Автореферат (Разработка комплексной технологии термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий из хромомолибденованадиевой стали), страница 2

Разработана и опробована методика определения температуры «провала»пластичности, то есть температуры наибольшей склонности металла шва2,25Cr-1Mo-V стали к образованию ТПН.Личныйвкладавторазаключаетсяврасчетно-экспериментальномобосновании выбора комплексной технологии послесварочной термическойобработки для исключения образования трещин и обеспечения служебных свойствметалла крупногабаритных сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали на основеопределения основных зависимостей влияния ТВП послесварочной термическойобработки на микроструктуру, фазовый состав, механические и технологическиесвойства металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали в толщинах до 290 мм,в разработке режимов послесварочной термической обработки в условияхпромышленного производства, в разработке методики исследования склонностиметалла шва к ТПН в зависимости от температуры высокого отпуска,непосредственное участие в испытаниях и исследованиях, обработке и анализе ихрезультатов, и в авторском надзоре за изготовлением НХР из 2,25Cr-1Mo-V стали.Достоверностьполученныхрезультатовэкспериментальныхисследований, научных выводов и практических рекомендаций, сделанных вработе, подтверждается применением стандартизированных методик испытаний иисследований и поверенных средств измерения, получением экспериментальныхданных на металле натурных крупногабаритных сварных соединений корпусовНХР и опробованием разработанных технологических режимов послесварочнойтермической обработки сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали непосредственнов процессе промышленного изготовления корпусов НХР.Структура диссертационной работы: диссертационная работа состоит извведения, шести глав, выводов и списка используемой литературы.

Объем работысоставляет 179 страниц текста, включая 55 рисунков и 26 таблиц. Списоклитературы содержит 127 источников.6ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьвыбраннойтемыдиссертации,сформулированы цель и задачи исследования, представлена научная новизна ипрактическая значимость работы.Первая глава представляет собой обзор научно-технической литературы инормативно-технической документации, посвященный анализу отечественного имировогоопытаизготовлениясварныхсоединенийкрупногабаритныхнефтехимических сосудов давления из низколегированной 2,25Cr-1Mo-V стали.Отмечено, что на начало проведения опытных работ и исследований, результатыкоторых приведены в данной работе, ни одно предприятие РФ не имело опытасварки и послесварочной термообработки крупногабаритных корпусов НХР изстали марок SA-336M F22V и SA-542M Tp.D cl.4a типа легирования 2,25Cr-1Mo-Vс толщиной стенки до 290 мм сварочными материалами того же типа легирования2,25Cr-1Mo-V с обеспечением жестких требований по качеству и комплексуслужебных свойств сварных соединений в соответствии с современнымитребованиями проектов глубокой переработки нефти.

Проанализированы основныетребования к материалам и сварным соединениям современных корпусов НХР из2,25Cr-1Mo-V стали. Рассмотрены типичные дефекты сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали, возникающие на этапе их изготовления, и технологическиесложности изготовления крупногабаритных сосудов из сталей повышеннойпрочности. Сформулированы основные технологические задачи, решение которыхнеобходимо для обеспечения комплекса служебных свойств и качества сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали.Вторая глава посвящена изготовлению опытных сварных соединений методомавтоматической дуговой сварки под флюсом и выбору методик их испытаний иисследований для решения поставленных научных задач, включая выбор методикопределения химического состава, дилатометрических, металлографических ифрактографических исследований, химического и рентгеноструктурного анализакарбидной фазы, оценки стойкости к тепловому охрупчиванию и принциповкомпьютерного моделирования режимов послесварочной термической обработки.Химический состав основного металла и металла шва опытных сварныхсоединений приведен в таблице 1.7Таблица 1 – Типичный химический состав металла опытных сварных соединений.Содержание элементов, вес.%C Cr Mo V Mn Si NbPSAsSnSbОсновной металл SA-336M F22V 0,13 2,38 1,01 0,28 0,48 0,07 0,01 0,006 0,002 0,004 0,003 0,001Металл шва 2,25Cr-1Mo-V0,10 2,49 1,08 0,35 0,86 0,17 0,02 0,007 0,003 0,003 0,0007 0,0006Зона сварного соединенияПредложена методика физического моделирования для определениятемпературы высокого отпуска, провоцирующей образование ТПН в металле шва.Третья глава посвящена исследованию влияния ТВП послесварочного отпуска наформирование структуры, фазовые превращения и свойства металла сварныхсоединений2,25Cr-1Mo-VсталисопределениемТВПпромежуточного(технологического) и окончательного, формирующего служебные свойства,послесварочных отпусков.В первую очередь, было выполнено исследование влияния тепловыхпараметров сварки на структуру и свойства сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vстали.

