Диссертация (1143676), страница 15
Текст из файла (страница 15)
На основании полученных данных можно рекомендовать избегатьвыполнения различных технологических операций, связанных с возникновениемдополнительных напряжений, на сварных заготовках корпусов реакторов из2,25Cr-1Mo-V стали после отпуска при температуре ниже 620°С.Отсутствие в металле шва и ЗТВ хрупких структур с твердостью выше350 HV10 обеспечивается при PLM ≥ 19,20, в том числе после выдержки притемпературе 660°С и 680°С в течение 4,0 ч – 4,5 ч. Данные режимы отпусковследует рассмотреть в качестве промежуточных отпусков, так как они позволяютснизить количество хрупких структур, склонных к образованию трещин поддействием водорода.Гарантированное получение требуемого и равномерного уровня твердостине более 248 HV10 возможно при проведении высоких послесварочных отпусков,температура и продолжительность которых превышают 20,3 PLM.
На основанииполученных данных, в качестве высокого отпуска, формирующего окончательныесвойства сварного соединения, следует опробовать термическую обработку притемпературе в диапазоне 700 ÷ 710°С с выдержкой не менее 8 часов.963.5 Исследование изменения характеристик прочности металла шва подвлиянием послесварочных отпусков различной температуры ипродолжительностиИзвестно, что увеличение температуры и продолжительности отпускаприводит, как правило, к снижению характеристик прочности и повышению вязкихи пластических свойств, которые определяют технологические (в процессепроизводства) и эксплуатационные свойства металлоконструкции (смотриГлаву 1). Поэтому для разработки режимов послесварочной термическойобработки необходимо определить влияние их режимов на характеристикипрочности металла шва. Основным критерием приемлемости выбранных режимовтермической обработки сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали являетсяобеспечение типичных технических требований после отпусков минимальной имаксимальной продолжительности, предъявляемых к этим материалам длянадежной эксплуатации изготовленных из них металлоконструкций.
Типичныетехнические требования по характеристикам прочности и пластичности сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали взяты из типовых спецификаций на современныесосуды давления для нефтехимии и представлены в таблице 3.6.Для исследования влияния параметров послесварочного отпуска нахарактеристики прочности металла шва было использовано кольцевое сварноесоединение, изготовленное в натуральную величину, которое после сварки былоразделено на части, каждая из которых подверглась послесварочной термическойобработке по различным режимам. Режимы термической обработки заготовок ирезультаты испытаний на статическое растяжение металла шва при температурах20 и 454°С приведены в таблице 3.6 и графически представлены на рисунке 3.13.97Таблица 3.6 – Результаты испытаний на статическое растяжение металла шва типа 2,25Cr-1Mo-V после различных видовпослесварочной термической обработки.Режим термической обработкиОсновной исварочныематериалыA, %Z, %454°СRm,МПаТипичные требованияРежимбез ТО350°C – 7,0 ч660°С – 2,0 ч660°С – 4,0 ч680°С – 2,0 ч680°С – 4,0 ч680°С – 6,0 ч660°C – 4,5 ч705°C – 8,0 ч650°C – 25,5 ч705°C – 24,0 ч655°C – 27,5 ч705°C – 33,5 чPLM585-760415-620≥ 18≥ 45≥ 456013,018,919,219,419,619,81160115010009659158608551025111092590583579578515,017,717,014,718,015,416,954576165616566--820-740---20,572060020,56557521,066056525,06652521,161149325,07247297Типа2,25Cr-1Mo-VRm,МПа20°СRp0,2,МПаПримечания: Образцы для испытания на растяжение вырезали вдоль шва в средней трети по высоте сварного соединения.
