Автореферат (Разработка комплексной технологии термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий из хромомолибденованадиевой стали), страница 4

Методика включает исследование зависимости относительного суженияот температуры выдержки в диапазоне температур отпуска 600÷680°С срастяжением образца для имитации напряжений и деформаций. Опробованиеметодики выполнено на металле шва 2,25Cr-1Mo-V типа легирования с химическимсоставом, обуславливающим высокую склонность к трещинам повторного нагрева(K-фактор = Pb+Bi+0,03×Sb = 1,9 ppm).Врезультатеэтогомоделированияустановлено, что выдержка в области температур 640-660°С приводит к17наибольшему снижению – «провалу» пластичности металла шва, что увеличиваетего склонность к образованию ТПН (рис. 10). Снижение пластичности следуетсвязать с дисперсионным твердением из-за выделения из твердого растворакарбидов типа MC и M2C, что было показано ранее в главе 3.

В процессе выдержкипри температурах от 600 до 630°С и выше 660°С металл шва 2,25Cr-1Mo-V обладаетболее высоким уровнем пластических свойств и, как следствие, меньшейсклонностью к образованию ТПН.Рисунок 10 – Зависимостьпластичности металла швасварныхсоединений2,25Cr-1Mo-V стали оттемпературы выдержки привысоком отпуске.Это было подтверждено при натурных испытаниях крупногабаритногосварного соединения с металлом шва, склонным к образованию ТПН (величинаК-фактора = 1,9 ppm). Для выявления ТПН металл шва подвергали статическомуизгибу.

Так, после отпусков при 650°С и 660°С в металле шва обнаруженытрещины, что, очевидно, связано со снижением пластичности шва 2,25Cr-1Mo-V вобласти температур 640-660°С (рис.11 а, б).а)б)в)18Рисунок 11 - Образцы послеиспытаниянастатическийбоковойизгибсварногосоединения в состоянии после650°С – 2,5 ч, угол загиба 50° (а),660°С – 2,5 ч, угол загиба 180° (б),705°С – 8,0 ч, угол загиба 180° (в).При металлографических и фрактографических исследованиях установлено,что зародыши трещин, обнаруженных на поверхностях образцов послестатическогоизгиба,межкристаллитноеобладаютразрушениепризнакамисТПН,мелкоямочнымаименно:рельефомиимеютучастками«испаренного» рельефа (рис.12).По результатам натурных испытаний металла шва после НДТО при 350°С ипосле отпуска при 705°С на поверхностях образцов трещин не обнаружено дажепри угле загиба 180°, что свидетельствует о низкой склонности металла шва2,25Cr-1Mo-V к ТПН.

Полученные результаты подтвердили эффективностьразработанной методики для исследования склонности металла к ТПН, котораяпозволяет определить температуру «провала» пластичности и, следовательно,температуру отпуска, при которой возможно образование ТПН в металле шва.а)б)Рисунок 12 - Фрактограммы излома образца по трещинам (рис.11 б):а – межкристаллитное разрушение с мелкоямочным рельефом;б –отдельные межкристаллитные несплошности с испаренным рельефом.В результате исследований установлено, что температура промежуточногопослесварочного отпуска металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали должнасоответствовать диапазону 600-630°С или быть выше 670°С (с целью повышениятехнологичности следует выполнять отпуск при температуре 680°С).

Такжевозможно использовать низкотемпературную термическую обработку при 350°С.Выполнение послесварочного отпуска при температуре 640-660°С следуетисключить для уменьшения вероятности образования ТПН.Шестая глава содержит результаты промышленного опробования ивнедрения разработанных в настоящей работе температурного режима сварки и19ТВП послесварочной термической обработки металла сварных соединенийкорпусов НХР из 2,25Cr-1Mo-V стали, а именно:•Погонная энергия сварки ~ 23,0 кДж/см, температура подогрева 200÷250°С;•НДТО по режиму 350°С - 7 ч;•Температурно-временные параметры послесварочных отпусков должны быть впределах PLM 20,4 ÷ 21,1;•ПрТО при температуре 680ºС не менее 2 ч;•ОТО при температуре 705°C не менее 8 ч;•Скорость нагрева до температур НДТО, ПрТО и ОТО не более 30°С/ч;•При нагреве до температур ПрТО и ОТО непосредственно после сварки илипосле НДТО применение промежуточной выдержки при температуре 400°С дляравномерного прогрева сварного соединения;•Во время проведения различных технологических операций при изготовленииНХР обеспечение подогрева изделия:- после НДТО при температуре 350°С не ниже 80ºС;- после промежуточного отпуска при температуре 680°C - 2 ч не ниже 5ºС.К металлу сварных соединений корпусов НХР из 2,25Cr-1Mo-V сталипредъявляются жесткие требования по уровню механических свойств.

