Диссертация (1025479), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

4.13 в, 4.14 бпредставлена ситуация межзеренного разрушения по границам реек бейнитногоферрита.110а) х7,5б) х480в) х5300Рис. 4.11. Фотография макроизлома (а) и фрактограммы участков поверхностиразрушений (б, в) стали с Сэкв=0,35%а) х7,5б) х8700в) х7700Рис. 4.12. Фотография макроизлома (а) и фрактографии участков поверхностиразрушений (б, в) стали с Сэкв=0,44%111а) х7,5б) х7600в) х440Рис.

4.13. Фотография макроизлома (а) и фрактографии участков поверхностиразрушений (б, в) стали с Сэкв=0,46%а) х7,5б) х910в) х5300Рис. 4.14. Фотография макроизлома (а) и фрактографии участков поверхностиразрушений (б, в) Сэкв=0,54%112Вывод по Главе 4Выполненные с использованием «машинных» методов исследованияпоказали, что:– при оценке влияния на склонность малоуглеродистых сталей для трубкласса прочности К65 и К70 к образованию холодных трещин при сваркенеобходимо учитывать не только значение эквивалента углерода, но исодержание углерода, определяющее пластичность формирующихся в ОШУЗТВ закалочных структур, при прочих равных условиях;– при использовании Сэкв в качестве показателя оценки свариваемостималоуглеродистыхмикролегированныхсильнымикарбидообразующимиэлементами сталях и, в частности, их склонности к образованию холодныхтрещин, его значения могут быть увеличены относительно нормативныхзначенийэквивалентанизколегированных сталей.углерода,принятыхдлятрадиционных113Глава 5.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯЭКВИВАЛЕНТА УГЛЕРОДА ДЛЯ СТАЛЕЙ КЛАССА ПРОЧНОСТИ К65– К70, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ЗАДАННЫЙ УРОВЕНЬМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В ОКОЛОШОВНОМ УЧАСТКЕ ЗОНЫТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙТРУБОПРОВОДОВ И ОТСУТСТВИЕ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИНФормулы для определения эквивалента углерода косвенным образомсвязывают химический состав стали с комплексом свойств, определяющихсвариваемость через ряд коэффициентов эквивалентности углероду. Значениякоэффициентов определяются вкладом конкретного легирующего элемента вуровень рассматриваемого показателя механических свойств, определяющегодальнейшую работоспособность сварного соединения.Высокопрочные стали нового поколения характеризуются системойлегирования, включающей такие элементы как С, Si, Mn, Ni, Mo, Cr, V, Ti, Nb,Zr.

В тоже время применяемые в настоящее время формулы для расчета Сэкв иРсм (зависимости 1.1 и 1.10) не учитывают некоторые из этих элементов.Кроме того, существует значительная разница в оценке вклада основныхлегирующих элементов Mn и Si в прирост эквивалента углерода.Как показано в разделе 2 в общем виде формулу для определенияэквивалента углерода можно представить как зависимость следующего вида:Сэкв СSi Mn Cr Ni Mo VNb Ti ZrmC mSi mMn mCr mNi mMo mV mNb mTi mZr(5.1)где C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Zr содержание легирующих элементов,%;mC, mSi, mMn, mCr, mNi, mMo, mV коэффициенты эквивалентностисоответствующих легирующих элементов.Для учета влияния легирующих элементов на величину эквивалентауглерода для класса высокопрочных трубных сталей необходимо определить114взаимосвязь между величиной прироста этого показателя и эквивалентного емуувеличения прочностных свойств стали, в качестве которого традиционноиспользуется твердость.На Рис. 5.1 представлены данные по значениям твердости нелегированныхсталей, обобщённые по разным источникам [30, 34].Рис.

5.1. Изменение твердости нелегированных сталейв зависимости от содержания углеродаОбработка указанных данных позволила получить линейную зависимостьизменения твердости стали, которая описывается следующим уравнением:HV  121  С %  103(5.2)Согласно указанной зависимости увеличение концентрации углерода накаждые 0,01% (ΔСэкв) приводит к приросту твердости ΔHVС на 1,21 единиц.Используя найденное значение эквивалентности прироста концентрацииуглерода и увеличения твердости можно определить величину коэффициента miдля различных легирующих элементов следующим образом:- определим прирост твердости (ΔHVi), вызванный увеличением на 0,1%концентрации легирующего элемента;- определим эквивалентную концентрацию легирующего элемента (Сэквi):115Cэкв iHVi CэквHVC(5.3)- найдем значение коэффициента эквивалентности легирующего элементаmi по его эквивалентной концентрации и фактическому содержанию в стали:mMn Л .эiCэкв(5.4)где: Л.эл – концентрация легирующего элемента в стали, %.Для оценки вклада марганца в прирост твердости были обобщены данныепо значениям твердости малоуглеродистых (0,01-0,043% С) низколегированныхсталей (0,01-0,03% Si), представленные на Рис.

