Диссертация (Разработка технологических основ электрошлаковой сварки чистых корпусных сталей АЭС), страница 6

После сварки и последующегоотпуска УЗК выявлена трещина длиной 0,5м в зоне сплавления заключительногоучастка стыка. Отжиг на феррит (нагрев в интервал АС1 – АС3) также не устранилвысокой повреждаемости ОШЗ, однако магистральных трещин в зоне сплавленияобнаруженонебыло.Авторамибылпредложенвариантпроведениянормализации и высокого отпуска по режиму (Рисунок 1.21) перед сваркой. Этотвариант был опробован на опытно-штатной карте (Рисунок 2.1), и привѐл кхорошимрезультатам.МакротрещиныпорезультатамРГД-контролянеобнаружены. В зоне сплавления отмечались отдельные фиксируемые отражателипри УЗК-контроле.Таким образом, до конца избавиться от повреждаемости в зоне сплавленияне удавалось, и стало понятно, что пониженная технологическая прочностьвакуумированной стали 15Х2НМФА связана с процессом еѐ получения.41Рисунок 1.21.

Режим термообработки заготовок днищпосле ЭШС, сталь15Х2НМФАЛитературные данные по влиянию способа выплавки основного металла насвойства перегретого участка в ОШЗ, весьма немногочисленны и приводятся вработах Рымкевича А.И., Потапова Н.Н., С.Е. Синадского, С.В. Покатаева,Т. Ватанабэ, М.Б. Рощина и некоторых других авторов [60 – 63]. Практическивсеми исследователями отмечается корреляция свойств основного металла с егопластичностью и вязкостью в участке перегрева ОШЗ [35, 61,62].

Одной изосновных причин считается ослабление границ зѐрен выделениями вторичныхфаз [60, 63]. Теории их трансформации, а также перераспределение примесей принагреве в высокотемпературную область, пока не существует.В работе [64] наблюдали зернограничные плѐночные оксиды типа МеО всовокупности с сульфидами. Возможность внутреннего окисления границ зѐренпри наличии диффузионных источников кислорода показана в работе [65].Нитриды алюминия два важных вывода: (Al N) выделяются в области температургорячей деформации многих сталей [66].

При концентрациях 0,005% N и 0,05%Al их выделение возможно при температуре ниже 1200 0С, Рисунок 1.22.42Рисунок 1.22. Растворимость серы (сплошные линии) и азоташтриховые линии) в аустените с различной концентрацией Mn и Al [66]В многочисленных работах показана вредная роль серы в зернограничномохрупчивании [26, 67, 68, 69]. Растворимость серы согласно диаграммы Fe – Sменяется от 0,05% при 1365 0С до 0,005% при 900 0С, т.е.

уменьшается в десятьраз [70]. Обычное для сталей содержание серы на уровне 0,02% превышает пределеѐ равновесной растворимости в аустените ниже 12000С. К снижениюконцентрации серы в равновесии с выделяющейся сульфидной фазой приводятмарганец, хром, церий и другие элементы, имеющие высокое сродство к сере [38].Элементы, непосредственно не участвующие в образовании сульфидов,оказывают влияние на температуру и место их образования,изменяякоэффициент активности серы в металлической матрице [71,72].

Повышениютемпературы начала выделения сульфидов способствует развитие ликвационныхпроцессов и кристаллизация сталей через δ – феррит [64].Т. Розенквист [73] пришѐл к выводу, что выделение из твѐрдого γ – растворазернограничных сульфидов связано с грануляцией стали. Д.К. Бутаков называетэти сульфиды «вторичными» в отличие от образующихся в междендритнныхучастках [67]. Практически все авторы [63, 74, 75] сходятся во мнении осущественном влиянии кислорода и его соединений на механизм образования43сульфидов.

Классификация их формы и расположения в зависимости от условийраскисления стали известна со времѐн работ С.Е. Симса и Ф.Б. Даля [76].Различают три основных типа сульфидов:- глобулярные, сложного (в пределе эвтектического) состава, из-за наличияоксидов железа, марганца, кремния они затвердевают ниже солидуса. Образуютсяв недостаточно раскисленных сталях;- плѐночные или в виде сетки по границам зѐрен, близкие по составу кстехиометрическому для MnS.

Затвердевают в последних объѐмах кристаллизующегося расплава в достаточно энергично раскисленных сталяхдобавкамиалюминия, титана, магния, циркония и т.п;- идиоморфные кристаллические частицы стехиометрического состава,затвердевают выше ликвидуса, так как температура плавления MnS составляет1600 0С, встречаются в сталях с избыточным алюминием;Иногда включения второго типа морфологически имеющие монотектическую ламелярную структуру, т. е. зарождающиеся непосредственно из жидкойфазы MnS [36, 77], относят к четвѐртому типу.Классификация С.Е.

