Автореферат (Разработка комплексной технологии термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий из хромомолибденованадиевой стали), страница 3

Анализ результатовисследований фазовых превращений позволяет утверждать следующее:- выдержка при 350°С приводит к увеличению содержания цементитных карбидовтипа M3C, которые способствуют охрупчиванию металла, поэтому время выдержкипри 350°С должно быть ограничено;- отпуск при 650°С ведет к значительному увеличению содержания карбидов MC(преимущественно VC) и карбидов M2C, что способствует дисперсионномутвердению и обеспечивает отпускоустойчивость, но повышает склонность к ТПН;- карбиды MC (VC+NbC), M2C ((Mo,V,Nb)2C), M7C3 ((Cr,Fe,Mo)7C3) и M23C6((Cr,Fe,Mo)23C6), образующиеся при температурах отпуска в диапазоне 650-705°Сспособствуют обеспечению высоких служебных свойств металла шва и егоотпускоустойчивости;- длительные выдержки при 705°С ведут к уменьшению содержания карбидов MC,M7C3 и M23C6, что приводит к понижению уровня прочности, поэтому параметротпуска PLM должен быть ограничен.Исследованаотпускоустойчивостьметалласварныхсоединений2,25Cr-1Mo-V стали с определением зависимости изменения твердости ихарактеристик прочности металла шва от параметра отпуска PLM (рис.6).Определена хладостойкость по норме низкотемпературной работы удара KV-18°Сдля металла шва в зависимости от параметра отпуска PLM (рис.7).а)б)Рисунок 6 – Зависимости твердости сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали (а) и характеристикпрочности металла шва (б) от параметра отпуска PLM.12Установлено, что для снижения твердости ниже критического значения350 HV10 и подтверждения отсутствия хрупких структур в металле сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали, параметр PLM должен быть не менее 19,20, чтосоответствует отпуску при 660°С не менее 4 ч (рис.

6 а). Для совокупногополучениятребуемыххарактеристикпрочности(σВ=585-760 МПа,σ0,2=415-620 МПа), твердости (не более 248 HV10) и работы удара металла шва(KV-18°C не менее 55 Дж) параметры послесварочных отпусков должны находитьсяв диапазоне PLM=20,4÷21,1, что соответствует отпуску при 705°C - 8÷37 ч (рис.6, 7).Рисунок 7 - Работа удара KV-18°Cметалла шва сварного соединения2,25Cr-1Mo-V стали в зависимости отпараметра отпуска PLMЧетвертаяглавапосвященаисследованиювлиянияпараметровпослесварочного отпуска на склонность сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали кобразованию холодных трещин. Сварные соединения 2,25Cr-1Mo-V сталиизначально склонны к образованию холодных трещин в состоянии «после сварки»,на что указывает высокий углеродный эквивалент Cэкв ≈ 1,0 % и высокий уровеньтвердости (более 350 HV) и характеристик прочности в данном состоянии (рис.6).Известнотакженегативноедиффузионно-подвижноговлияниеводороданаобразование(ДПВ).ДляхолодныхтрещинопределенияТВПпромежуточного отпуска, обеспечивающих высокую стойкость металла сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали к холодным трещинам, выполнено следующее:- оценка эффективности удаления ДПВ из сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V сталипри отпуске с помощью косвенных методов фрактографического исследованияизломов образцов после испытаний на ударный изгиб;- определение ТВП отпуска, при которых металл сварных соединений не склонен кобразованию трещин и к хрупкому разрушению под действием ДПВ (твердость неболее 350 HV10, количество вязкой составляющей в изломе ВИ не менее 30%).13Кроме того, выполнены расчеты по определению температурных полейкрупногабаритных сварных соединений в процессе послесварочной термическойобработки для поиска решений по уменьшению уровня термических напряжений.Установлено, что проведение низкотемпературной обработки с температуройдо 300°С неэффективно для удаления ДПВ и приводит к образованию микропор,что свидетельствует об охрупчивании металла шва водородом (рис.

8 а, б). Врезультате металл шва подвергается необратимому водородному охрупчиванию,что резко снижает работу удара даже после выполнения дополнительного высокогоотпуска по режиму 705ºC – 8 ч.а)х1000б)х1900х1900в)KV-18°С = 7,8 – 19,6 ДжKV-18°С = 13,7 – 28,4 ДжKV-18°С = 112,3 – 157,0 ДжРисунок 8 –Фрактограммы изломов ударных образцов и работа удара металла шва послеразличных термических обработок: а) 260°С – 7 ч, б) 300°С – 7 ч, в) 350°С – 7 ч (После охлаждениякаждое сварное соединение термообработано по режиму 705°С – 8 ч).Отсутствие микропор в металле шва и высокий уровень работы удара KV-18°Сболее 112 Дж после послесварочной термической обработки по режиму 350°С - 7 чподтверждают отсутствие водородного охрупчивания (рис 8 в).

Таким образом,низкотемпературную дегидрогенизационную термическую обработку (НДТО) порежиму 350°С – 7,0 ч и по режиму с более высокими ТВП можно использовать вкачестве немедленной (промежуточной) послесварочной термической обработкидля удаления водорода из сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали.Зависимость количества вязкой составляющей в изломе (ВИ) от температурыиспытания металла шва сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали в состоянии послеотпуска с различными ТВП представлена на рисунке 9.

