Диссертация (1025479), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Область применения формулы дляопределения Pw ограничивается интервалом Pcm от 0,24% до 0,40%. Уравнениеприменимо к низколегированным сталям с содержанием углерода 0,07 - 0,22% спределом текучести 500 — 700 МПа при сварке c погонной мощностью 17кДж/см [7, 49].В СТО Газпром 2-2.1-279-2008, ОТТ-08.-00.60.30 и DNV-OS-F101рекомендуется применять как формулу для расчета Pcм, так и Cэкв. ISO 3183 и API5L рекомендует оценивать свариваемость труб, изготовленных из сталей ссодержанием углерода не более 0,12% по критерию Pcм. Для труб, изготовленныхиз сталей с содержанием углерода свыше 0,12%, расчет значения эквивалентауглерода (Сэкв) проводится по формуле МИС.23Как видно из выполненного анализа все представленные вышезависимости связывают значение эквивалента углерода с химическим составомстали.
Их анализ показывает, что вклад одних и тех же легирующих элементовоценивается по-разному. Сопоставление коэффициентов эквивалентности (mi)легирующих элементов углероду выявило значительный разброс этихпоказателей (Таблица 1.6).Таблица 1.6.Значения коэффициентов эквивалентности легирующих элементов углеродупри расчёте Cэкв по основным зависимостям (1.1 – 1.10)Коэффициент эквивалентности для следующих элементов:№зависимостиCMnSiCrMoNiCuVNbTiB1.116-5515155---1.214245-40-14---1.316245440-14---1.4116-23750-98--1.5157-5------1.616-2050404010---1.716-5515155550,0661.8116252040601615---1.9120-101015-10---1.10120302015602015--0,2Анализ зависимостей 1.1 – 1.10 показывает, что значения коэффициентовпри одних и тех же элементах, определяющих их влияние на С экв, отличаются вдовольно большом диапазоне.
В частности, коэффициент, определяющийвлияние Mn изменяется от 4 до 16, Si, если он принимается во внимание, от 7 до25. Практически не находит в рассматриваемых зависимостях отражениекомплексного влияния на Сэкв таких карбидообразующих элементов, как Ti, Nb,V, которыми микролегированы высокопрочные стали нового поколения.24Существенная разница в оценке влияния одних и тех же элементов насклонность сталей к образованию закалочных структур связана в первую очередьс необходимостью конкретизации группы сталей, для которых разрабатываетсяформула по расчету эквивалента углерода. Структурно-фазовые превращения,протекающие в определенной группе сталей, обладают существеннойспецификой, что не позволяет применять одни и те же подходы к сталямразличных групп.Высокопрочные трубные стали нового поколения отличаются оттрадиционных кремний-марганцевых сталей низким содержанием углерода иналичиемсильныхкарбидообразующихэлементов.Спецификойструктурообразования этих сталей является выделение специальных карбидов ввысокотемпературной области, что приводит к понижению содержания углеродав матрице стали за счет его перехода в карбидную фазу.
В результатеобразующиеся структурные составляющие при распаде аустенита отличаютсяпониженным содержанием углерода. Все вышеотмеченное свидетельствует онеобходимости корректировки подходов при расчете эквивалента углерода.Определение критического значения эквивалента углерода при оценкесвариваемости сталей невозможно без анализа его взаимосвязи с показателями,характеризующими механические свойства металла сварных соединений,определяющими сопротивляемость образованию холодных трещин [58]. Вкачестве наиболее часто применяемого показателя используют предельнодопустимое значение твердости ОШУ ЗТВ, которое для сталей класса прочностиК60 принимается равным 325 HV, а для класса прочности К65-К70 – 350 HV [14].Расчет значения твердости металла в околошовном участке ЗТВ в работах[32, 38] предложено проводить с использованием следующей зависимости:HVmax = 90 + 1050C + 47Si + 75Mn + 30Ni + 31Cr(1.13)Указанная зависимость представляет собой преобразованное выражениедля расчета эквивалента углерода, в котором выделена начальная твердость25безуглеродистого нелегированного феррита, равная 90 НV, и коэффициентыэквивалентности, трансформированные исходя из вклада каждого легирующегоэлемента в прирост твердости.
Так, согласно указанной зависимости, увеличениеконцентрации углерода на каждые 0,01% приводит к приросту твердости на10,5 НV. Легирование 0,01% Mn обеспечит увеличение твердости на 0,75 HV.Принимаязначениеначальнойтвердостибезуглеродистогонелегированного α-железа (HVф) на уровне 90 - 100 HV [59] была, выполненаоценка взаимосвязи прироста эквивалента углерода и увеличения твердости.Величину прироста твердости (ΔHV) при увеличении Cэкв на каждые 0,01%определяли следующим образом:НV Используяпредельные( HVmax НVф )C экв 0,01%значения(1.14)эквивалентауглерода,регламентированные СТО Газпром 0,45 и 0,23 - для Сэкв и Рсм соответственно имаксимально допустимые значения твердости 350 HV и 325 HV былиопределены значения ΔНV.