Симса и Ф.Б. Даля достаточно условна и допускаетширокие толкования по каждому из типов сульфидов, В частности по первомутипу нет единой точки зрения на роль оксидных частиц. Ряд авторов рассматривают оксиды как подложки для гетерогенного зарождения на них сульфидов [78,79]. Другие в качестве энергетической предпосылки выделяют величинуповерхностной энергии на границе сульфид – жидкость [80].По включениям второго типа сложность заключается в том, что неясно, изкакихсоображений(кромепрямыхэкспериментов)можноопределять«критическую» концентрацию раскислителей, выше или ниже которой ониобразуются. И.Г.Касумзаде [81] наблюдал при раскислении стали алюминием вколичестве 0,03% выделения плѐн по границам зѐрен. Г.П.Громова для сталей свысоким содержанием углерода 0,3…0,5% установила наличие плѐночныхвключений в металле плавок нелегированной стали, раскисленной кремнием иалюминием в количестве 0,017…0,19% [78].44С.В.

Покатаевым показано [60], что даже при недостаточном раскислениистали 20ГСЛ алюминием (до 0,08%) при содержании свободного Al =0,005…0,01% и при относительно невысоком содержании серы, наблюдалисульфиды по границам зѐрен. С.Л. Кейз и К.Р. Горн приводят критическиесодержания свободного Al для мягкой нелегированной стали в пределах0,01…0,1%. С увеличением содержания углерода эта область сужается в сторонуболее низких значений содержания Al.

При содержании свободного алюминияболее 0,1% образуется сульфид типа Al2S3. На критическое содержание алюминиявлияют марганец, кремний и другие элементы /82/.С абсолютным повышением серы сталь становилась более чувствительной ксодержанию кислорода и добавкам алюминия. При этом содержание Mn вопытных плавках менялось в пределах 1,07…1,56%, а отношение Mn/S – от 30 ивыше.Позднее при ЭШС толстолистового металла использовались дозированныеприсадки алюминия для стабилизации сульфидной фазы и предотвращения еѐтрансформации в ОШЗ [83]. Однако, как показывает опыт, один лишь составметалла как бы сильно он, даже при значительных количествах Mn и Al, не можетгарантировать выделение определѐнного типа сульфидов, если не учитыватьусловия кристаллизации [72].

В этом, собственно, и заключается главныйнедостаток классификации С.Е.Симса, основанной на чисто металлургическихпредставлениях. Показательными в этом отношении являются выводы С.Майкельсона, приводящего данные об изменении типа сульфидов с третьего навторой в среднеуглеродистой стали, раскисленной алюминием 0,06%, приповышении скорости кристаллизации [84]. При низком остаточном содержанииалюминия замедление охлаждения привело к образованию сульфидов третьеготипа вместо второго.С развитием «динамичных» методов получения стали (непрерывнаяразливка стали и др.) у металлургов всѐ большее внимание уделяется учѐтуусловий кристаллизации, в том числе с позиций напряжѐнного состояния [65,83].Извышеизложенногоясно, чтовлияниесернистыхвключенийсильно45сказываетсяна механические свойства стали, раскисленной алюминием.Лилиеквист и Симс установили, что кислые плавки, сильно загрязнѐнныевключениями, могут обладать очень хорошими механическими свойствами, асравнительно чистые – низкими [86].

Введение в кислую сталь Al > 0,005%понижает еѐ пластические показатели, а в основную до 0,1% - повышает, а свыше0,1% вновь понижает. В [87] установлено, что сталь, раскисленная только Al,имеет лучшие свойства, чем раскисленная Si и Al. Возможно, это объясняется, чтов присутствии Si и Mn раскислительная способность Al при содержании0,05…1,25 % резко повышается. Так при концентрациях Mn = 0,60 % и Si = 0,40% раскислительная способность алюминия выше на порядок [72]. В обзоре [88]отмечается, что вакуумирование стали также способствует плѐнообразномувыделению сульфидов. С ростом содержания серы и увеличении скоростизатвердевания слитка эта тенденция усиливается.

Поскольку исследуемые плавкистали 15Х2НМФА, показавшие низкую трещиностойкость, выплавлялись именнопо этой технологии, то необходимо более подробно на ней остановиться.В основе получения УВРВ-металла положена обработка предварительнораскисленного жидкого мартеновского или электродугового полупродукта пометоду ASEA-CKF, Швеция. Считается, что острой необходимости в присадкахAl или Ti к стали 15Х2НМФА нет, поскольку стадия углеродного раскисления ввакууме реализуется по реакции:Fe + C = CO + Fe ,(1)что позволяет достичь высокой степени очищения по кислороду, [O] ≈ 0,005%.Параллельно протекает дегазация от водорода и, частично, азота.

Алюминий ещѐвводят в металл для связывания азота, но в анализируемой стали эту функциювыполняют хром и ванадий. Поэтому, присадки алюминия в ковш если и делают,то незадолго до выпуска стали, под струю. Разливка стали (в т.ч. мартеновскойплавки) производится в вакууме.