5.2.Рис. 5.2. Изменение твердости низкоуглеродистых сталейв зависимости от концентрации марганцаСогласно представленным данным прирост твердости малоуглеродистыхмарганцевых сталей составил 1,48 единиц HV на каждые 0,1% Mn. Применяяуказанный выше подход, определим величину коэффициента эквивалентностимарганца для малоуглеродистых сталей:116Cэкв i1,48 0,01  0,012%1,21mMn 0,1 8,330,012(5.5)(5.6)Аналогичное обобщение значений твердости, выполненное на сталях ссодержанием углерода 0,13% - 0,18% и кремния 0,28 % – 0,5 % представлено наРис. 5.3.Рис. 5.3. Изменение твердости сталей с содержанием углерода0,13 % - 0,18% в зависимости от концентрации марганцаРасчет коэффициента эквивалентности марганца, выполненный исходя изприроста твердости на каждый 0,1% марганца 2,2 HV дает значениекоэффициента эквивалентности для марганца равное 5,5.Анализ полученных данных показывает, что стали с концентрациейуглерода до 0,05% характеризуются меньшей величиной прироста твердости поотношению к сталям с содержанием углерода от 0,13% - 0,18%, что вызываетустойчивое повышение прироста прочностных свойств.

Это говорит об усилениивклада марганца в уровень прочностных свойств низкоуглеродистых сталей посравнению с аналогичными по содержанию марганца малоуглеродистымисталями. Полученные значения показывают, что для сталей с малымсодержанием углерода величина коэффициента mMn должна быть в диапазоне от1178 до 9 единиц, а для более углеродистых сталей его значение может снижатьсядо 5 – 6 единиц.

При использовании в качестве показателя эквивалента углеродавеличины Рcm, предельное значение которой в 2 раза ниже, чем критическоезначение эквивалента углерода, найденную величину mMn нужно увеличитьвдвое.Таким образом, для расчета эквивалента углерода высокопрочныхтрубных сталей с содержанием углерода до 0,1% целесообразно пользоватьсязависимостями с более высокими значениями mMn, которые для выражения поопределению Сэкв и Рcm составляют 8 - 9 и 16 -18 соответственно. Полученныезначения показывают удовлетворительную сходимость с коэффициентами,использованными в применяемых уравнениях.Влияние карбидообразующих элементов на уровень механических свойствсварного соединения может быть определено на основе данных по твердостивыделяющихся карбидных фаз и их количества.

Как показано в разделе 2 ввысокопрочных трубных сталях происходит выделение карбидов Nb, Ti, Zr и Vтипа МеС. При этом практически все содержание карбидообразующихэлементов переходит к карбидную фазу. Процентное содержание выделяющейсякарбидной фазы (КМеС) может быть определено следующим образом:К МеС  (Zr  Ti  Nb  V ) Zr  k Zr  Ti  kTi  Nb  k Nb  V  kV,% (5.7)k min  k cгде Zr, Ti, Nb, V – содержание легирующих элементов, %;kZr, kTi, kNb, kV, kС – коэффициенты перевода весового содержаниялегирующего элемента в сплаве на железной основе в атомарные проценты(Таблица 2.4);kmin – коэффициент карбидообразования (Таблица 2.3).Учитывая значения микротвердости карбидных фаз, их вклад в приросттвердости (∆Нμ) стали определяется следующим образом:118Н  Н ср К МеС, МПа100(5.8),где Нμср – среднее значение твердости карбидной фазы на основе Zr, Ti,Nb, V.

