Диссертация (1025479), страница 11
Текст из файла (страница 11)
3.6. Термокинетические диаграммы ОШУ ЗТВ исследованныхвысокопрочных сталей со значениями эквивалента углерода 0,43 % (плавка III)(а), 0,46 % (плавка VII) (б), 0,54 % (плавка IV) (в)87в)Продолжение Рис. 3.6. Термокинетические диаграммы ОШУ ЗТВисследованных высокопрочных сталей со значениями эквивалента углерода0,43 % (плавка III) (а), 0,46 % (плавка VII) (б), 0,54 % (плавка IV) (в)а)Рис. 3.7. Структурные диаграммы ОШУ ЗТВ исследованных высокопрочныхсталей со значениями эквивалента углерода 0,43 % (плавка III) (а), 0,44 %(плавка V) (б), 0,46 % (плавка VII) (в), 0,48 % (плавка VI) (г), 0,54 % (плавка IV)(д)88б)в)Продолжение Рис.
3.7. Структурные диаграммы ОШУ ЗТВ исследованныхвысокопрочных сталей со значениями эквивалента углерода 0,43 % (плавка III)(а), 0,44 % (плавка V) (б), 0,46 % (плавка VII) (в), 0,48 % (плавка VI) (г), 0,54 %(плавка IV) (д)89г)д)Продолжение Рис. 3.7. Структурные диаграммы ОШУ ЗТВ исследованныхвысокопрочных сталей со значениями эквивалента углерода 0,43 % (плавка III)(а), 0,44 % (плавка V) (б), 0,46 % (плавка VII) (в), 0,48 % (плавка VI) (г), 0,54 %(плавка IV) (д)90Сэкв = 0,44 %С экв = 0,54%а)б)в)Рис. 3.8 – Фотографии микроструктуры (х500) металла околошовного участказоны термического влияния исследованных сталей при скоростях охлаждения 30С/с (а), 10 0С/с (б), 20 0С/с (в), 40 0С/с (г), 70 0С/с (д)91г)д)Продолжение Рис. 3.8.
Фотографии микроструктуры (х500) металлаоколошовного участка зоны термического влияния исследованных сталей прискоростях охлаждения 3 0С/с (а), 10 0С/с (б), 20 0С/с (в), 40 0С/с (г),70 – 80 0С/с (д)Анализ представленных данных (Рис. 3.6, 3.7, 3.8) показывает, чтохарактерной особенностью малоуглеродистых высокопрочных сталей, в отличиеот низколегированных традиционных трубных сталей, во всем исследованномдиапазоне скоростей охлаждения, является формирование преимущественнобейнитной структуры. Количество ферритной фазы в структуре ОШУ ЗТВ всехисследованных плавок сталей при скорости охлаждения около 3 0С/с изменяетсяв пределах от 0 % до 20 % (Рис.
3.7 а – д, 3.8 а). При этом чем выше значениеэквивалента углерода, тем меньше ферритной фазы в структуре ОШУ ЗТВ, припрочих равных условиях.92Формирование мартенситной фазы в количестве до 10 % дляисследованных сталей наблюдается при разных скоростях охлаждения. Причемс увеличением эквивалента углерода значения скоростей охлаждения (w8-5), прикоторых в ОШУ ЗТВ образуется 10 % мартенситной фазы, снижаются. Вчастности, для стали со значением эквивалента углерода 0,43% (III плавка) w8-5обеспечивающая около 10 % мартенсита в структуре составляет 60 0С/с, а длясталиIVплавкисмаксимальнымзначениемэквивалентауглерода(Сэкв = 0,54 %) w8-5 примерно 30 0С/с (Рис. 3.7 а – д).На Рис.
3.9 показано изменение скоростей охлаждения (w8-5), при которыхформируется 10 %, 50% и 90 % мартенситной фазы в структуре металла ОШУЗТВ высокопрочных сталей в зависимости от эквивалента углерода.Рис. 3.9. Изменение скоростей охлаждения w8-5, обеспечивающихформирование 10 %, 50% и 90 % мартенситной фазы в структуре металла ОШУЗТВ высокопрочных сталей в зависимости от эквивалента углеродаКак видно, зависимости имеют экспоненциальный характер.
При этом сувеличением значения эквивалента углерода распад аустенита в мартенситнойобласти обеспечивается меньшими скоростями охлаждения.93На Рис. 3.10 показано изменение твердости металла ОШУ ЗТВисследованных сталей в зависимости от скорости охлаждения при сварке.Рис. 3.10. Изменение твердости металла ОШУ ЗТВ высокопрочных сталей,характеризующихся различным значением эквивалента углерода в зависимостиот скорости охлажденияНа графике (Рис. 3.10) были выделены области максимальныхнормативных значений твердости, соответствующие 325 HV10 и 350 HV10 [6]. Заминимальные принимались твердости, соответствующие значениям твердостиосновного металла. Анализ полученных данных показывает, что при сваркемалоуглеродистых высокопрочных сталей максимальные значения твердости, непревышающие нормативные показатели, могут быть обеспечены при скоростяхохлаждения от 40 0С/с до 70 0С/с (325 HV10) и от 50 0С/с до 80 0С/с (350 HV10)соответственно для сталей с эквивалентами углерода от 0,54% до 0,43% (Рис.943.10).
Указанные скорости охлаждения обеспечиваются при различных способахсварки на режимах, предусмотренных [28,29, 30].При этом в стали с эквивалентом углерода 0,54% при скорости охлаждения50 град С/с содержание мартенсита в структуре около 60%, что значительнопревышаетегорекомендуемоесодержаниедлятрадиционныхнизколегированных трубных сталей [7].Для изучения особенностей строения мартенсита был выполненрентгеноструктурный анализ сталей с Сэкв 0,35 %, 0,44 %, 0,54 %, предварительнозакаленных на мартенсит.
