastava, metalografska i fraktografska ispitivanja,
rendgensku difrakcionu analizu, ispitivanje zateznih osobina i tvrdoće. Dobijeni
rezultati pokazali su da temperatura i trajanje pregrevanja značajno utiču na mehaničke
karakteristike i strukturu materijala.
Kod novog materijala, najveći napon tečenja zabeležen je na 950 °C, a najniži na 1150 °C.
Zatezna čvrstoća se povećala u proseku za 20 %, dok je izduženje nakon pregrevanja na
950 i 1050 °C smanjeno za 12%, a na 1150 °C povećano za 35 %. Mikrostrukturna analiza
je pokazala da viša temperatura dovodi do smanjenja količine sekundarnih karbida i
izmene morfologije primarnih karbida, koji na 1150 °C dobijaju globularni oblik.
Kod starog materijala primećen je napredak degradacije. Vrednosti izduženja su se
smanjile za 44% na 950 i 1050 °C, ali su se povećale za 67 % na 1150 °C. Zatezna čvrstoća
je u proseku porasla za 12,7 %, dok je napon tečenja blago opao (za 1,6 %) u odnosu na
stanje pre pregrevanja. Na temperaturi od 1150 °C došlo je do potpunog rastvaranja
sekundarnih karbida u mikrostrukturi.
Na kraju, primenjene su ANOVA i regresiona analiza radi optimizacije parametara
pregrevanja. Dobijene su maksimalne i minimalne vrednosti mehaničkih osobina,
poput zatezne čvrstoće, napona tečenja, izduženja i tvrdoće po Vikersu. Ovakvim
pristupom potvrđeni su rezultati eksperimentalnih istraživanja i dobijene smernice
za dalje primene u industrijskoj praksi.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.

