Диссертация (1143676), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Известно, что высокому уровнютвердости соответствуют такие структуры как нижний бейнит, наличие которыхувеличивают склонность сварного соединения к образованию холодных трещинпод действием водорода. Уровень твердости не более 350 HV свидетельствует оботсутствии в металле сварного соединения конструкционной стали хрупкихструктур, склонных к образованию холодных трещин [5].
Однако, эмпирическимпутем установлено, что для получения высоких эксплуатационных свойствкорпусов реакторов из 2,25Cr-1Mo-V стали и гарантированного отсутствияхрупких структур нижнего бейнита в металле сварного соединения, необходимообеспечить уровень твердости сварных соединений не более 248 HV в металлешва, ЗТВ и в прилегающем основном металле. Это требование внесено во всетиповые спецификации на изготовление корпусов современных нефтехимическихреакторов.Изменения уровня твердости сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V сталиоценивали в состоянии после сварки и после проведения отпусков притемпературах от 350°С до 710°С различной продолжительности.
Результатыопределения твердости представлены в таблице 3.5 и отображены на рисунке 3.12.На рисунке 3.12 также показано типовое требование к уровню твердости (не более248 HV) и принятый уровень твердости для оценки наличия хрупких структур вметалле сварных соединений– не более 350 HV.90Таблица 3.5 – Значения твердости по сечению сварного соединения стали SA-336M F22V после различных послесварочныхотпусков.Послесварочная термическая обработкаРежимPLMМесто замераТвёрдость по методу Виккерса, HV10ОМЗТВМШЗТВОМ16,26,22,21,20,22,0центр2,00,21,22,26,216,2246245235240234254239235216224218207250246230241229247237230213222220211290296278323252375326256345214192188321346290370328382327315344245220215379384333378386387330302330263230223376378341360332374366330329319270242221356389350360365340364281327323252239231353398396356356330374311325309279241220350397397360377383335337326264229222330360331348360348327328319234226202281278275325303337326284315232201187240233253237228239239231225224215204235234246234227242238233230220216204– 7,0 ч (НДТО)13,0НДТО+ 620°С– 4,0 ч18,4НДТО+ 660°С– 4,5 ч19,3– 4,0 чНДТО+695°С – 8,0 чНДТО+695°С – 10,0 чНДТО+710°С – 5,0 чНДТО+700°С – 8,0 чНДТО+700°С – 8,5 ч19,620,220,3верхняя поверхность1/2 толщинынижняя поверхностьверхняя поверхность1/2 толщинынижняя поверхность1/2 толщиныверхняя поверхность1/2 толщинынижняя поверхность1/2 толщины1/2 толщины1/2 толщины20,320,320,41/2 толщины1/2 толщины1/2 толщины19020520319720720319719018921921319922322121122823621622922821722523221721922820821521020720219819120020119120220720320,5верхняя поверхность1/2 толщинынижняя поверхность1/2 толщины18318818918918418518419520820720818520921020820321021020820721221221020920921221221621021321021320521021021120720920921120720620820518618618719718718819019620,61/2 толщины183188184197199211211208211199184190188После сварки350°С0НДТО+680°СНДТО+705°С– 8,0 ч– 7,0 чНДТО+710°С – 9,0 чНДТО + 710°С20,490Расстояние отзоны сплавления9191Рисунок 3.12 – Твердость различных зон сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали в различных термических состояниях.92В результате исследований установлено, что в состоянии после сварки (дотермической обработки) уровень твёрдости сварного соединения составил:- в металле шва от 341 до 398 HV;- в металле ЗТВ от 275 до 397 HV;- в основном металле от 230 до 250 HV10.Высокие значения твердости в металле шва (до 398 HV10) и ЗТВ (до397 HV10) непосредственно после сварки указывают на наличие в этих зонахсварного соединения хрупких структур, склонных к трещинообразованию.
Приэтом исходный уровень твердости основного металла достаточно низок и непревышает 250 HV10.После низкотемпературной термической обработки, выполненной при350°С продолжительностью 7,0 ч непосредственно после сварки, уровеньтвёрдости сварного соединения составил:- в металле шва от 330 до 374 HV;- в металле ЗТВ от 325 до 387 HV;- в основном металле от 227 до 240 HV10.Видно, что твердость металла шва (до 374 HV10) и ЗТВ (до 387 HV10) посленизкотемпературной термической обработки имеет весьма высокие значения,близкие к твердости металла шва и ЗТВ после сварки, что соответствует хрупкимструктурам типа структур закалки, склонным к трещинообразованию вприсутствии водорода. Уровень твердости термоулучшенного основного металлане превышает 240 HV10.
Эти данные предполагают большую вероятностьобразования трещин именно в металле шва или ЗТВ, где твердость превышаеткритический уровень 350 HV10. Таким образом, низкотемпературная термическаяобработка сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали непосредственно послесварки по режиму 350°С – 7,0 ч, применяемая для удаления водорода, неоказывает существенного влияния на снижение твердости.