Результаты анализа (Таблица 3.3, Рис. 3.11) показали,что во всех образцах α-Fe-фаза характеризуется отсутствием значительнойтетрагональностикристаллическойрешетки.Приэтомспонижениемсодержания углерода снижается плотность дислокаций. Формирующийсямартенсит характеризуется повышенной пластичностью по сравнению смартенситом традиционных сталей.Таблица 3.3.Величина плотности дислокаций исследуемых сталейЭквивалентуглерода, %Содержание углерода, %Плотность дислокаций, 1011 см-20,350,0752,80,440,0682,40,540,0272,295а)б)в)Рис. 3.11.
Фотографии микроструктуры (х500) металла исследованных сталейпри значениях эквивалента углерода 0,35% (а), 0,44% (б), 0,54% (в)На Рис. 3.12 приведены зависимости изменения скоростей охлаждения,обеспечивающих нормативные значения твердостей (325 HV10 и 350 HV10)металла ОШУ ЗТВ высокопрочных сталей в зависимости от эквивалентауглерода.96Рис.
3.12. Изменение скорости охлаждения w8-5 , обеспечивающей значениятвердости 325 HV10 и 350 HV10 металла ОШУ ЗТВ высокопрочных сталей взависимости от эквивалента углеродаАнализ кривых (Рис. 3.12) показывает, что чем выше значение эквивалентауглерода, тем ниже w8-5, обеспечивающие нормативные значения твердости припрочих равных условиях.Характер изменения значений ударной вязкости (KCV) и вязкойсоставляющей в изломе образов (% В) околошовного участка ЗТВ при сваркемалоуглеродистых высокопрочных трубных сталей с различными значениямиСэкв показан на Рис.
3.13.97а)б)Рис. 3.13. Изменение ударной вязкости (KCV-40) (а) и вязкой составляющей визломе (б) ОШУ ЗТВ высокопрочных сталей, характеризующихся различнымзначением Сэкв в зависимости от скорости охлажденияИз графиков видно (Рис. 3.13 а, б), что зависимости измененияпоказателей сопротивления хрупкому разрушению(KCV, % В) носят98экстремальный характер и описываются полиноминальной функцией для всехисследованных сталей. Значения ударной вязкости выше нормативных (KCV-40≥ 50 Дж/см 2) [6, 28, 29] обеспечиваются в диапазоне скоростей охлаждениягарантирующих с одной стороны отсутствие разупрочнение металла, с другой –повышение твердости до нормативного уровня. При этом максимальновозможные скорости охлаждения, гарантирующие нормативные значенияударнойвязкостиспособствуютформированиюбейнитно-мартенситнойструктуры. Область максимальных значений ударной вязкости соответствуетформированию преимущественно бейнитной структуры (Рис.
3.7). Диапазонскоростей охлаждения, при котором в изломе ударных образцов фиксируется неменее 50% вязкой составляющей, значительно уже (Таблица 3.4).Таблица 3.4.Значения показателей сопротивления металла ОШУ ЗТВ исследованных сталейхрупкому разрушениюМаксимальныеСкоростьВязкаяДиапазон скоростейЗначениеСодержаниезначенияохлаждениясоставляющая в охлаждения (w8-5),Сэкв,углерода, ударной вязкости(w8-5)изломе (В) пригарантирующий%%(KCV-40 max),гарантирующаяKCV-40 max,50% вязкойДж/см 2KCV-40 max , 0C/c%составляющей, 0С/с0,430,440,110,068115215302055 – 6080 – 8520 – 3015 – 350,460,0662853085 – 9020 – 500,480,0842401080 – 855 – 350,540,0272452085 – 905 – 50Выводы по Главе 31.
Выполненные исследования по оценке реакции на термический циклсваркималоуглеродистых,микролегированныхсильнымикарбидообразующими элементами высокопрочных сталей с Сэкв от 0,35 % до 0,5499% показали возможность обеспечения комплекса механических характеристик –твердости и сопротивления хрупкому разрушению на уровне нормативныхзначений в зоне термического влияния при способах сварки, используемых пристроительстве магистральных газопроводов.2. На основе изучения морфологии мартенситной фазы малоуглеродистыхмикролегированных сильными карбидообразующими элементами сталях длятруб класса прочности К65 и К70 показано, что формирующийся мартенситхарактеризуется незначительной тетрагональностью кристаллической решетки,низким уровнем напряжений и более высокой пластичностью.3.
Выявленанеобходимостьограничениямаксимальнодопустимойскорости охлаждения не выше 40 °С/с сталей для труб класса прочности К65 иК70 с эквивалентом углерода превышающим критическое значение, принятоедля сталей более низких классов прочности, позволяющая обеспечитьформирование комплекса нормативных характеристик металла ОШУ ЗТВ приспособах сварки, используемых при строительстве и ремонте МГ.100Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯЭКВИВАЛЕНТА УГЛЕРОДА НА СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН ПРИ СВАРКЕ СТАЛЕЙКЛАССА ПРОЧНОСТИ К65 - К70Холодные трещины (ХТ) являются хрупким замедленным разрушениемметаллаоколошовногоучастказонытермическоговлияниясварногосоединения, вероятность которого длительно сохраняется после сварки до техпор, пока стабилизируется структура и десорбируется диффузионный водороддо концентрации ниже критического значения.В данном разделе работы приведены результаты оценки сопротивляемостивысокопрочных трубных сталей образованию холодных трещин при сварке.4.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
