Диссертация (1025479), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Такойсвариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистыеметаллы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.Технологическаясвариваемость–этохарактеристикаметалла,определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовыватьсварноесоединениесзаданнымиэксплуатационнымисвойствами.Технологическая свариваемость является одной из важнейших характеристиксталей, применяемых в сварных конструкция.

В этом случае свариваемостьрассматривается как степень соответствия свойств сварных соединенийодноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям [7,38].Поскольку количество показателей, характеризующих свойства основногометалла велико, то свариваемость является комплексной характеристикой,включающей следующие основные показатели:- реакция металла на термодеформационный цикл сварки, проявляющаясяв склонности к росту зерна, структурным и фазовым изменениям в металле шваи ЗТВ;- сопротивляемость образованию горячих трещин;- сопротивляемость образованию холодных трещин;- соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационнымтребованиямпопрочности,пластичности,выносливости,ползучести,жаростойкости, жаропрочности, коррозионной стойкости и т.п.Объектом исследования данной работы является технологическаясвариваемость стали, а именно характеристика материала, определяющая егореакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединениес заданными эксплуатационными свойствами.

С учетом того, что целью работы18является разработка рекомендаций по определению критического значенияэквивалента углерода в зависимости от химического состава высокопрочнойстали и режимов сварки, основное внимание было уделено оценке реакцииметалл труб класса прочности К65-К70 на тепловое воздействие различныхсварочных процессов.Данные различных литературных источников [31, 47, 48] показывают, чтостали класса прочности К65 и К70 относятся к ограниченно свариваемым сталям,склонным к образованию холодных трещин.Холодные трещины (ХТ) – локальные хрупкие межкристаллическиеразрушения материала сварного соединения, возникающие под действиемсобственных сварочных напряжений.

К холодным трещинам относят трещины,возникающие после охлаждения сварного соединения и имеющие блестящийкристаллический излом, без следов высокотемпературного окисления [49].Механизм образования холодных трещин включает в себя два основныхпроцесса: низкотемпературную ползучесть и диффузионное перераспределениеводорода.Низкотемпературнаяползучестьреализуетсяпутеммикропластической деформации в приграничных зонах зерен, котораяобусловлена наличием в структуре свежезакаленной стали незакрепленных,способных к скольжению краевых дислокаций при действии сравнительноневысоких напряжений.Образованиехолодныхтрещинначинаетсясобразованияочагаразрушения, чаще всего на границе бывших аустенитных зерен металла ОШУЗТВ. Разрушение не сопровождается значительной деформацией и относится кпрактически хрупкому [7, 49, 50].При образовании ХТ определяющими являются три фактора: наличиезакалочныхструктур;повышенный уровень растягивающихсварочныхнапряжений первого рода; повышенная концентрация диффузионного водородав зоне очага зарождения трещины [51, 52].Склонность к образованию холодных трещин при сварке можетвыявляться с применением сварочных технологических проб, методов19специализированных механических испытаний сварных образцов («машинные»методы) и расчетных методик.

Применение первых двух экспериментальныхметодов регламентируется ГОСТ 26388, определяющим виды, размеры образцови испытательных приспособлений, режимы сварки [53].Применение расчетных методов оценки склонности к возникновениюхолодных трещин основано на их взаимосвязи с закаливаемостью стали присварке, которая возрастает с повышением степени легированности стали инасыщением металла шва и ЗТВ водородом [7, 49, 54].Нашедшиеопределенияширокоеэквивалентаприменениеуглеродапараметрическиеполученынауравненияоснованиидляанализаструктурного фактора и оценивают влияние легирующих элементов наустойчивость аустенита к распаду и положение области мартенситногопревращения.

Склонность сталей к образованию холодных трещин взначительной степени определяется наличием закалочных структур в металлеоколошовного участка зоны термического влияния (ОШУ ЗТВ) сварногосоединения, а, следовательно, и повышением его твердости. Так какзакаливаемость стали при сварке возрастает с повышением степени еелегированности, то склонность к образованию холодных трещин оценивается позначению эквивалента углерода, определить который можно по расчетнойзависимости, связывающей химический состав стали с комплексом свойств,определяющих свариваемость через ряд коэффициентов эквивалентностиуглероду. Значения коэффициентов определяются вкладом конкретноголегирующего элемента в уровень рассматриваемого показателя механическихсвойств, определяющих дальнейшую работоспособность сварного соединения.При этом, чем выше значение прочностных характеристик стали, тем большезакалочных структур в ее составе и тем выше, при прочих равных условиях,склонность к образованию холодных трещин при сварке.В литературе и нормативных документах существует значительноеколичество различных зависимостей для расчета эквивалента углерода.

