Диссертация (Разработка технологических основ электрошлаковой сварки чистых корпусных сталей АЭС), страница 12

Влияние температуры перегрева, 15Х2НМФА, VР = 2 мм/мин1 – 1350, 2 –1250, 3 – 1150843.2.3. Влияние скорости нагружения и способа выплавкиИспытания проводили при скоростях нагружения Vр = 0,16;2,0; 16,0мм/мин, что соответствовало скоростям деформации () в 10-ти миллиметровомрасчѐтном участке растягиваемых на установке «Ала-Тоо» образцов  ʹ ~ 3·10-4;~ 3·10-3; ~ 3·10-2 с-1. Из каких соображений назначались режимы нагружения?Скорость деформации порядка  ʹ ~ 10-2 с-1 является скоростью при статическомнагружении для определения стандартных механических свойств. Скоростьдеформации металла шва и ОШЗ электрошлаковых сварных соединенийнаходится в пределах ʹ ~ 10-4… 10-5 с-1 [1]. Промежуточная ʹ ~ 10-3возникает, например, при технологических процессах штамповки днищ ѐмкостейАЭУ.Из результатов испытаний стали 10ГН2МФА, Рисунок 3.13, следует, чтопровал пластичности на ветви охлаждения после перегрева на 1150 0С заметноувеличивается с замедлением скорости деформирования и практически исчезаетпри Vр = 16, 0 мм/мин (Рисунок 3.13, кривая 3), то есть практически не заметенпри стандартной скорости растяжения.

При сравнении кривых 3 и 1 (Рисунок3.13)  уменьшилось с 75 до ~ 30%. Для скорости растяжения 2 мм/минэкстремальное значение δ не падает ниже 60% , а относительное сужение  - нениже 40%.Рисунок 3.13. Зависимость пластичности стали 10ГН2МФА на ветвиохлаждения от скорости растяжения (VР), температура перегрева – 1150 0С85VР: 1 – 0, 16 мм/мин; 2 – 2 мм/мин; 3 – 16 мм/мин.Пластичность в провале (по показателю Ψ) проявила хорошо заметнуютенденцию к уменьшению по мере огрубления аустенитной зѐренной структуры сувеличением температуры перегрева. При анализе Рисунков 3.11 и 3.12 для болеевысокой Vр = 2 мм/мин такого не наблюдалось, а при Vр = 16 мм/мин провалпрактически никак не проявляется, Рисунок 3.13.Для выяснения влияния скорости нагружения на реакторную сталь былвыполнены испытания по схеме на Рисунке 3.14, с учѐтом следующего:- интервал провала пластичности аустенита – 800…900 0С;- относительное сужение () является более структурно - чувствительнымпараметром, чем относительное удлинение (δ);- величина скорости деформации, возникающей в электрошлаковыхсварных соединениях  ʹ ~ 10-4… 10-5 с-1.Рисунок 3.14.

Схема нагружения образцов стали 15Х2НМФАдля определения влияния скорости деформации86Образцы последовательно перегревались в аустенитную область натемпературы 1150, 1200, 1250, 1300, 1350 0С, гомогенизировались, подстуживались до Тисп. = 850 0С и после небольшой выдержки растягивались доразрушения.Результатыиспытанийобразцов изпромышленныхплавокприведены в Таблице 7.Таблица 7.Влияние ТП на Ψ стали 15Х2НМФА разной выплавкипри подстуживании до Тисп.= 850 0С, Vр = 0,1…0,2 мм/минТемпература перегрева, 0СПлавкаметалла1150УВРВ6753464215Мартен977156554512001250130013500Ψ, % при Тисп. = 850 СУ чистой стали 15Х2НМФА было впервые установлено охрупчиваниеаустенита в температурном интервале 800…900 0С (Таблица 7). При ТП = 1350 0Снаблюдали падение значений ψ до 15% ещѐ при сравнительно высокой скоростидеформирования Vр = 0,1…0,2 мм/мин.

Для «смягчения» имитационноготермоцикла на ветви охлаждения под ТЦС электрошлаковой сварки металл доначала охлаждения выдерживался при ТП в течение 2 мин. Ступенчатоеохлаждение с предварительной частичной гомогенизацией аустенитной матрицышироко используется для имитирования «мягкого» термического цикла.Из анализа Таблицы 7 следует, что в аустенитной области перегретыймартеновский металл сохраняет пластичность. Так, для мартеновской сталиотношения ψ1150 / ψ1250 = 1,76, ψ1300 / ψ1350 = 1,08, для вакуумированной - ψ1150 / ψ1250= 1,46, ψ1300 / ψ1350 = 2,80. Низкие значения ψ = 15% для УВРВ - стали при 850 0Сна ветви охлаждения от 1350 0С соизмеримы с пластичностью в ТИХ для«хороших» плавок, Рисунок 3.4.Результаты исследований позволяют сделать вывод о сильном влиянииспособа выплавки основного металла на степень егоохрупчивания висследуемом провале пластичности, которое проявляется тем сильнее, чем выше87температура перегрева ТП и ниже скорость внешнего нагружения Vр.

