Диссертация (1025447), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Так, при строительстве стальных резервуаров дляхранения нефти ударная вязкость образцов с острым надрезом (KCV) должнабыть не менее 35 Дж/см2 для сталей с пределом текучести до 360 МПа и не менее50 Дж/см2 для сталей с пределом текучести свыше 360 МПа при температуреиспытаний «минус» 20 °С [1].
Для магистральных газо- и нефтепроводовминимальное значений ударной вязкости должно составлять 49 и 50 Дж/см2 притемпературе испытаний «минус» 20 °С соответственно [2 - 5]Таблица 1.1.№п/п1.ОбъектЗначениеСтальныерезервуары дляхранениянефтиВеличина ударной вязкости для опасных производственных объектовне менее 35 Дж/см2 для сталей спределом текучести до 360 МПа2не менее 50 Дж/см для сталей спределом текучести свыше 360МПаТемператураСсылкаиспытаний«минус»20 °С[1]12Таблица 1.1 (Продолжение)3.Магистральныйгазопровод2.ОбъектМагистральный нефтепровод№п/пЗначениеТемператураСсылкаиспытанийне менее 49 Дж/см2 для К54(среднее арифмет, минимальноезначение меньше на 5 отномин.)не менее 62 Дж/см2 для К54 –К56 (среднее арифмет,минимальное значение меньшена 5 от номин.)[2]«минус»20 °ССреднее 56 Дж/см2, мин 42 дляК56[3]Среднее не менее 62 Дж/см2минимальное 47 Дж/см2[4]не менее 50 Дж/см2 дляр=8,3…9,8 МПа (минимально37)не менее 34,4 Дж/см2 дляр=1,2…8,3 МПа (минимальное29,4)«минус»20 °С[5]Одним из способов сварки, применяемым при выполнении работ на такихобъектах, является автоматическая дуговая сварка под слоем флюса.
Основныеприменяемые в промышленности схемы сварки под флюсом обладают большойпроизводительностью при хорошем качестве сварного шва (Рис. 1.1). Анализпроизводительности показывает (Рис. 1.2), что наибольший прирост попроизводительности дает метод сварки с дополнением металлического порошка(ППМ) (до 200 % относительно однодуговой [6]). Основным недостатком этогометода является развитая поверхность присадки, в связи с чем возможнозагрязнение металла шва окислами.Следующая за сваркой с ППМ двухэлектродная сварка согласно даннымкомпании Lincoln Electric (США) дает прирост в производительности до 60 %. К13недостаткам этого способа можно отнести то, что для его реализации требуютсямеханизмы подачи и токоподводы специальной конструкции, что увеличиваетстоимость оборудования.б)а)в)г)Рис.
1.1.Основные применяемые в промышленности схемы сварки под флюсом:а) дуговая сварка под флюсом проволочным электродом (однодуговая);б) Дуговая сварка под флюсом нескольким проволочными электродами:сварка несколькими головками (двухдуговая);в) Дуговая сварка под флюсом нескольким проволочными электродами:сварка несколькими электродами (двухэлектродная);г) Дуговая сварка под флюсом с добавлением металлическогопорошка (ППМ)Большой интерес представляет собой дуговая сварка под флюсомнескольким проволочными электродами: сварка несколькими головками, илимногодуговая.
Прирост производительности составляет до 40 %. При этомнезависимая настройка параметров режима на каждом из электродов позволяет14гибко воздействовать на шов. Для реализации такого метода сварки нетнеобходимости в использовании специальных комплектующих.%Рис. 1.2.Сравнение производительности для различных способов сварки под флюсомОднако, есть существенная особенность для этого способа сварки:интенсивный рост зерна как во шве, так и околошовной зоне под воздействиемсварочного термического цикла (Рис.
1.3). Это ведет к падению пластическихсвойств, и, как следствие, ударной вязкости металла шва и околошовной зоны.Для повышения ударной вязкости околошовной зоны успешно применяютразличные технологические приемы:металлохимическая присадка;сварка с дополнительной горячей присадкой;применение порошковой проволоки в качестве электродной и т.д.15Рис. 1.3.Зоны сварного соединения1) наплавленный металл (T>1500 °С);2) участок полного расплавления (T>1500 °С);3) участок перегрева (1100 °С<T<1500 °С);4) участок нормализации (900 °С<T<1100 °С)Все эти приемы, успешно применяемые в промышленности, направлены наотбор излишка тепла из сварочной ванны, что изменяет сварочный термическийцикл, тем самым сдерживая рост зерна.Данная работа посвящена воздействию на металл шва с целью повышенияего пластических свойств.1.2.Общие понятия о воздействии на кристаллизующийся расплавМодифицирование и комплексное легирование – одни из основныхспособов воздействия на расплав для получения в литом металле требуемыхсвойств.Модифицирование – измельчение структуры металлов и сплавов припомощи примесей, специально вводимых в расплав или формирующихся в немпод влиянием добавок.