Следуетиметь в виду, что каждая из таких зависимостей применима только для20определеннойгруппысталей.Нижепредставленпереченьнаиболееиспользуемых зависимостей [7, 31, 32].Mn Cr  Mo  V Ni  Cu6515(1.1)Si Mn Cr Ni V2445 40 14(1.2)Сэкв  С Si Mn Cr Ni Mo V2465 404 14(1.3)С экв  С Mn Cr Ni Mo V Nb 16 23 50 798(1.4)Si Mn  Mo75(1.5)Mn Cr Ni  Cu Mo V6204050 10(1.6)Mn Cr  Mo  (V  Ti  Nb ) Ni  Cu 15  B6515(1.7)Si Mn  Сu Cr Ni Mo V251620 60 40 15(1.8)Mn Cr Mo V Ni 20 10 10 10 15(1.9)Si Ni Cr  Cu  Mn Mo V 5B30 602015 15(1.10)С экв  С С экв  С Сэкв  С Сэкв  С СЭКВ  С Сэкв  С С экв  С Рсм  С Наиболее известная зависимость (1.1) для расчета эквивалента углеродапринята на XXIV Конгрессе МИС в 1967 году и включена в стандарт EN-1011-2[55].

Она обеспечивает хорошую корреляцию между склонностью стали кзакаливанию при сварке и трещинообразованием.Российским стандартом (ГОСТ 27772) рекомендуется для оценкиуглеродных эквивалентов стали зависимость (1.3). Британская сварочнаяисследовательская ассоциация (BWRA) использует зависимость (1.9).Для определения значения эквивалента углерода трубных сталей типа Х70,предложены зависимости 1.5-1.7. Зависимость 1.7 включена в нормативные21документы ПАО «Газпром».

Для бесперлитных сталей рекомендуетсярассчитывать значение эквивалента углерода по зависимости (1.8), (1.9).Отечественнымиизарубежныминормативнымидокументамирегламентируются различные критические значения эквивалента углерода. Вчастности,критическоезначениеэквивалентауглерода,определяемое,например, по ГОСТ 27772, составляет для сталей:– не склонных к образованию холодных трещин при сварке ≤ 0,4,– свариваемых с ограничениями Сэкв = 0,4 - 0,45% (в некоторых документахмаксимальное значение колеблется от 0,43 до 0,47) [54],– трудно свариваемая сталь – Сэкв больше 0,45%.При использовании зависимости (1.8) считается, что если:- Сэкв ≤ 0,4% (в канадском стандарте CSAZ до 0,41%) сталь не склонна кобразованию холодных трещин;- Сэкв = 0,4 - 0,45% – сталь сваривается с ограничениями,- Сэкв больше 0,45% - трудно свариваемая сталь.МетодБританскойассоциации(зависимость(1.9)оцениваетсвариваемость сталей и температуру подогрева при сварке в зависимости отзначения Сэкв, вида покрытия электрода и толщины металла.Следует отметить, что использование приведенных выше зависимостей(1.1-1.9) предполагает ведущую роль структурного фактора в склонности сталик образованию холодных трещин при сварке.

Соотношения (1.1 – 1.9)разработаны для расчета значения эквивалента углерода сталей с содержаниемуглерода 0,1-0,4% [7]. Для сталей с содержанием углерода менее 0,12%рекомендуется рассчитывать эквивалент углерода по зависимости (1.10). Приэтом его значение не должно превышать 0,25% и 0,23% согласно требованиямАPI 5L и ISO 3183-3 соответственно [15, 16].Выражение (1.10) представляет собой составную часть уравнения ИтоБессио для определения критерия трещинообразования Pw (1.11), разработанногодля оценки свариваемости сталей с содержанием углерода от 0,12% [49, 54, 57].22Это уравнение было выведено на основании результатов испытаний насклонность к образованию трещин пробы «Тэккен».Параметр трещинообразования Pw помимо величины Pcm учитываетвлияния диффузионного водорода, растворенного в металле шва, и воздействиерастягивающих остаточных напряжений после окончания сварки.Рw  Рсм НглК60 40  10 4(1.11)где Нгл – количество диффузионного водорода в металле шва,установленное глицериновым методом, мл/100г (соотношение с ртутнымметодом МИС Нгл=0,64 Нмис – 0,93);К – коэффициент интенсивности жесткости, Н/(мм • мм)К= Ко*δ;(1.12)где Ко - постоянная, имеющая значения в пределах 200 — 1000 Н/мм2 взависимости от жесткости конструкции, для пробы «Тэккен» 685;δ - толщина стали, мм.На основании изучения действия всех трех основных факторов,способствующих образованию холодных трещин, и применения статическойобработки результатов многочисленных измерений Ито и Бессио вывели, чтопри Pw > 0,286 возможно образование холодных трещин в корне шва сварногосоединения типа пробы «Тэккен».

Характеристики

Список файлов диссертации