(Таблица 5.1).Таблица 5.1.Химический состав и твердость разных карбидных фаз [35]СтехиометрическийсоставОбласть химическихсоставовТипкристаллическойрешетки*Микротвердость,МПаTiCTiC – TiC0,48ГЦК32000ZrCZrC – ZrC0,60ГЦК26000VCVC0,87 – VC0,65ГЦК28500-30000NbCNbC – NbC0,70ГЦК24000Среднее27000-28000Используя полученный прирост прочностных свойств за счет выделениякарбидныхфазнаходимэквивалентнуюсуммарнуюконцентрациюкарбидообразующих элементов (СэквZr,Ti,Nb,V):C эквZr ,Ti , Nb ,VН C экв ,НV  10(5.9)По эквивалентной концентрации карбидообразующих элементов и ихфактическомусодержаниювсталинайдемзначениекоэффициентаэквивалентности mZr, Ti, Nb, V:mZr ,Ti , Nb ,V Zr  Ti  Nb  VC эквZr ,Ti , Nb ,V.(5.10)119Результаты расчета, проведенного для выборки высокопрочных трубныхсталей (Таблица 2.6, раздел 2) представлены в Таблице 5.2.Таблица 5.2.Значения коэффициента эквивалентности карбидообразующих элементов№ЭквивалентнаяВесоваяПриростКоэффициентконцентрацияконцентрация прочностныхСталькарбидообразующих эквивалентносткарбидной фазысвойстви, mZr ,Ti , Nb ,Vэлементов,(КМеС), %ΔНμ, МПаZr,Ti,Nb,VСэкв,%1Х800,1336,900,03053,612К75(Х100)0,1336,900,03053,613Х1000,1130,590,02533,564К80(Х120)0,0719,550,01623,715Х800,0615,660,01293,636Х800,1132,180,02663,617К600,1130,670,02533,758К600,0515,390,01273,699Х80(К65)0,0617,550,01453,7210К650,0616,130,01333,7511Х1000,0616,080,01333,7612Х800,1438,660,03203,630,0514,730,01223,700,1233,470,02773,691314Х90(К70)Х80(К65)15К650,1440,230,03323,6416Х90(К70)0,1335,860,02963,64120№17ЭквивалентнаяВесоваяПриростКоэффициентконцентрацияконцентрация прочностныхСталькарбидообразующих эквивалентносткарбидной фазысвойстви, mZr ,Ti , Nb ,Vэлементов,(КМеС), %ΔНμ, МПаZr,Ti,Nb,VСэкв,%Х900,1233,050,02733,77(К70)18К650,1233,150,02743,6919К650,0513,030,01083,8120Х700,1233,050,02733,7721К650,1028,780,02383,7422К600,1131,030,02563,7423К600,1542,440,03513,6524К600,0720,590,01703,7025Х80(К65)0,1439,080,03233,6826Х80(К65)0,1132,180,02663,6928Х800,0823,180,01923,7129Х80(К65)0,1336,030,02983,6330К600,1131,760,02623,7031К650,1232,980,02733,6332К600,0719,140,01583,6733К650,2570,770,05853,5934К600,0925,460,02103,6135К600,1541,510,03433,6436К600,2466,180,05473,6637К650,2056,500,04673,5838Х70(К60)0,2776,690,06343,63Как видно из полученных данных коэффициент эквивалентностиокругленно составил 4.121Таким образом, для расчета эквивалента углерода высокопрочныхтрубных сталей с содержанием углерода до 0,1% целесообразно использоватьследующую зависимость:С экв  С Mn Cr  Mo Ni  Cu Zr  Ti  Nb  V85154(5.11)Так же может проводиться расчет эквивалента углерода через показательРсм, в котором с учетом практически двукратного снижения критическогозначения с 0,45% до 0,23% коэффициент эквивалентности для марганца равен 14- 18, коэффициент эквивалентности Zr, Ti, Nb, V – 8.Сопоставление результатов расчета эквивалента углерода по формулеМИС и предлагаемой зависимости для исследованных высокопрочных сталей(5.11) показывает снижение этого показателя на 0,03 – 0,05% в зависимости отхимического состава стали (Таблица 5.3).Таблица 5.3.Значения эквивалента углерода исследованных высокопрочных сталейНомер плавкисталиIIIIIIIVVVIVIIЭквивалент углеродапо предлагаемой зависимостипо формуле МИС(5.11)0,350,320,370,330,430,380,540,470,440,390,480,420,460,41Следует отметить, что расчет значения эквивалента углерода только поформуле, предложенной выше или по формулам 1.1 – 1.10 не позволяет оценитьв количественном виде реакцию стали на термический цикл сварки.

Характеристики

Список файлов диссертации