Автореферат (Разработка технологических основ электрошлаковой сварки чистых корпусных сталей АЭС)

На правах рукописиПодрезов Николай НиколаевичРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИЧИСТЫХ КОРПУСНЫХ СТАЛЕЙАЭССпециальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Волгодонском инженерно-техническом институте филиале Федерального государственного автономного образовательногоучреждения высшего профессионального образования «Национальныйисследовательский ядерный университет «МИФИ»Научный руководитель:доктор технических наукДОРОНИН Юрий ВикторовичОфициальные оппоненты:Доктор технических наукДРАГУНОВ Виктор КарповичНИУ «МЭИ»,Проректор по научной работеКандидат технических наукКОБЕРНИК Николай ВладимировичМГТУ имени.

Н.Э. Баумана,кафедра технологий сварки и диагностики,доцентВедущая организация:РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина,(Москва)Защита состоится «01» июня 2017 г. в 14:30 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.141.01 при Московском государственном техническом университетеим. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1.Телефон для справок: +7 (499) 267-09-63.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьюорганизации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационногосовета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени. Н.Э. Баумана ина сайте http://www.bmstu.ru.Автореферат разослан «____» _____________ 2017 г.УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬдиссертационного советад.т.н., доцентКоновалов А.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность.

К сварным соединениям ёмкостного оборудования изтеплоустойчивых сталей 15Х2НМФА и 10ГН2МФА, применяемых в атомномреакторостроении, предъявляются высокие эксплуатационные требования покомплексу механических свойств и полному отсутствию в них трещин итрещиноподобных дефектов.По мере постепенного перехода отечественной металлургии на выплавкудополнительнорафинированной и вакуумированной стали, взамен неудовлетворяющего современным эксплуатационным требованиям мартеновскогои электродугового металла,возникли определённые проблемы с ЭШСтолстолистовых изделий. Под воздействием термодеформационного циклаэлектрошлаковой сварки в околошовной зоне сварных соединений, выполненныхна основе дополнительно раскисленных сталей, возникали трещиноподобныедефекты.

Анализ и систематизация выявленной дефектности, определениехарактера и причины образования, а так же разработка мероприятий попредотвращению их образования и устранению является актуальной задачей.Сейчас практически вся сталь для атомной энергетики выплавляется сдополнительной обработкой, т.е. является чистой. Возникает общая проблемаповышения технологической свариваемости таких сталей, используемых впроизводстве ёмкостного оборудования АЭУ. В том числе является актуальнойразработка мер по повышению технологической свариваемости электрошлаковыхсварных соединений из чистых сталей 15Х2НМФА и 10ГН2МФА.В исследованиях Потапова Н.Н., Зубченко А.С., Рымкевича А.И., РощинаМ.Б., Трофимова Н.М., Винокурова В.А., Астафьева А.А и др. неоднократноотмечалось большое влияние участка термодеформационного цикла ЭШС вышетемпературы Ас3 на свариваемость корпусных сталей.

Зарубежные исследованияв основной массе посвящены изучению влияния перегрева на механическиесвойства чистых безхромистых сталей типа А-533 и А-508 и другихнизколегированных композиций. Таким образом, влияние перегрева ваустенитную область на свойства и технологическую свариваемость чистыхлегированных сталей 15Х2НМФА и 10ГН2МФА изучено недостаточно.Цель диссертационной работы – повышение качества изделий АЭС сприменением ЭШС из чистых сталей 10ГН2МФА и 15Х2НМФА.Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:1) изучение и анализ качества изделий АЭС в технологических процессах сприменением ЭШС в условиях ПО «Атоммаш»;2) экспериментальная оценка металлургической и тепловой свариваемостикорпусных сталей 10ГН2МФА и 15Х2НМФА в аустенитной области;13) разработка комплексной методики анализа неметаллических включенийдля детального изучения очагов повреждаемости в зоне сплавления сварныхсоединений;4) формализация и анализ влияния производственных факторов ЭШС натехнологическую свариваемость изделий;5) разработка оценочного критерия трещинообразования в электрошлаковых сварных соединениях на основе чистых корпусных сталей;6) исследование и анализ термодеформационных циклов ЭШС при сваркеопытно-штатного изделия из толстолистовой стали 15Х2НМФА;7) разработка мер повышения технологической свариваемости изделий АЭСиз чистых корпусных сталей электрошлаковым способом.Научная новизна.

Установлено, что технологическая свариваемостьэлектрошлаковым способом сталей 10ГН2МФА и 15Х2НМФА зависит от способавыплавки.1) При перегреве на Т ≥ 1150 0С и последующего охлаждения в чистых(УВРВ, ЭШП, ВДП) сталях 10ГН2МФА и 15Х2НМФА экспериментальнообнаружен интервал охрупчивания аустенита, равный 800…900 0С.2) При анализе топологических и морфологических признаков установлено, что квазихрупкие трещины в ЭШС соединениях чистой реакторной стали15Х2НМФА, возникают вследствие перегрева и охрупчивания аустенита на ветвиохлаждения.