Последующий отпускпри 620°С – 4,0 ч (PLM = 18,4) также не приводит к значительному снижениюуровня твердости металла шва (364-374 HV10), однако, в отличие от отпуска при93350°С, он должен положительно влиять на уменьшение общего уровнянапряжений в сварном соединении.Для снижения твердости ниже критического значения 350 HV10 иподтверждения отсутствия хрупких структур в металле сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали, параметр PLM должен быть не менее 19,20, что соответствуетотпуску при 660°С не менее 4 ч (рис. 3.12).Увеличение температуры отпуска от 660 до 680°С приводит к болеезначительному снижению уровня твердости после выдержки 4 часа, а именно:твердость в металле шва снижается до 279 HV10, в ЗТВ – до 264 HV10.Минимальнаяпродолжительностьотпускапри680°С,соответствующаяPLM > 19,20, должна составлять не менее 1,5 часа для эффективного отпускахрупких структур закалки и обеспечения достаточной трещиностойкостисварного соединения.Тем не менее, отпуск по режиму 680°С – 4,0 ч не позволяет достичьтребуемого для бездефектной эксплуатации уровня твердости сварногосоединения – не более 248 HV10.
Для более значительного снижения твердости,без чрезмерного увеличения продолжительности отпуска, были опробованытермические обработки с увеличенной температурой выдержки.В соответствии с графическим представлением зависимости «параметротпуска PLM - твердость» для обеспечения твердости сварных соединений2,25Cr-1Mo-Vсталиниже248 HV10необходимовыполнитьотпускспараметром PLM > 20,15, что соответствует отпуску при 695°С с минимальнойпродолжительностью 6,5 ч (рис.3.12). Реализация опытного режима отпуска притемпературе 695°С с продолжительностью выдержки 8 часов показала, чтотвердость металла сварного соединения достигает 242 HV10, что близко кпредельно допустимым значениям, а значит, не позволит получать стабильныйрезультат при промышленном применении. Для получения стабильного уровнятвердости сварных соединений не более 248 HV10 необходимо увеличитьпродолжительностьотпускадо10-12часов.Однако,увеличение94продолжительности выдержки нежелательно, так как это приводит к большейзагрузке термических печей, которые зачастую являются «узким местом» впроизводственной цепочке производства корпусов реакторов.
Кроме того, послеотпуска 695°С – 8,0 ч перепад твердости по сечению сварного соединениядостигает 50 HV10, что указывает на нежелательную неравномерностьхарактеристик прочности. Поэтому, исходя из практических соображений,целесообразноувеличиватьнепродолжительность,атемпературуокончательного послесварочного отпуска.Опробование отпуска при температуре 700°С – 8,0 ч показало, что он нетолько более эффективно, чем отпуск при 695°С – 8,0 ч, снижает уровеньтвердости сварного соединения (до не более 236 HV10), но и обеспечиваетменьший перепад твердости по сечению сварного соединения - 38 HV10.
Такимобразом, достаточным для обеспечения требуемого уровня твердости сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали (не более 248 HV10) является режим отпуска700°С – 8,0 ч, соответствующий PLM не менее 20,3.Проведение термической обработки по режиму 705°С – 8,0 ч позволяетдостичь большего снижения уровня твердости сварного соединения, чем послеотпуска 700°С – 8,0 ч, а именно:- в металле шва от 209 до 213 HV10;- в металле ЗТВ от 205 до 210 HV10;- в основном металле от 183 до 190 HV10.При этом твердость по сечению сварного соединения распределенадостаточно равномерно, перепад значений не превышает 23 HV10.
Достаточнонизкий и равномерный уровень твердости по сечению сварного соединенияпозволяетсчитатьотпуск705°Спродолжительностью8,0 чнаиболееприемлемым с точки зрения обеспечения достаточного отпуска послесварочныххрупких (твердых) структур, трещиностойкости и равномерности характеристикпрочности сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали.95Последальнейшегоповышениятемпературыокончательногопослесварочного отпуска и термической обработки сварного соединения порежиму 710°С – 5,0 ч твердость металла шва и ЗТВ снижается до уровня менее229 HV10, что удовлетворяет типичным требованиям к эксплуатационнымсвойствам не более 248 HV10.
Увеличение выдержки при температуре 710°C до9 часов позволяет снизить уровень твердости сварного соединения до не более211 HV10 и обеспечить еще более низкий перепад твердости по сечению сварногосоединения до не более 28 HV10.Таким образом, в результате исследования установлено, что проведениенизкотемпературной термической обработки сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vстали при температуре 350°С или отпуска при 620°С не позволяет обеспечитьотсутствие хрупких структур в металле шва и в ЗТВ, и твердость сварногосоединения остается на высоком уровне, соответствующем состоянию послесварки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