Для испытанийиспользованы полноразмерные образцы ASTM A370 с рабочей частью 60 мм×Ø 12,5 мм. Испытания проводили в соответствии с методикойASTM E8 (комнатная температура) и Е21 (повышенная температура 454°С) на испытательных машинах фирмы «Instron». Представленысредние значения испытания трех образцов.9898Рисунок 3.13 – Графическое представление зависимости предела прочности и предела текучести металла шва сварныхсоединений 2,25Cr- 1Mo-V стали от температурно-временных параметров отпуска.
Tисп = 20°С.99В результате исследований установлено, что в состоянии после сварки (безтермической обработки) металл шва 2,25Cr-1Mo-V типа имеет высокие значенияпредела прочности (1160 МПа) и предела текучести (1025 МПа) и низкиехарактеристики пластичности при комнатной температуре, что указывает наналичие неотпущенных твердых структур. Проведение низкотемпературногоотпуска 350°C – 7,0 ч не приводит к снижению предела прочности, напротив,происходит неблагоприятное с точки зрения стойкости к хрупкому разрушениюповышение предела текучести до 1110 МПа, вероятно, из-за увеличенияколичества карбидов типа М3С.
При дальнейшем увеличении температуры отпускадо 660 - 710°С и продолжительности выдержки, соответствующих параметруотпуска PLM от 18,9 до 21,1, наблюдается постепенное снижение уровня пределапрочности и предела текучести металла шва и увеличение относительногоудлинения и сужения.Также установлено снижение предела прочности металла шва на 150 МПапосле проведения отпуска в течение 2 часов при температуре 660°С по сравнениюс металлом, отпущенным при 350°С. Увеличение продолжительности отпуска при660°С до 4 часов позволяет снизить предел прочности металла шва еще на 35 МПа.Таким образом, проведение послесварочного отпуска после сварки по режиму660°С – 2,0 часа предпочтительнее низкотемпературной термической обработкипри 350°С с точки зрения снижения уровня прочности металла шва, а значитповышения его трещиностойкости. Более эффективное снижение прочностиметалла шва происходит при повышении температуры отпуска до 680°С.Выдержка в течение двух часов при температуре 680°С позволяет существенноснизить прочность металла шва на 245 МПа по сравнению с состоянием послесварки.
Увеличение продолжительности отпуска при 680°С до 4 и 6 часовпозволяет снизить прочность еще на 55 и 60 МПа соответственно. Менеезначительное снижение прочности после увеличения продолжительности отпускапоказывает, что основные превращения, в том числе растворение карбидов М3C иобразование более стабильных карбидов типа MC, M2C в стали данной системылегирования происходят в первые 2 часа высокого отпуска, и дальнейшая100выдержка менее эффективна. Снижение прочности более чем на 150 МПа послеотпусков при температурах 660 и 680°C позволяет говорить об их эффективностипри использовании в качестве промежуточных послесварочных отпусков.Как видно из графика на рисунке 3.13, для обеспечения предела прочностисварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали не более 760 МПа послесварочныйотпуск должен соответствовать PLM более 20,3, для обеспечения предела текучестине более 620 МПа - PLM более 20,4, что соответствует послесварочной термическойобработке при температуре 705°C продолжительностью не менее 8,0 ч.
Поэтомуотпуск по режиму 705°C - 8,0 ч послужил базой для расчета максимальнойпродолжительности послесварочного отпуска сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vстали.Впроцессеизготовлениякорпусареакторамаксимальнаяпродолжительность окончательной послесварочной термической обработкисоставит для корпусов из кованых обечаек минимум 24 часа, для корпусов излистовых заготовок минимум 32 часа. Как видно из таблицы 3.6, металл шва,подвергнутый отпуску 705°C продолжительностью 24 и 32 часа (PLM = 20,9 и 21,0соответственно), удовлетворяет типичным требованиям к характеристикампрочности, в том числе и по пределу прочности при повышенной температуреиспытаний 454°C. Как видно из графика на рисунке 3.13, максимальноевоздействиевысокихпослесварочныхотпусковнасварныесоединения2,25Cr-1Mo-V стали не должно превышать PLM = 21,1, то есть общаяпродолжительность послесварочного отпуска при температуре 705°C не должнабыть более 37 ч.Таким образом, для гарантированного получения требуемого уровняхарактеристик прочности и пластичности металла шва сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали необходимо выполнять окончательный послесварочныйотпуск при температуре 705°C продолжительностью не менее 8 часов и не более37 часов, что соответствует диапазону PLM = 20,4 ÷ 21,1.Использование для сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали в качествепромежуточного (технологического) отпуска низкотемпературной термическойобработки с температурой выдержки 350°C для уменьшения уровня прочности не101применимо.
