Автореферат (Разработка технологических основ электрошлаковой сварки чистых корпусных сталей АЭС), страница 2

Чистой, как известно, называется сталь, рафинированная путёмвторичного переплава или вакуумированная в ковше. В 80-х годах на Ижорскихзаводах для корпусных сталей начали применять выплавку в основныхмартеновских и электродуговых печах с последующей обработкой металла наустановке внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ) производствашведской фирмы ASEA. Из-за достигнутого заметного улучшения механическиххарактеристик, практически вся корпусная сталь в атомной энергетике к 1995 г.4поставлялась только после дополнительной обработки на УВРВ или сприменением переплавных технологий.Одновременно былозамечено, что при переходе на чистые стали(внепечной обработки, ЭШП, ВДП) повысилась дефектность изделий сприменением электродуговых способов сварки и, особенно, ЭШС.В первой части главы проведён анализ практического опыта производстваизделий АЭУ с применением ЭШС в ПО «Атоммаш» в условиях перехода напроизводство изделий из чистых сталей.

На конкретных производственных примерах показана сравнительная технологическая свариваемость изделий из листовых заготовок разной толщины сталей 10ГН2МФА и 15Х2НМФА в зависимостиот способов выплавки основного металла, Таблица1.Во второй части главы приведён литературный обзор по вопросуобразования горячих микронадрывов (ГМН) и зернограничных подплавлений(ЗГП) в зоне сплавления сварных соединений, высокотемпературной химическоймикронеоднородности (ВТХМН). Даны краткие теоретические основы дополнительного раскисления сталей в установках внепечного рафинирования ивакуумирования (УВРВ) по процессу ASEA - CKF.Практически всеми исследователями констатируется, что у чистых сталейзначительно улучшен комплекс механических свойств.

Факты изменения, а в рядеслучаев уменьшения технологической свариваемости у этих же сталей, отмеченыТаблица 1.Влияние способа выплавки на свариваемость корпусных сталей.5значительно реже и встречаются в работах Потапова Н.Н., Рымкевича А.И.,Рощина М.Б., Трофимова Н.М., Зубченко А.С., Винокурова В.А, Крянина И.Р.,Астафьева С.С., Маркова С.И.

и некоторых других авторов. Неоднократноотмечалось большое влияние участка перегрева и охлаждения по ТЦС ЭШС насвариваемость корпусных материалов. Однако, технологическая свариваемостьчистых сталей в аустенитной области изучена недостаточно, что и являетсяглавной предпосылкой для определения цели и постановки задач.Глава 2. Методическое обеспечение исследованийВ качестве материалов для исследований использованы, корпусные сталиопытных и, в основном, промышленных выплавок. В Приложениях имеютсясведения о химическом составе, механических свойствах основного металла иприменяемых сварочных материалах, режимах сварки.Методики исследования по технологической свариваемости формализованыв две группы - имитационные и натурные испытания.Имитационные испытания по изучению влияния ТЦС на свойства исследованных материалов выше температуры Ас3 выполнялись на установках ДСТ-2ЦНИИТМАШ и ИМАШ-20-75 «Ала - Тоо».

Критические точки сталей определяли радионуклидным методом на установке «Параболоид - 3», дифференциальный термический анализ (ДТА) на установке «Vacuterm».Только одни имитационные испытания не позволили сделать полноезаключение о технологической свариваемости чистых корпусных сталей, поэтомубыла выполнена ЭШС опытно-штатной толстолистовой заготовки днища корпусареактора натуральных размеров 5750 х 4500 х 247 мм из стали15Х2НМФА. ТЦС вразных сечениях по толщине заготовкиизмеряли вольфрам-рениевымитермопарами ВР 5/20 диметром 0,3 мм с регистрацией на светолучевом шлейфовом осциллографе Н117.

Сварочные напряжения определяли тензометрированием, запись сигналов с термостойких датчиков осуществлялась автоматическойтензостанцией ЦТМ – 5. Для определения степени влияния предварительного исопутствующего подогревов (панельными нагревателями Hitachi Kokusai Electric),разных режимов ЭШС выполнялись замеры сварочного зазора по всей высотестыка.Для изучения структурного и фазового составов применялись методыпрямого рентгеноспектрального анализа и электронной микроскопии. В главедаётся подробное описание разработанной авторами комплексной методикирепликации изломов с совместным применением растрового CAMECA MS-46 иэлектронного УЭМВ – 100Л микроскопов. Методика предназначена для фрактографии очагов разрушения, микрорентгеноспектрального анализа химическогосостава «неберущихся» традиционными методами неметаллических включений.6Глава 3. Изучение высотемпературной пластичности корпусныхсталейВысокотемпературная прочность и пластичность корпусных и ряда другихсталей при температурах выше Ас3 изучалась с помощью имитационных методик.Для обоснования температурно-временных параметров механических испытанийопределялись критические точки корпусных сталей разных способов выплавки.Результаты измерений на большом количестве промышленных плавок методамипроникающего гамма-излучения и ДТА представлены в Таблице 2.Таблица 2.Критические точки корпусных сталей.Из результатов испытаний следует, что критические температурные точки иинтервалы для корпусных сталей разной выплавки практически идентичны.Температурный интервал хрупкости (ТИХ) определялся по методике ДСТ-2 дляопределения склонности корпусных сталей к горячему трещинообразованию.Деформационную способность в ТИХ оценивали по критерию ∆VДЕФ(критический интервал скоростей растяжения) в зависимости безразмерноготемпературного параметра θ, Рисунок 1.7Рисунок 1.

