Диссертация (1143676), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Установлены критические точки AС1 = 790°C иAС3=872°C.Рисунок 3.1 - ТКД распада переохлажденного аустенита 2,25Cr-1Mo-V стали.При исследовании макро- и микроструктуры сварногоустановлено,чтоосновнойметаллиЗТВобладаютсоединенияпреимущественномелкозернистой (размер зерна менее 50 мкм) структурой, что благоприятно дляобеспечения высоких требований к низкотемпературной работе удара исопротивления к хрупкому разрушению (рис.3.2).7372Рисунок 3.2 – Структура металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали.73Металлшвапредставленучасткамискрупнокристаллитнойимелкозернистой структурой.
Очевидно, что для получения высокого уровнянизкотемпературной работы удара и сопротивления к хрупкому разрушениютребуется выбрать режимы сварки, позволяющие получать наибольшее количествомелкозернистой структуры по отношению к крупнокристаллитной структуре.Кроме того, структура металл шва должна характеризоваться равномернымраспределением карбидов без грубых выделений по границам зерен/кристаллитов.Для получения необходимой структуры металла шва в данной работеварьировался температурный режим сварки, характеризуемый тепловложением итемпературой предварительного и сопутствующего подогрева (далее - подогрев).
Сучетом литературных данных по изготовлению сварных соединений из2,25Cr-1Mo-V стали способом АФ и собственного опыта сварки подобнойхромомолибденовой стали для исследования был выбран диапазон погоннойэнергии от 17 до 28 кДж/см и диапазон температур подогрева от 20 до 300°С.Опытные сварные соединения выполняли многопроходным однодуговымспособом на прямом токе обратной полярности проволокой диаметром 4 мм подкерамическим флюсом с получением наплавленного металла типа 2,25Cr-1Mo-V.Для опытных сварных соединений использовали планки толщиной 25-30 мм излистового проката 2,25Cr-1Mo-V стали.
Типичный химический состав основногометалла и металла шва исследуемых сварных соединений представлен в таблицах2.1 и 2.2.Было изготовлено пять опытных сварных соединений. Металл шва каждойимел удовлетворительное качество сплавления валиков между собой и с кромкой(рис.3.3). Структура ЗТВ во всем исследуемом диапазоне q/V от 17 до 28 кДж/сммелкозернистая, что предполагает ее высокий уровень работы удара исопротивления хрупкому разрушению.
Исследованием макро и микроструктурыметалла сварных соединений, выполненных по пяти режимам, установленоразличное содержание участков мелкозернистой структуры в металле шва(рис.3.3).74Рисунок 3.3 – Влияние погонной энергии сварки на объемное содержаниераспавшегося аустенита с размером зерна менее 50 мкм в структуре металла шва.Как видно из зависимости на рисунке 3.3, максимальное количествомелкозернистой (с размером зерна не более 50 мкм) структуры в объеме до 60 % вметалле шва образуется при сварке с q/V≈23 кДж/см. При этом обеспечиваетсянаиболее высокий уровень работы удара металла шва 35,8 Дж (после отпуска порежиму 675°С – 5 ч), который, однако, ниже требуемых служебных свойств (неменее 55 Дж), что указывает на необходимость увеличения температурновременных параметров послесварочного отпуска.Также на рисунке 3.3 видно, что снижение погонной энергии сварки до17-20 кДж/см приводит к уменьшению количества подводимого тепла и, какследствие,куменьшениюобъемаметаллашва,подвергающегосяперекристаллизации, и к уменьшению уровня работы удара до 22,2-27,6 Дж.Повышение погонной энергии до 26-28 кДж/см приводит к увеличению объеманаплавляемого за проход металла, а значит, к увеличению объема неблагоприятнойлитой структуры и размера дендритов и к снижению работы удара металла шва до15,8-26,1 Дж.Для определения влияния температуры предварительного и сопутствующегоподогрева во время сварки на свойства сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vисследовано пять проб, выполненных с подогревом в диапазоне от 20 до 300°С.75Микроструктура и уровень твердости металла этих сварных соединенийпредставлены на рис.3.4.
В результате исследования влияния температурыподогрева на свойства металла шва и ЗТВ сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V сталиустановлено, что структура металла шва, выполненного без подогрева (~20°С),состоит полностью из нижнего бейнита с выраженным игольчатым строением, чтоуказывает на ее высокую склонность к хрупкому разрушению при воздействииводорода [5]. Требуемая структура бейнита с равномерным распределениемкарбидов в металле шва и ЗТВ обеспечивается при сварке с подогревом 200-250°С(рис.3.4).