Они должныобладать высоким уровнем прочности при нормальной и повышенной температуреэксплуатации, высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению при низкихклиматических температурах и тепловому охрупчиванию при достаточнойдлительной прочности. Эти требования должны обеспечиваться после основнойтермическойобработкиминимальной(ОТОмин),имаксимальнойпродолжительности (ОТОмакс), включающей два окончательных отпуска на случайремонтов в процессе монтажа и эксплуатации НХР.Согласно выводам, полученным в главах 3÷5, в качестве ОТОмин следуетиспользовать отпуск с PLM не менее 20,4, что соответствует 705°C - 8,0 часов, аОТОмакс не должен превышать PLM = 21,1, что соответствует ПрТО 680°C - 10,0 ч +ОТО 705°C - 34,0 ч.

Удовлетворительные результаты определения механическихсвойств промышленных сварных соединений в этих состояниях представлены втаблице 2.20Таблица 2 – Механические свойства промышленных сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали итребования лицензиаров НХРПределИспытание наТермообработкаТвердостьСтатический Работа удара стойкость кпрочности Характеристики прочности и(PLM)пластичности металла швабоковой изгибсварноготепловомуЗонаОМ ЗТВ МШШов ЗТВ охрупчиваниюсоединенияТ°С испытания 20°С 454°С20°С454°С20°С20°Сминус 18°СПараметрОТОмин705°С - 8,0 ч(PLM = 20,44)ОТОмакс680°С - 10,0 ч705°С - 32,5 ч(PLM = 21,07)ТребованияRm, Rm, Rm, Rp0,2,Rm,A, % Z, %МПа МПа МПа МПаМПаHV10Угол загибаKV, ДжШов6306404704847167306025918-2061263575- 180- 181- 201585 190 213 213180°Дефектов необнаружено116,8- 201,0146,3 282,9-17°С6006104664686056144967223-2550075468- 167- 174- 180474 171 182 187180°Дефектов необнаружено164,4- 275,4186,5 294,3-24°С585≥456760585760415620180°,Ø оправки 4t,отсутствиетрещин≥ 55≥18 ≥45 ≥456≤ 248ЗТВ-104°С-127°СДлительнаяпрочностьсварногосоединенияЧасов--1021 (пов-ть),1100 (1/2Т)≥ 1000Tr55 исх +(538°С/207МПа)2,5ΔTr55 ≤ 10°Спосле ОТОмаксТаким образом, использование совокупности разработанных тепловыхпараметров сварки и ТВП послесварочной термической обработки позволилообеспечить необходимый высокий комплекс служебных свойств и отсутствиедефектов типа холодных трещин и ТПН в сварных соединениях 25 корпусовкрупногабаритных НХР (на 2017 год) из 2,25Cr-1Mo-V стали марок SA-336M F22V,SA-182M F22V и SA-542M Type D cl.4a с толщиной свариваемой стенки от 108 до290 мм и внутренним диаметром от 2400 до 5510 мм.Основные результаты и выводы1.

На основе комплексного исследования структуры, фазового состава имеханических свойств металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали, а такжеэкспериментального анализа влияния на них тепловых параметров сварки итемпературно-временныхпараметровтермическойобработкиразработанатехнология послесварочной термической обработки корпусов крупногабаритныхНХР, обеспечивающая требуемый высокий уровень служебных свойств иисключающая образование трещин.2. Определена кинетика распада переохлажденного аустенита материалов системылегирования 2,25Cr-1Mo-V, построена термокинетическая диаграмма, определеныкритические точки Ac1 = 790°С , Ac3 = 872°С. Показано, что при многопроходнойавтоматической сварке под флюсом в металле шва и ЗТВ этой стали образуетсяполностью бейнитная структура.213.

Установлена зависимость содержания объемной доли мелкозернистой структуры(с размером зерна менее 50 мкм) в металле шва от погонной энергии сварки иопределен уровень погонной энергии q/V≈23 кДж/см, позволяющий обеспечитьмаксимальное количество мелкозернистой (перекристаллизованной) структуры вметалле шва сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали.4.

Изучено влияние тепловых параметров сварки на структуру и твердость металлашва сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали. Установлено, что для формированияструктуры бейнита с равномерным распределением карбидов необходиматемпература подогрева в диапазоне 200-250°С.5. Определены основные фазовые превращения в металле шва сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали после отпуска в диапазоне PLM = 13,0 – 21,1 и установленоследующее:- отпуск при 650°С ведет к заметному 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 PLM = 19,3-20,5, способствуют обеспечениювысоких служебных свойств металла шва и повышению его отпускоустойчивости;- длительные выдержки при 705°С ведут к уменьшению содержания ряда карбидовMC, M7C3 и M23C6, что приводит к уменьшению характеристик прочности, поэтомупараметр отпуска PLM должен быть ограничен «сверху».6.