По литературным даннымзаданы критерии сопротивления металла хрупкому разрушению в процессеизготовления (ВИ не менее 30%). Установлено, что металл шва после сварки илиНДТОнаходитсявохрупченномсостоянии14притемпературах0÷20°С(ВИ = 0-10 % и ВИ = 5-16 % соответственно). Достаточного сопротивленияхрупкому разрушению (ВИ не менее 30%) металл шва достигает при температуре80ºС, поэтому все технологические операции необходимо выполнять с подогревомсварного соединения выше указанной температуры.Рисунок 9 – Температурная зависимость ВИ металла шва сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vстали в состоянии после различных термических обработок.Как было показано выше, критерий низкой чувствительности структуры кДПВ - твердость ≤ 350 HV10 обеспечивается после отпуска с параметром PLM неменее 19,20, что соответствует термической обработке при 660°С не менее 4,0 ч(рис.

6 а). После отпуска по режиму 660°C – 4,0 ч металл шва достигаетнеобходимого уровня сопротивления хрупкому разрушению уже при температуреболее 5°C (рис. 9). Сопротивляемость хрупкому разрушению значительновозрастает после отпуска 680°C. Продолжительность отпуска при температуре680°C должна составлять не менее 2 часов, но при этом на практике температурусварного соединения не следует опускать ниже 5°С до проведения высокогоотпуска.При исследованиях установлено, что металл ЗТВ сварных соединений имеетдостаточно высокий уровень ВИ, а также работы удара как в состоянии после НДТО350°C–7,0 ч, так и после отпусков при температурах 660-710°C (KV-18°C в диапазоне176,6-350,0 Дж, ВИ в диапазоне 52-100%). Это указывает на низкую склонностьметалла ЗТВ сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали к хрупкому разрушению, что15связано с формированием мелкозернистой бейнитной структуры и «самоотпуском»при сварке.Для уменьшения уровня термических напряжений во время нагрева дотемпературы высокого отпуска были выполнены расчеты для исследованияравномерности температурных полей крупногабаритных сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали в процессе послесварочной термической обработки.

Расчетывыполняли в программе «ПолигонСофт» применительно к послесварочномуотпуску продольного шва крупногабаритной цилиндрической заготовки. Былопоказано, что в этой заготовке во время нагрева до температуры 660°С имеютсязначительные – более 55°С перепады температуры по длине шва и перепадытемпературы до 161°С по телу заготовки, что значительно повышает уровеньнапряжений и увеличивает вероятность образования трещин (рис.8).700660°С600Температура,°С50035°С/ч400300200крышка100002468101214Время, часытемпература печи№1№2№3№4№5№6№7№8№9№10№11№12Рисунок 8 –Изменение температуры в контрольных точках сварной заготовки в процессе печногонагрева на температуру отпуска и температурное поле обечайки на момент выхода печи натемпературу выдержки 660°С.Рис.4 - Изменение температуры в контрольных точках обечайки в процессе нагрева на послесварочный отпуск в печи СДО-45С целью уменьшения перепадов температур по всей заготовке во времятермической обработки было предложено снижение скорости нагрева припослесварочнойтермическойобработке-не более 30°С/чивведениепромежуточной выдержки при температуре 400°С во время нагрева до температурывысокого отпуска.Опробование предложенных ограничений выполнено расчетным методомприменительно к послесварочным отпускам сварного полукорпуса НХР диаметром5870 мм и толщиной стенки 155 мм.

В результате расчетов показано, чтоиспользование промежуточной выдержки при 400°С и снижение скорости нагревадо 30°С/ч уменьшает перепады температуры по объему заготовки до не более 20°Св процессе нагрева до температуры отпуска (рис. 9). Равномерное распределение16температуры в области сварного соединения и во всем объеме заготовки,безусловно снижает общий уровень напряжений и уменьшает вероятностьобразования трещин.кольцевой шовТочки №№3 и 4Рисунок 9 – Схема расположения контрольных точек (а) и изменение температуры в контрольныхточках (б) при нагреве на отпуск полукорпуса НХР. Расчёты выполнены для контрольных точек№3 и 5 (наружная поверхность), №4 (внутренняя поверхность).Дляпромышленногоиспользованияустановленапродолжительностьпромежуточной выдержки 6 часов при температуре 400°С для выравниваниятемпературного поля крупногабаритных сварных частей корпусов НХР.В пятой главе приведены результаты исследований по определениюпараметров послесварочного отпуска металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vстали, уменьшающих склонность к образованию ТПН.Присутствие в 2,25Cr-1Mo-V стали активных карбидообразующих элементовувеличивает склонность ее сварных соединений к ТПН, что подтверждаетсярасчетом ряда известных параметров ∆G, ∆G1, PSR.

Для предотвращенияобразования ТПН необходимо подобрать температуру отпуска, при которой непроисходит интенсивного дисперсионного твердения с упрочнением тела зерна, чтовыражается в снижении характеристик пластичности.В данной работе предложена и опробована методика определения склонностик образованию ТПН по «провалу» пластичности при температурах высокогоотпуска.