По температурному диапазону образования трещины являются«тёплыми».3) Предложен количественный оценочный критерий стойкости сварныхсоединений против образования «тёплых» трещин Т =  ʹτ · τ < кр, из анализакоторого следуют практические меры их предупреждения:- уменьшение τ в АИХ ужесточением термического цикла сварки;- увеличение скорости деформации  ʹτ в АИХ для увеличения кр;- увеличение деформационной способности кр в АИХ за счёт подготовкиосновного металла.4) Дилатометрическим и радиационным методами определены критическиетемпературные точки и температурные интервалы для корпусных сталей15Х2НМФА и 10ГН2МФА.Практическая ценность.

Показана принципиальная возможностьповышения технологической свариваемости электрошлаковым способом и,соответственно, существование технологии для сварки современных чистыхсталей 10ГН2МФА и 15Х2НМФА.Разработан оценочный количественный критерий стойкости сварныхсоединений против образования «тёплых» трещин, позволяющий резко снизить2вероятность их возникновения при разработке и корректировке технологическихпроцессов сварки изделий АЭС. Разработана комплексная методика анализадефектных участков с применением рентгеноспектрального анализа иэлектронной микроскопии, повышающая точность дефектации изделий приразрушающем контроле.Разработана и внедрена на ПО «Атоммаш» технология бездефектногоизготовления днищ парогенератора и ГЕ САОЗ из стали 10ГН2МФА сприменением ЭШС.По результатам работы разработана и внедрена на ПО «Атоммаш»микропроцессорная установка регулируемого ввода мощности в зону ЭШС.Разработана и внедрена технологическая инструкция ЭШС сталей 09Г2Си 10ГН2МФА в условиях предприятия ОАО «ОКТБ «Энергомаш», г.

Волгодонск.Методы исследований. Для реализации поставленных задач применялисьимитационные методы исследования и натурные испытания. Для подтверждениядостоверности полученных результатов использовались стандартные методынеразрушающего и разрушающего контроля.Высокотемпературная пластичность корпусных сталей изучалась наустановках ДСТ-2 и ИМАШ – 20 – 78 «Ала-Тоо» имитационными испытаниями.Критические точки исследованных сталей определены методами проникающего гамма - излучения, дифференциального термического и спектральногоанализов.Структурный и фазовый составы, фрактография исследовались с помощьюэлектронной и растровой микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа.Термические и термодеформационные циклы ЭШС установилиосциллографированием термопар и тензометрированием термостойких датчиковпри сварке опытно-штатной заготовки днища корпуса реактора.Достоверность результатов.

Обеспечивается проверкой новых решений иидей экспериментальными метрологически поддержанными имитационнымиисследованиями. Теоретические выводы по критериальным оценкам трещинообразования сварных соединений подтверждены натурными испытаниями.Результаты работы положительно оценены наконференциях исимпозиумах, а также в публикациях по теме диссертационной работы.Личный вклад автора. В диссертации представлены результаты исследований, выполненных либо самим автором, либо при его непосредственном участии в экспериментах. Личный вклад автора состоит в разработке экспериментальных и теоретических методов решения вопросов технологической свариваемости корпусных сталей, в обработке, обобщении полученных результатов иформулировке выводов.3Апробация работы. Основное положения и результаты диссертационнойработы докладывались на семи Всероссийских и Международных конференциях,изложены в десяти научных статьях, опубликованных в рецензируемых научныхжурналах и изданиях.Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в 10 печатныхработах, в том числе шесть статей в журналах, рекомендованных в ВАК РФ, однастатья в материалах тезисов VII Международной научно-практическойконференции «Безопасность ядерной энергетики», г. Волгодонск.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,пяти глав, заключения и списка литературы и приложений, изложена на 159страницах основного текста и на 4 страницах приложений, содержит 92 рисунка,15 таблиц и список литературы из 140 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении раскрыта актуальность работы, сформулирована её цель,выделена научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.Приводятся данные о практическом использовании результатов диссертационнойработы.Глава 1.

Состояние вопроса и постановка задач исследованияНачиная с 1973 г. и по настоящее время в производстве сосудов давленияАЭУ основными конструкционными материалами являются теплоустойчивыелегированные стали бейнитного класса 15Х2НМФА и 10ГН2МФА. На начальномэтапе промышленного внедрения данные стали в основном выплавлялись потрадиционным технологиям основныммартеновским и электродуговымспособами. При изготовлении корпусного оборудования АЭС из такого металлаприходилось часто применять дорогостоящую дополнительную термообработкудля обеспечения сдаточного комплекса механических свойств изделий на разныхстадиях изготовления, что касалось и сварных соединений.По этой причине, а также для обеспечения конструкционной хрупкойпрочности в ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» были выполнены успешные работы попереводу 15Х2НМФА и 10ГН2МФА на передовые технологии выплавки чистыхсталей.