При этом эти примеси (как вводимые, так и16образующиеся в расплаве) называются модификаторами [7]. Количествовводимых элементов при модифицировании составляет не более 0,1 масс.%, чтосоответствует микролегированию. Однако при микролегировании реализуетсядва механизма упрочнения: легирование твердого раствора и дисперсионноетвердение, а модифицирование влияет исключительно на размер фаз, неоказывая воздействия на фазовый состав кристаллизующихся сплавов [8].Измельчение структурных составляющих улучшает механические свойстваметалла.Легирование – введение добавок в металлы и сплавы для придания имопределенных свойств (физических, химических и механических).
При этом прилегировании вводят в сплав от 0,2 масс.% и более легирующего элемента. Такжесуществует понятие микролегирования, под которым обычно подразумеваютвведение отдельных элементов и их соединений, остаточное содержаниекоторых не превышает 0,1 масс.% и оказывает значительное влияние напроцессы, протекающие в твердой фазе [8].Оба способа воздействия широко применяются в металлургии при выплавкеширокого спектра сплавов. Так, модифицирование редкоземельными металлами(РЗМ) при выплавке трубных низкоуглеродистых низколегированных сталейпозволяет повысить значение ударной вязкости, а также повышает стойкостьстали к коррозионному растрескиванию под напряжением [9].
При этомуменьшается степень загрязненности неметаллическими включениями, и ониприобретают сферическую форму. Модифицирование белого чугуна калийстронцевым карбонатом (Ca,Sr)CO3, ферробором, силикокальцием и бортитановой лигатурой увеличивает его жидкотекучесть и трещиностойкость [10].При этом улучшаются эксплуатационные характеристики исследуемых чугунов.В сварочной отрасли также успешно применяется подход легирования дляполучения требуемых свойств металла шва. Так, известен положительный опытповышения ударной вязкости металла шва легированием расплава сварочнойванны никелем. Увеличение содержания никеля в шве существенно повышает17ударную вязкость [11].
Так, например, увеличение содержания никеля в шве от0 до 1 масс.% приводит к формированию мелкодисперсной и однороднойструктуры металла шва, что в конечном итоге позволяет повысить значениеударной вязкости почти в 2 раза (при температуре испытаний «минус» 40 °С).Применение легирования приводит к увеличению стоимости сварочныхматериалов в среднем на 30% и более. В то время как модифицирование металлашва может не оказать существенного влияния на состав и стоимость сварочныхматериалов, обеспечивающих значение ударной вязкости на должном уровне. Всвязи с этим модифицирование металла шва представляет собой особый интерес.1.3.Классификация процессов модифицированияВ зависимости от вида модификатора процессы модифицирования могутпротекать по разным механизмам [12]. Существует два основных механизма: впервом в расплавленный металл вводятся примеси, приводящих к созданиюлегкоплавких составляющих эвтектического типа, которые создают передрастущими дендритами прослойки с более низкой температурой кристаллизации[12].
Второй механизм связан с присутствием в металле шва дисперсныхтугоплавких частиц. При этом тугоплавкие частицы могут образовыватьсянепосредственно в расплаве за счет специальной системы легирования [12,13], атакже поступать в расплав в виде дисперсных порошков [14].В связи с этим модификаторы по их действию можно классифицировать начетыре группы: Поверхностно-активные элементы; «Эвтектики»; «Холодильники»; Тугоплавкие частицы.18Поверхностно-активные элементыРяд исследователей [8] придают большое значение растворенным, такназываемым поверхностно-активным металлам, адсорбируемым отдельнымигранями растущих кристаллов.По мнению П.А. Ребиндера, такого рода примеси способны не толькотормозить рост кристаллов, но благодаря избирательности их адсорбцииотдельными гранями растущего кристалла и влиять на его морфологию:препятствовать развитию кристаллов игольчатой или пластинчатой формы,способствовать сфериодизации избыточной фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
