Диссертация (1026149), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В зоне сплавления регулярнонаблюдаются тонкие ферритные прослойки, состоящие из отдельных зѐрен(Рисунок 4.12 г), и дислоцирующиеся по границам аустенитных зѐрен. Ферритсформировался после сварки в ОМ в процессе кристаллизации прилегающего клинии сплавления металла шва (Рисунок 4.13).Рисунок 4.13. Панорама сварного соединения из УВРВ, днище № 8ОМ – основной металл, ЗС – зона сплавления, ЛС – линия сплавления112На границах перегретого аустенитного зерна присутствует повреждаемостьв местах выделения доэвтектоидного феррита.
Наиболее сильная повреждаемостьотмечается вдоль линии сплавления (Рисунок 4.13)в зонах обнаружениямакротрещин по результатам заводского контроля.4.3. Исследование неметаллических включений в подплавленияхИсследования проводились по разработанной методике, п. 2.4.1, иподробно изложенной в [133]. На рисунке 4.14 приведѐн вид одной и той жереплики с излома в колоннах электронного и растрового микроскопов.а)в)б)г)Рисунок 4.14. Точный анализ неметаллических включений в Fe - C матрицеа) реплика, электролит 5 % H2SO4 в С2Н5ОН, включения разрушены ивыкрошились, ПЭМ, х1500, б) реплика, трилон – Б, ПЭМ, х2000в) вид реплики в колонне МРСА, х20, г) то же, МРСА х2000ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопияМРСА – микрорентгеноспектральный анализВключения типа силикатных стѐкол, других типов окислов, имеющиевысокую температуру плавления и сформировавшиеся на металлургической113стадии, как правило, при дальнейших технологических переделах - обработкедавлением, сварке, термообработке - могут трансформироваться, но практическине меняют свой состав.
Сульфидные включения в металлической матрице принагреве крупногабаритных изделий под ковку, при сварке в зоне термическоговлияния, растворяются и могут повторно выделяться на границах аустенитныхзѐрен в виде мелких включений или пленок, приводя к резкому ухудшениюпластических свойств и ударной вязкости [134] и дефектообразованию: перегревили пережог в основном металле [135], надрывы в околошовной зоне сварныхсоединений [38].Химический состав сульфидов обычно исследуют на микрошлифахметодом микрорентгеноспектрального анализа или в анодном осадке послеэлектролитического растворения матрицы [136], но точность этих методик падаетс уменьшением размера анализируемых частиц.В настоящей работе представлен метод рентгеновского микроанализасульфидных включений на установке «Camebax», экстрагированных с поверхности излома в угольную реплику.Напыление угольной реплики в данном случае производили прицельно научасток излома площадью 2x2 мм.
Для изучения брали участок излома потрещине, включающей подплавление на линии сплавления (Рисунок 4.12, г).Одну половину образца использовали для просмотра в стерео - и растровомэлектронном (РЭМ) микроскопах, другую - для напыления и отделения реплики,анализируемой в просвечивающем (ПЭМ) или РЭМ.При анализе в ПЭМ реплик, снятых с дефектных участоков, обнаружены: взоне, соответствующей подплавлению, большое число округлых и огранѐнныхвключений размером до 3-х мкм, непрозрачных для электронов. Наряду с нимиприсутствуют плоские включения того же размера, имеющие дендритноестроение[137].Плоскиедаютэлектроннограмму,однозначноидентифицированную как Ме23С6.
Рентгеновский микроанализ в РЭМ этихвключений показал, что в них в равных количествах присутствуют хром и железо,частично молибден, а также небольшое количество марганца и серы (Таблица 11).114Установлено, что включения, типа мелких карбидов и сульфидов, слабоотличимые по контрасту в ПЭМ, в РЭМ хорошо различаются (Рисунок 4.14).Таблица 11.Химический состав неметаллических включений в очаге разрушения.Излом по трещине вдоль линии сплавления, днище № 8МесторасположениявключенийПодплавлениеКвазихрупкиймежзѐренныйизломВязкий изломСодержание элементов, % вес.ФормавключенийFeMnCrSMoОкруглыеБесформенныеПлѐночныеОкруглыеБесформенныеПлѐночныеОкруглые1-31-230-390-20-129-360-249-626-102-450-646-110-258-631-640-4732-491-739-4732-440-232-3831-391-333-3732-380-235-371-31-25-200-11-27-230В зоне вязкого межзѐренного излома, прилегающей к подплавлению,присутствуют включения тех же типов, формы и состава: округлые - на основемарганца и неправильной формы - на основе хрома.
Последние, как установлено вданном исследовании, - хрупкие и, вследствие деформации матрицы, растрескиваются [137].В зоне перехода от подплавления к вязкому межзѐренному излому частьсульфидов выстраивается в строчку (Рисунок 4. 15).Рисунок 4.15. Строчки сульфидных включений (указаны стрелками)в зоне подплавления (А) и вязкого межзѐренного излома (Б), МРСА, х1375115На углеродных репликах с излома удалось установить, что в сульфидахстали 15Х2НМФА в очагах разрушения, расположенных на линии сплавленияшва, выполненного электрошлаковой сваркой, обнаружены тонкие, хрупкиежелезохромистые сульфиды, в которых только в весьма малом количествеприсутствует марганец (Таблица 11). Плѐны железохромистых сульфидовтопографически резко отличаются от округлых сульфидов марганца.