Установление взаимосвязи между параметрами сварки, структурой исвойствами сварных соединений позволило сформировать исходную структуруметалла шва и ЗТВ, при которой возможно обеспечение требуемого комплексамеханических свойств, а именно: полностью бейнитная преимущественномелкозернистая структура с достаточно равномерным распределением карбидов(без крупных выделений по границам зерен/кристаллитов).Исследованиякинетикираспадапереохлажденногоаустенитаимикроструктуры сварного соединения 2,25Cr-1Mo-V стали показали, что в металлешва и ЗТВ при многопроходной сварке АФ образуется полностью бейнитнаяструктура (рис.1).Рисунок 1 –Термокинетическая диаграммараспадапереохлажденногоаустенита 2,25Cr-1Mo-V стали.8Для металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали, выполненных спогонной энергией сварки q/V в диапазоне 17 – 28 кДж/см, установлено, чтомаксимальная доля мелкозернистой (перекристаллизованной) структуры в металлешва в объеме до 60 % с размером зерна не более 50 мкм образуется при сварке сq/V≈23 кДж/см (рис.2).-18°CKV=22,227,635,815,8 Дж26,1Содержание мелкозернистой(≤50 мкм) структуры, %(средние значения, после отпуска 675°С×5 ч)706017 кДж/смб)23 кДж/смв)28 кДж/смг)5040302010015171921232527 28 29Погонная энергия сварки, кДж/сма)Рисунок 2 – Влияние погонной энергии сварки на объемное содержание распавшегося аустенитас размером зерна менее 50 мкм в структуре металла шва и на работу удара металла шва.На рисунке 2 также показано, что увеличение доли мелкозернистойструктуры способствует росту низкотемпературной работы удара металла шва,достигающеймаксимальногоуровняKV-18°C=35,8 Джприq/V≈23 кДж/см.Снижение q/V до 17-20 кДж/см и, соответственно, количества подводимого теплаприводит к уменьшению объема металла, подвергающегося перекристаллизации, ик уменьшению KV-18°C.

Повышение q/V до 26-28 кДж/см приводит к увеличениюобъема наплавляемого за проход металла, а значит и к увеличению объеманеблагоприятной литой структуры и размера дендритов, что также уменьшаетKV-18°C. При этом структура металла ЗТВ в диапазоне q/V от 17 до 28 кДж/смпреимущественно мелкозернистая, что предполагает ее высокий уровень работыудара и сопротивления хрупкому разрушению.По данным исследования влияния температуры предварительного исопутствующего подогрева (далее - подогрев) на свойства металла шва и ЗТВсварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали установлено, что приемлемая структурабейнита с достаточно равномерным распределением карбидов для металла шва иЗТВ обеспечивается при сварке с подогревом 200-250°С (рис.3).

Структура металлашва, выполненного без подогрева, состоит из нижнего бейнита с выраженным9игольчатым строением. Выполнение сварки с подогревом до 300°С приводит кувеличению количества и размеров карбидов, выделяющихся по границамдендритов и увеличивающих степень охрупчивания этих границ.Таким образом, режим сварки с погонной энергией на уровне 23 кДж/см итемпературой подогрева 200÷250°С обеспечивает наибольший уровень работыудара металла шва (35,8 Дж после отпуска с минимальными рекомендуемымипараметрами 675°С - 5 ч) и формирует преимущественно мелкозернистуюструктуру металла шва и ЗТВ сварных соединений с равномерным распределениемкарбидов.

С использованием данного теплового режима сварки были изготовленывсе сварные соединения для дальнейших исследований.а)x100б)x100в)x100Рисунок 3 – Микроструктура металла шва, выполненного без подогрева (а), с подогревом200°С (б) и 300°С (в).Для разработки комплексной технологии термической обработки сварныхсоединений НХР из 2,25Cr-1Mo-V стали выполнен ряд исследований с цельюопределения ТВП низкотемпературной обработки для удаления водорода (НДТО),промежуточного отпуска (ПрТО) для уменьшения напряжений и твердости и,соответственно, снижения вероятности образования трещин, и окончательногоотпуска (ОТО), формирующего служебные свойства.

Для решения этих задач былиопределены основные структурные и фазовые превращения, происходящие вметалле шва сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали при отпусках с различнымивариациями температуры и времени в диапазоне параметра PLM от 13,0 до 21,6.Установлено, что структура металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vстали во всех термических состояниях представлена бейнитом с различнымсодержанием, распределением и составом карбидной фазы (рис.4).

Послетермической обработки по режиму 350°С – 7,0 ч структура металла шва близка кисходной (после сварки), а значит, обладает сходными свойствами (рис. 4 а).10Повышение температуры отпуска до 660°С (19,3 PLM) и выше сопровождаетсявыделением карбидов, увеличением их размеров и количества и коагуляцией пограницам зерен (рис.4 и 5), что должно приводить к снижению временногосопротивления металла шва и его длительной прочности. Отпуск при температурах730°С и выше нецелесообразен, так как ведет к интенсивной коагуляции карбидов,а при температурах ~ 760°С к частичному их растворению (рис.

4 г).а)б)х1000х1000Выделения карбидовпо границам кристаллитовв)г)х1000х1000Рисунок 4 – Микроструктура металла шва после различных термических обработок:а) 350°C (13,0 PLM), б) 660°C (19,3 PLM), в) 705°C (20,5 PLM), г) 760°C (21,6 PLM).Рисунок 5 – Объемное содержание карбидной фазы в структуре металла шва и средний диаметркарбидов в зависимости от параметра отпуска PLM.11Исследованы фазовые (карбидные) превращения в металле шва сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали при послесварочных отпусках.