Деформационная способность корпусных сталей в ТИХна ветви охлаждения. ОМП – мартеновская сталь, УВРВ – вакуумированная,ЭШП – переплавная сталь, ОИП – открытая индукционная плавка.Тi – температура начала испытаний, Тв.г. – температура верхней границы ТИХ,Т – область образования горячих трещинНиже динамической характеристики ∆VДЕФ гарантированно отсутствуетразрушение образцов.

Одновременно, чем выше параметр θ, тем устойчивеематериал к горячим трещинам в ОШЗ на ветви охлаждения.В целом по совокупности всех результатов установлено, что стали15Х2НМФА, 10ГН2МФА независимо от способа выплавки не являютсясклонными к горячим трещинам по сравнению с высоколегированнымиаустенитными материалами. Добавки церия снимают всякие вопросы по горячемутрещинообразованию как за счёт уменьшения ТИХ практически до размеровТИК (температурного интервала кристаллизации), так и увеличения в нёмдеформационной способности по критерию ∆VДЕФ.На следующем этапе исследовались свойства чистых сталей в областисуществования аустенита.

Нами впервые было обнаружено охрупчиваниеперегретого по ТЦС аустенита в интервале температур 800…900 0С на ветвиохлаждения, Рисунок 2, для чистых корпусных сталей.Многочисленными испытаниями установлены факторы, влияющие настепень охрупчивания аустенита по критерию относительного сужения:- способ выплавки основного металла;- температура перегрева в аустенитную область;- скорость деформации ( ʹτ).8Рисунок 2. Пластичность корпусных сталей после подстуживанияот 1150 0С до температуры испытания;  ʹτ ≈ 3·10-3 с-1, – относительное удлинение, ψ – относительное сужениеСпособ выплавки является самым сильным фактором, влияющим наобразование среднетемпературного интервала хрупкости аустенита. Обычныймартеновский (ОМП) металл 15Х2НМФА пластичен во всём аустенитноминтервале, Таблица 3, а вакуумированный (УВРВ) охрупчивается, начиная стемпературы перегрева 1150 0С и выше.Таблица 3.Влияние способа выплавки стали 15Х2НМФА на охрупчивание аустенита,Тисп.

= 850 0С,  ʹτ ≈ 3·10-4 с-1Снижение пластичности по критерию ψ в этом интервале тем выше, чемвыше температура перегрева стали, Таблица3, и ниже скорость деформации,Рисунок 3.Рисунок 3. Влияние скорости деформации, 10ГН2МФА, ЭШП, х16;Т перегрева / Т исп. = 1150 / 850 0С; а –  ʹτ ~ 3·10-2 с-1; б –  ʹτ ~ 2·10-5 с-19Как показано на Рисунке 4 аустенитному охрупчиванию подвергаются весьассортимент чистых корпусных сталей – ЭШП, УВРВ, ВДП.1Рисунок 4.

Пластичность стали 10Г2НМФАразличной выплавки в аустенитной областипосле перегрева на 1350 0С,  ʹτ ~ 2·10-5 с-1;– ЭШП; 2 - ВДП; 3 – УВРВ.Глава 4. Структурый и фазовый анализ сварных соединенийС точки зрения технологической свариваемости наличие интервалахрупкости предполагает возникновение трещин в сварных соединениях приопределённых условиях термодеформационного цикла сварки (ТДЦС). Дляколичественной оценки стойкости сварного соединения к образованиюсреднетемпературных («тёплых») трещин нами предложен следующий критерий:Т =  ʹτ · τ < кр(1)где Т - суммарная деформация металла за время нахождения в Т, %Т - температурный диапазон хрупкости аустенита, 0С; ʹτ - скорость деформации в Т при охлаждении, с-1;τ - время пребывания металла в интервале хрупкости, с;кр - критическая пластичность металла в Т, %.Из анализа зависимости (1) и результатов имитационных испытанийвытекают условия трещинообразования в АИХ:1.

Применение в качестве основного металла под сварку чистых сталей(ЭШП, ВДП, УВРВ), в которых образуется 800…900 0С интервал охрупчивания.2. Перегрев аустенита на Т ≥ 1150 0С перед охлаждением.3. Скорость деформации в ТДЦС в пределах  ʹτ ~ 10-3… 10-5 с-14. Время пребывания аустенита τ в интервале 800…900 0С, достаточноедля накопления критической деформации образования «тёплых» трещин.Соответственно, условие возникновения трещин в аустенитном интервалехрупкости – это снижение деформационной способности (Т) металла нижекритического уровня (кр) деформации.