Такиеособенности не выявляются ни методами анализа сульфидов в анодном осадке, ниих прямой микрорентгеноспектральный анализ в изломах.Применение данной методики и анализ сродства ряда химическихэлементов по отношению к сере [129] позволили сделать вывод об опасностинизкого соотношения [Mn]/[S] < 30 для толстолистовых заготовок из стали15Х2НМФА и причинах ослабления границ аустенитных зѐрен после сварки.4.4.
Выводы главы 41. Экспериментально подтверждено наличие двух типов дефектности в зонесплавления электрошлаковых сварных соединений из вакуумированного металластали 15Х2НМФА:- скопления несплошностей протяжѐнностью 0,2…1,0 мм (иногда до 3…4мм) со стороны основного металла;- макротрещины тѐплого происхождения, вызванные термическиминапряжениями, возникающими от сварки и привключении нагревательныхэлементов установки местного нагрева сварочного стенда.2. Установлено, что при скоростях деформации в зоне сплавления порядка≈ 10-3… 10-5 с-1 аустенитные границы на глубину 1,5 – 2 зернаот линиисплавленияявляютсяввакуумированныйметаллстали15Х2НМФАтехнологическим концентраторами напряжений в области температур 800…9000С, которые могут приводить к образованию тѐплых трещин при исчерпаниидеформационного ресурса аустенита.3.
Многочисленными исследованиями подтверждаются факты возникновения тѐплых трещин в сварных соединениях из вакуумированной стали вдоль116линиисплавленияизстали15Х2НМФАпопричинееѐповышеннойповреждаемости, как при сварке, так и при последующих термообработках.4. Экспериментально определены структурные признаки, сопровождающиетѐплые трещины:- декорированные вторичными неметаллическими включениями на глубину1,5-2 зерна от линии сплавления аустенитные границы со стороны ОМ;- наличие зѐренного феррита деформационного происхождения набольшеугловых границах перегретого аустенитного зерна, имеющих пониженнуютрещиностойкость.5.
Установлено, что наряду со вторичными сульфидами марганца практическистехиометрическогосостава,визломахприсутствуютхрупкиехромомарганцевые и плѐнообразные железохромистые сульфиды, что вызванонизким соотношением [Mn]/[S] < 30.6. Наличие в зоне разрушения «посторонних» сульфидов с учѐтом болеенизкого сродства к сере Cr и Fe по сравнению с Mn однозначно подтверждаетнеобходимость повышения содержания Mn в вакуумированной стали до верхнегомарочного предела.117ГЛАВА 5.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТДЦС ПРИ ЭШСОПЫТНО - ШТАТНОЙ КАРТЫВлияние предварительного подогрева, а также процесса сварки на напряжѐннодеформированное состояние сварного соединения исследовалось нанатурной модели (Рисунок 2.1), практически совпадающей по размерам соштатными картами для ЭШС заготовок реакторных днищ.СтенддляЭШСоснащѐннагревательнымиэлементамидляпредварительного и сопутствующего подогрева трудносвариваемых сталей.
НаРисунке 5.1 приведен внешний вид нагревательной панели фирмы Hitachi KokusaiElectric.Рисунок 5.1. Нагревательная панель фирмы Hitachi Kokusai ElectricКаждый из листов карты имеет по два пояса нагревателей: боковой поз.1(Рисунок 2.1) и центральный поз.2. В состав бокового пояса входят восемьвертикально расположенных нагревателей на всю высоту листа. Эти нагревателимогут включаться и отключаться только одновременно. Центральный пояссостоит из двенадцати нагревателей, сгруппированных в четыре зоны по тринагревателя (Рисунок 2.1).
Каждая зона может включаться автономно, можетварьироваться количество одновременно включенных (отключенных) зон.Наличие таких гибко управляемых поясов нагрева повышает технологическиевозможности сварочного стенда. С другой стороны, включение/отключениенагревательных панелей в процессе сварки приводит к принудительному118формоизменению зазора.Влитературеотсутствуютданныеовлияниирегулируемых схем предварительного и сопутствующего нагрева на поведениесварочного зазора при ЭШС.Поэтому, на первом этапе исследований, передсваркой, изучали положение кромок разделки стыка по величине зазора карты взависимости от различных вариантов включения/отключения нагревательныхэлементов.5.1. Влияние регулируемого подогрева на формоизменение зазораОпытную карту под сварку собирали по штатной технологии, состоящей изследующих основных операций:- фрезерование кромок под сварку каждого из листов заготовки, разделка –стыковая без скоса кромок;- сборка листов в горизонтальном положении с клинообразным зазором навсю длину карты из расчѐта равномерного расширения зазора на 2,5 мм напогонный метр стыка.
Нижнее значение зазора в клине – 24 мм (Рисунок 2.1), аверхнее – 48 мм, длина свариваемого стыка – 5780 мм.- сборка листовой сборки РДС на скобы жѐсткости поз.4 (Рисунок 2.1), вколичестве шести, расстояние между скобами – 1000 мм;- приварка кармана поз.8, выводных планок поз.5;- установка карты в вертикальное положение на неподвижные опорыпоз.10, расстояние между опорами 2200 мм;- позиционирование и закрепление нагревательных поясов: центральныйпоз.2 - на расстоянии 665 мм от осевой линии зазора, боковой поз.1 - ещѐ на 1250мм дальше (Рисунок 2.1). Воздушный промежуток между излучающимиповерхностями нагревательных панелей и картой составлял 30…50 мм.При нагреве собранной карты только центральными поясами нагревательных элементов разделка принимает Х-образнуто форму по высоте стыка, Рисунок5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