При этом обеспечивается твердость 252-265 HV10 в металле шва и267-278 HV10 в ЗТВ (после отпуска по режиму 675°С – 5 ч), которая превышаеттребования к служебным свойствам (не более 248 HV10), что указывает нанеобходимость увеличения температуры подогрева при сварке или температуры ипродолжительности послесварочного отпуска. Увеличение подогрева до 300°С неприводит к достаточному снижению твердости (в металле шва 239 HV10 и в ЗТВ256 HV10), однако, способствует увеличению количества и размеров карбидов,выделяющихся по границам зерен и кристаллитов и увеличивающих охрупчиваниеэтих границ.Таким образом, для формирования металла шва и ЗТВ со структурой бейнитас равномерным распределением карбидов и с высоким (~60%) содержаниеммелкозернистой структуры, при которой возможно обеспечение всего комплексатребований, необходимо использовать следующий тепловой режим сварки:- погонная энергия q/V≈23 кДж/см;- температура подогрева 200÷250°С.Также установлено, что послесварочный отпуск по режиму 675°С – 5 ч непозволяет обеспечить требуемые служебные свойства сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали.Данный тепловой режим сварки был использован для изготовления опытныхсварных соединений при выполнении дальнейших исследований.7276Рисунок 3.4 - Микроструктура и твердость металла шва и ЗТВ в зависимости от температуры подогрева при сварке.773.2 Исследование влияния температуры послесварочного отпуска наформирование структуры металла шваМикроструктура металла шва в значительной степени определяет егоосновные свойства.
На основании сведений о микроструктуре металла шва,изменениях, происходящих в нем при нагреве и выдержке при различныхтемпературах, можно определить приемлемость той или иной термическойобработки и прогнозировать уровень свойств металла сварного соединения.Исследование выполнено на металле шва сварного соединения АФ сталиSA-336M F22V системы легирования 2,25Cr-1Mo-V. Непосредственно послесварки сварное соединение было подвергнуто низкотемпературной термическойобработке при температуре 350°C в течение 7,0 ч для удаления ДПВ. Послеохлаждения до комнатной температуры оно было разделено на 8 частеймеханическим способом, затем каждую часть подвергли дополнительнойтермической обработке по различным режимам, приведенным в таблице 3.1.Исследование микроструктуры металла шва в каждом из термических состояний,представленных в таблице 3.1 вместе со значением PLM, производилось напоперечных микрошлифах после травления в 4% растворе азотной кислоты приувеличениях 100÷1000 крат.Таблица 3.1 – Режимы послесварочной термической обработки частей пробы.№режима12345678НаПараметры термической обработки(скорость нагрева/охлаждения не более 50 °С)-650°С – 4 ч680°C – 4 ч700°C – 8 ч710°C – 8 ч730°C – 8 ч760°C – 2 ч760°C – 8 ч350°С - 7 чрисунке3.5приведенамикроструктураPLM13,019,019,620,320,521,021,021,6металлашвапосленизкотемпературной термической обработки по режиму 350°С – 7,0 ч.
Онапредставлена бейнитом различной морфологии. В крупнокристаллитных участках78границы зерен и дендритов тонкие, выделения карбидов мелкодисперсные. Вперекристаллизованныхучастках,которыеподверглисьзначительномувоздействию температуры при выполнении последующих валиков, наблюдаютсяукрупненные единичные сферические карбиды. Так как температура термическойобработки невысока, представленную на рисунке 3.5 микроструктуру следуетсчитать соответствующей металлу шва в состоянии после сварки.а)х500б)х500Рисунок 3.5 – Микроструктура крупнокристаллитной (а) и мелкозернистой (б)части металла шва после термической обработки 350°C – 7,0 ч.Последующий отпуск по режиму 650°С – 4 ч приводит к заметномувыделению карбидов из твердого раствора, то есть к увеличению их общегоколичества и их коагуляции, металл шва приобретает структуру отпущенногобейнита (рис.3.6 и 3.7).
Дальнейшее повышение температуры отпуска до680 - 730°C приводит к постепенному укрупнению отдельных карбидов и кувеличению их общего количества (рис.3.7-3.9). Увеличение размеров карбидов(коагуляция) из-за снижения их суммарной поверхности может снизить уровенькратковременной и длительной прочности, а также твердости [115].79а)х500б)х500Рисунок 3.6 - Микроструктура крупнокристаллитной (а) и мелкозернистой (б)части металла шва после термической обработки 350°C – 7,0 ч + 650°C – 4,0 ч.Рисунок 3.7 – Зависимость объемного содержания карбидной фазы и среднегодиаметра карбидов в зависимости от параметра отпуска PLM.80а)х500б)х500Рисунок 3.8 - Микроструктура крупнокристаллитной (а) и мелкозернистой (б)части металла шва после термической обработки 350°C – 7,0 ч +700°C – 8,0 ч.а)х500б)х500Рисунок 3.9 - Микроструктура крупнокристаллитной (а) и мелкозернистой (б)части металла шва после термической обработки 350°C – 7,0 ч + 730°C – 8,0 ч.Увеличение температуры отпуска до 760°C приводит к значительномуперераспределению карбидов и к их трансформации (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