Этотрезультат был перепроверен при испытаниях большого количества образцов изразных промышленных плавок.Охрупчивание аустенита усиливается по мере дальнейшего уменьшения Vрвплоть до значений, соответствующих скоростям ползучести, т.е. при испытанияхобразцов в условиях, приближенным к реальным процессам деформированияметалла в сварном соединении, Рисунок 3.15.Рисунок 3.15. Пластичность (δ, ψ) сталей 10Г2НМФА и 22К в аустенитной88области после перегрева на 1350 0С, VР =0,01 мм/мин1 – 10ГН2МФА (ЭШП), 2 - 10ГН2МФА (ВДП), 3 – сталь 22КДля электродугового (ВДП) металла ψ составило 20% (кривая 2),электрошлаковогоменьше.переплава (ЭШП, кривая 1) - приблизительно в два разаДля сравнения приведены данные испытаний стали 22К (кривая 3),которая является основной корпусной сталью для РУ ВВЭР – 440.

Сталь 22Котносится к другому структурному классу, нежели 10ГН2МФА и 15Х2НМФА, и,как видим, имеет ψ ~ 35…40% при 800 0С, т.е. более пластична.3.2.4. Изучение деформационного рельефа и утяжки образцовНа шлифованной поверхности образцов образуется деформационныйрельеф под воздействием высокотемпературного нагреваи растяжения наустановке «Ала-Тоо» в условиях вакуума ~ 10-3 …10-4 атм. Вакуумное травлениепроисходит за счѐт избирательного испарения фаз разного состава и разнойскорости их испарения из объѐмов зѐрен и границ, Рисунок 3.16.Рисунок 3.16. Полиэдрическая зѐренная структура,сталь 15Х2НМФА, Т нагрева – 1350 °С, х240Образующийся рельеф наблюдали на высокотемпературном микроскопе ификсировали на фотоплѐнку.При скорости деформирования 0,01 мм/мин растяжение при температуреэкстремума пластичности для всех перегревов (1450, I350, 1250, 1150°С)происходит без образования классической "шейки" и при наличии трещин на89поверхности растянутых образцов (Рисунок 3.17, а - г).

Утяжка придеформировании возникает, но она локализована в очень узкой областиразрушения. Эти признаки и свидетельствуют о наличии провала пластичностив аустенитной области на ветви охлаждения при низких скоростях деформации.абвгРисунок 3.17. Влияние перегрева на утяжку и деформационный рельеф,растяжение в провале пластичности, 10ГН2МФА (ЭШП),  ʹ ~ 2·10-5 с-1, х16а – 1450 / 800 0С; б – 1350 / 750 0С; в – 1250 / 850 0С; г – 1150 / 800 0С.Чем выше температура перегрева, тем крупнее действительное аустенитноезерно, тем грубее излом, сильнее повреждаемость металла. Перегрев на I450°Cвызываетоплавлениевысокотемпературногограници,по-видимому,образованиеδ - феррита (Рисунок 3.17, а).

Установлено, чтопластичность по критериюψбыла в пределах 6…11%.Аналогичныеиспытания при скорости растяжения 2 мм/мин у стали 10ГН2МФА (плавкаУВРВ, Рисунок 3.11 г) и 15Х2НМФА (плавка УВРВ, Рисунок 3.12) показали,что ψ находится в пределах ~ 35…50 %.Чѐтко прослеживается характер изменения деформационного рельефа иутяжки при изменении скорости нагружения образцов, Рисунок 3.18. Чем выше90скорость растяжения при 850 °C перегретых образцов, тем отчѐтливеевыражена "шейка", тем при более высокой пластичности разрушается образец.При скорости растяжения 16 мм/мин (Рисунок 3.18, а) ψ ~ 75 % , а при 0,16мм/мин ~ 30% (Рисунок 3.18, в), что практически совпадает с данными наРисунке 3.13. Ожидаемо низкий уровень пластичности показали образцы,растягиваемые со скоростью 0,01 мм/мин, Рисунок 3.18, г). ~ 75% ~ 30%аб ~ 40%в ~ 10%гРисунок 3.18.

Влияние скорости деформации на рельеф и утяжку,10ГН2МФА, ЭШП, Т перегрева / Т испытаний = 1150 / 850 0С, х16 ʹ ~ 3·10-2 с-1; б –  ʹ ~ 3·10-3 с-1; в –  ʹ ~ 3·10-4 с-1; г –  ʹ ~ 2·10-5 с-1Деформационный рельеф поверхности образца, растягиваемого при 950°C сVР = 0,01 мм/мин после подстуживания с 1350°С, представлен на Рисунке 3.19. Впроцессе растяжения при увеличениих240 установлено, что первые трещины встыках зѐрен появляются при δ = 5-6 %. Тонкой стрелкой (Рисунок 3.19, б)показана трещина, зародившаяся в тройном стыке зѐрен при зернограничномпроскальзывании (ЗГП).Факт ЗПГ установлен по смещению частей риски(Рисунок 3.19, б) по мере увеличения степени деформации образца. Последнееважно для сварных соединений, так как при низких Vр, то есть в интерваледеформаций ползучести, необходимо учитывать источник их появления –91временные сварочные напряжения.

В работе [124] показано, что их уровеньдостигает значительной величины к моменту прохождения через 8500 –градусный интервал перегретых по ТЦС в γ - область участков ОШЗэлектрошлаковых сварных соединений.а)б)Рисунок 3.19. Изменение деформационного рельефа при зернограничномпроскальзывании. 15Х2НМФА, VР = 0,01 мм/мин, х240.Т нагрева / Т исп. = 1350 / 950 °С.