Characterization of Oxide Layers Formed on 13CrMo4-5 Steel Operated for a Long Time at an Elevated Temperature

The paper contains results of studies into the formation of oxide layers on 13CrMo4-5 (15HM) steel long-term operated at an elevated temperature. The oxide layer was studied on a surface and a cross-section at the inner and outer surface of the tube wall. The 13CrMo4-5 steel operated at the temperature of 470°C during 190,000 hours was investigated. X-ray structural examinations (XRD) were carried out, microscope observation s using an optical, scanning microscope were performed. The native material chemical composition was analysed by means of emission spark spectroscopy, while that of oxide layers on a scanning microscope (EDS). The studies on the topography of the oxide layers comprised studies on the roughness plane, which were carried out using a AFM microscope designed for 2D and 3D studies on the surface. Mechanical properties of the oxide layer – steel (substrate) were characterised on the basis of scratch test. The adhesion of oxide layers, friction force, friction coefficient, scratching depth were determined as well as the force at which the layer was delaminated.

Praca zawiera wyniki badań warstw tlenkowych powstałych na stali 13CrMo4-5 (15HM) długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze. Badania przeprowadzono na powierzchni oraz na przekroju przy powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej ścianki rury. Badana stal 13CrMo4-5 była eksploatowana w temperaturze 470oC w czasie 190000 godzin. Na badanym materiale przeprowadzono badania XRD, obserwacje mikroskopowe przy użyciu mikroskopu optycznego i skaningowego. Skład chemiczny stali badano na emisyjnym spektrometrze iskrowym natomiast poszczególnych warstw tlenkowych przy użyciu mikroskopu skaningowego za pomocą EDS. W ramach badań topografii warstw tlenkowych przeprowadzono badania chropowatości powierzchniowej, które realizowano przy zastosowaniu mikroskopu sił atomowych AFM przeznaczonego do badań 2D i 3D. Przeprowadzono charakterystykę mechanicznych właściwości warstwa tlenków – stal (podłoże) na podstawie badań za pomocą scratch testu. Określono przyczepność warstw tlenkowych, siłę tarcia, współczynnik tarcia, głębokość zarysowania oraz siłę, przy której warstwa uległa delaminacji.