Для снижения уровня прочности и придания технологичности металлушва следует выполнять промежуточный (технологический) отпуск с температуройвыдержки не ниже 660°C и продолжительностью не менее 2 часов, то есть с PLM неменее 18,9. Использование промежуточного отпуска большей продолжительностиили с большей температурой выдержки до 680°C предпочтительней с точки зренияповышения технологичности сварных соединений, но необходимо учитыватьвклад промежуточных отпусков при высоких температурах и продолжительныхвыдержках в общую «степень отпуска» через параметр отпуска PLM. Например, припересчете с помощью параметра отпуска, один отпуск 660 °C – 4,0 часасоответствует по степени влияния на окончательные свойства отпуску при 705°Cпродолжительностью 27 минут, а отпуск 680°C – 4,0 часа соответствует отпускупри 705°C в течение 1 часа 12 минут.
На некоторые сварные швы реактора, из-заособенностей изготовления корпуса, может приходиться до 10 - 12 промежуточныхотпусков, что, несомненно, скажется на окончательных свойствах металла данногошва. Полученные в ходе исследования данные позволяют утверждать, чтопредъявляемые к сварным соединениям 2,25Cr-1Mo-V стали требования могутбытьобеспеченыпослесварочныхпризаданииотпусковвтемпературно-временныхдиапазонезначенийпараметровпараметраотпускаPLM = 20,4 ÷ 21,1, что подтверждается результатами исследований, представленныхна рисунке 3.13.3.6 Выводы по главе 31. Определена кинетика распада переохлажденного аустенита материалов системылегирования 2,25Cr-1Mo-V, построена термокинетическая диаграмма, определеныкритические точки Ac1 = 790°С , Ac3 = 872°С. Показано, что при многопроходнойавтоматической сварке под флюсом в металле шва и ЗТВ этой стали образуетсяполностью бейнитная структура.2.
Для получения металла шва и ЗТВ со структурой бейнита с равномернымраспределениемкарбидовисминимальнымколичествомструктурыслитым/дендритным строением по отношению к мелкозеренной (с размером зерна102менее 50 мкм) структуре, при которых возможно обеспечение всего комплексатребований, необходимо использовать следующий тепловой режим сварки:- погонная энергия q/V≈23 кДж/см;- температура подогрева 200÷250°С.3. При исследовании микроструктуры металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-Vтипа легирования, выполненного способом АФ проволокой US-521HD под флюсомPF-500D установлено следующее:- структура металла сварного соединения представлена бейнитом;- наиболее критичными являются структура и свойства металла шва;- проведениенизкотемпературнойтермическойобработкипорежиму350°C – 7,0 ч не оказывает значительного влияния на структуру металла шва;- при температурах отпуска от 650°С до 730°С происходит интенсивное выделениекарбидов из твердого раствора и постепенная их коагуляция, что должно приводитьк снижению прочности и к повышению пластических и вязких свойств металлашва;- при использовании отпуска при температуре 730°С необходимо значительноограничивать продолжительность выдержки, так как уже при выдержке 8 часовпроисходит значительная коагуляция карбидов в структуре металла шва;- отпуск выше температуры 760°C для сварных соединений данной марки сталинедопустим из-за значительной деградации структуры металла шва (коагуляции ипоследующему растворению карбидов).4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