Они составили 5,0-5,6 HV для Сэкв = 0,45% и 9,8 10,9 HV для Рсм = 0,23%.Следует учитывать также, что вклад каждого легирующего элемента вприрост эквивалента углерода и твердость по формулам разных источниковоценивается по-разному. Сопоставление полученных значений ΔНV икоэффициентов эквивалентности (Таблица 1.5) позволило оценить увеличениетвердости по различным легирующим элементам (ΔHVi) следующим образом:HVi HVmi(1.15)Результаты расчета для зависимостей (1.1 – 1.10), выполненные исходя иззначений Cэкв = 0,45%, Рсм= 0,23% и двух критических значений твердости350 HV и 325 HV, а также значений коэффициентов эквивалентности (Таблица1.5) представлены в Таблице 1.7.26Таблица 1.7.Значения прироста твердости металла ОШУ ЗТВ при легировании разнымиэлементами№зависимостидля расчетаэквивалентауглеродаПрирост твердости при увеличении содержания следующихлегирующих элементов на 0,01% (ΔHVi)MnSiCr1.11.21.31.41.51.61.71.81.91.100,931,390,930,351,110,930,930,350,280,540,230,230,790,220,361,111,111,110,240,281,110,280,560,541.11.21.31.41.51.61.71.81.91.100,831,250,830,311,000,830,830,310,250,490,210,210,710,200,331,001,001,000,220,251,000,250,500,49MoNi350 HV1,11 0,370,141,39 0,140,79 0,111,110,11 0,141,11 0,370,14 0,090,56 0,370,72 0,18325 HV1,00 0,330,131,25 0,130,71 0,101,000,10 0,131,00 0,330,13 0,080,50 0,330,65 0,16CuVNbTiB0,370,140,370,350,541,110,400,400,620,561,110,370,560,720,701,11-1,11-84,2454,350,330,130,330,310,491,000,360,360,560,501,000,330,500,650,631,00-1,00-75,7648,90Как видно результаты прироста твердости от увеличения концентрацииi-го легирующего элемента, полученные по разным формулам, отличаютсясущественнымразбросомзначений.Этоопределяетнеобходимостьконкретизации данных по приросту твердости применительно к узкой группесталей, относящихся к высокопрочным трубным сталям.27Оценка свариваемости сталей только с позиции анализа их химическогосостава через расчет эквивалента углерода имеет существенный недостаток,заключающийся в отсутствии учета технологических особенностей процессасварки, в частности скорости охлаждения.
В работах отечественных изарубежных исследователей [60, 61, 62, 63] были предприняты попытки связатьвыбор выражения для расчета значений эквивалента углерода с условиямиохлаждения при сварке. Например, в работе [60] отмечается, что хорошоизвестную формулу МИС (зависимость 1.1) рекомендуется применять для сталейс содержанием углерода выше 0,18% или при длительном охлаждении впроцессе сварки в интервале температур диффузионного распада аустенита(время охлаждения в интервале температур 800 – 500 °С (t8-5) не менее 12 с), тоесть при скорости охлаждения w8-5 не более 25 °С/с.Формулу из работы [64] (зависимость 1.10) целесообразно применять длясталей с содержанием углерода ниже 0,12% или при длительности охлажденияt8-5 менее 6 с, то есть w8-5 не менее 50 °С/с.В работе [61] предложена универсальная диаграмма для приближенногоопределения структуры околошовной зоны при сварке углеродистых инизколегированных сталей (без учета влияния микролегирующих добавок) отхимического состава и скорости охлаждения w8-5 (Рис.
1.6).Рис. 1.6. Структурная диаграмма для околошовной зоны углеродистых инизколегированных сталей28Исследованы стали с содержанием углерода в пределах 0,18 – 0,45%. Приэтом для учета влияния химического состава сталей на величину эквивалентауглерода использовалась формула МИС (зависимость 1.1).В работе [65] предложено уравнение для определения эквивалентауглерода, учитывающее длительность охлаждения металла при сварке Сэ(t):С э(t )SiMnCrNiMoC 37t 8/05,325 27,6t 8/05,325 18,5t 8/05,34 58,6t 8/05,345 19,8t 8/05,325b at 8 / 5 VCu 0 , 3234t 8/05,36 11t 8 / 5где t8-5 –, (1.16)длительность охлаждения в температурном интервале800-500 °С;а=0,39 и b=0,31 – коэффициенты при содержании С=0,11%.Принципиальное отличие общепринятой методики расчета эквивалентауглерода от Сэ(t) состоит в том, что в первом случае значение Сэкв всегдапревышает содержание углерода в стали, а во втором равенстве – Сэ(t)=С можетбыть получено лишь при полностью мартенситной структуре.
Во всех остальныхслучаях Сэ(t) < С. По существу, значение Сэ(t) характеризует убывающую, сувеличением t8-5 суммарную способность углерода и легирующих элементовупрочнять ЗТВ.Количество углерода, приводящее к получению мартенситной структуры,принято за точку отсчета. С увеличением длительности охлаждения эквивалентуглерода действует на закаливаемость слабее и даже присутствие легирующихэлементов, повышающих ее, не может обеспечить полной закалки. Этоотражается на твердости ЗТВ, которую можно определить по формуле:HV HVM C э( t )где HVм - твердость мартенсита;С – содержание углерода в стали,%.C,(1.17)29Из выражения следует, что твердость ЗТВ уменьшается с уменьшениемСэ(t) и, следовательно, изменяется структура металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
