Диссертация (1143676), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При фрактографическом исследовании полученных изломовобразцов обнаружены микропоры на гранях хрупкого межкристаллитногоразрушения, которые являются признаком водородного охрупчивания металла(рис. 4.2 а,б).Очевидно,проведениенепосредственнопослесваркинизкотемпературной термической обработки по режиму 260-300°С – 7,0 чнедостаточно для полного удаления водорода из металла шва, что, вероятно,связано с наличием в металле мелкодисперсных карбидов ванадия, снижающихскорость диффузии ДПВ. Оставшийся в металле шва водород вызывает109охрупчивание металла, снижает его уровень работы удара, который «невосстанавливается» даже после высокого отпуска при 705ºC.В результате испытания на ударный изгиб образцов, прошедшихнизкотемпературную термическую обработку по режиму 350°С – 7,0 ч (режим№4), получен высокий уровень работы удара при минус 18°С - 112,3; 128,1;157,0 Дж. При фрактографическом исследовании изломов, испытанных образцов,на гранях зерен, гранях кристаллитов и в зонах межзеренного разрушенияпризнаков водородного охрупчивания не обнаружено (рис.
4.2 в).Установленные данные позволяют утверждать, что при температуре ниже300°С удаление водорода из сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали происходитнедостаточно эффективно. Для низкотемпературной термической обработкитребуется выполнить исследование эффективности удаления водорода притемпературеболее300°C.Низкотемпературнуюдегидрогенизационнуютермическую обработку (НДТО) по режиму 350°С – 7,0 ч и по режиму с болеевысокими температурно-временными параметрами можно использовать в качественемедленной послесварочной термической обработки для удаления водорода изсварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали,Полученные результаты подтверждают исследования по определениювлиянияпараметровтермическойобработкиУстановлено, что исходное содержание ДПВнасодержаниеводорода.в наплавленном металле,определенное в соответствии с методикой AWS A4.3, составило 4,6 мл/100 г присуммарном уровне водорода 6,5 мл/100 г (ДПВ плюс остаточный водород).
Послетермической обработки по режиму 350°С – 7,0 ч содержание остаточного водородав металле шва крупногабаритного сварного соединения составило менее1,2 мл/100г, что говорит о достаточной ее эффективности для удаления водорода.После дополнительного отпуска при 660°С – 4,0 ч содержание остаточноговодорода в металле шва осталось на том же уровне 1,2 мл/100г, что указывает надостаточность выдержки 350°С – 7,0 ч для его удаления.110Полученные в данном разделе результаты оценки влияния параметровтермической обработки на содержание водорода в сварных соединениях2,25Cr-1Mo-V стали типа позволяют утверждать следующее:1.
Применение после сварки низкотемпературной термической обработки сварногосоединения в диапазоне температур 260-300°С не позволяет эффективно удалитьопасный диффузионно-подвижный водород, что приводит при последующемохлаждении металла шва до комнатной температуры к его необратимомуохрупчиванию.2. Низкотемпературная термическая обработка по режиму с параметрами не менее350°С – 7,0 ч, выполненная непосредственно после сварки, позволяют достаточноэффективно снизить уровень ДПВ, что подтверждено отсутствием признаковводородного охрупчивания в металле шва и достаточно высоким уровнем работыудара KV-18°C.3.
Водородное охрупчивание, возникающее из-за недостаточной степени удаленияДПВ после сварки, приводит к значительному снижению уровня работы удараметалла шва 2,25Cr-1Mo-V и, следовательно, к увеличению склонности кобразованию холодных трещин.4. Термическую обработку по режиму 350°С – 7,0 ч возможно использовать вкачестве низкотемпературной дегидрогенизационной термической обработки(НДТО) сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали, проводимой непосредственнопосле сварки.1114.2 Исследование влияния температуры и продолжительностипослесварочного отпуска на сопротивление хрупкому разрушению металлашва и ЗТВ сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V сталиВыполнено исследование металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V сталис целью оценки стойкости к хрупкому разрушению, характерному при склонностиметалла к образованию холодных трещин, в процессе их изготовления и приэксплуатации.
Оценку стойкости металла шва и ЗТВ к хрупкому разрушениювыполняли по изменению их вязкости (содержание вязкой составляющей в изломе)в зависимости от температуры испытания и параметров отпуска. Также определеназависимость работы удара металла шва и ЗТВ от параметров отпуска дляопределения режима послесварочной термической обработки, позволяющегообеспечить необходимые эксплуатационные свойства. Для этого произведен рядиспытаний образцов на ударный изгиб от проб, прошедших различныетермические обработки, результаты представлены в таблице 4.1. На основаниирезультатов испытаний на ударный изгиб при температурах от минус 80°С доминус 100°С построены графики зависимости работы удара металла шва,содержание вязкой составляющей в изломе от температуры испытания и параметраотпуска PLM (рис.4.3-4.6).Для обеспечения достаточной технологичности, то есть сопротивленияхрупкому разрушению в процессе изготовления сосуда, необходимо за счетподбора температурно-временных параметров послесварочной термическойобработки обеспечить содержание вязкой составляющей в изломе не менее 30%,что теоретически должно быть обеспечено при работе удара не менее 30 Дж (около3,5 кгс∙м/см2) [126, 127].
В процессе эксплуатации сварные соединенияподвергаются более высокому уровню напряжений, чем при изготовлении,поэтому для обеспечения стойкости сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали кхрупкому разрушению при эксплуатации необходимо обеспечить работу удараKV-18°С не ниже 55 Дж, что является типичным требованием заказчиковсовременного нефтехимического оборудования [12, 107].112Таблица 4.1 - Результаты испытаний на ударный изгиб металла шва и ЗТВ сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали вразличных термических состояниях.Температураиспытания / ТермическаяобработкаРежимPLM350°C - 7,0 ч13,0660°C - 4,0 ч680°C - 4,0 ч660°C - 4,5 ч,695°C - 8,0 ч705°C - 8,0 ч660°C - 4,5 ч,710°C - 8,0 ч710°C - 35,0 чЗТВ-40°C-30°C-10°CОсь шва, 1/2 толщины пробыОсь шва, поверхность219,7662,483,900,137,850,09220,7612,365,900,156,900,07176,6522,055,900,164,900,06217,8672,3135,3150,3211,850,10241,3692,4439,2160,386,900,12214,8652,3651,0200,5419,6110,1729,4250,4731,9340,8040,2360,5525,5360,4636,3420,5352,0490,75--19,8----20,2------115,8128,52,46 142,2124,8137,5122,1284,51002,43276,61002,46281,510020,621,2-60°CKV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм KV, Дж %, ВИ Δ,мм19,620,4-80°C-241,6782,10306,41001,90350,01001,96748087778275--1,621,681,921,311,761,36--------------------------------41,2270,5218,6210,2922,6260,3368,7410,9164,7380,8831,6270,3656,3460,35103,0761,3457,3510,87148,1851,994,900,0630,4110,4057,9270,7190,4741,21127,5691,684,900,058,850,0521,6160,2492,5741,23129,5159,9771,726,900,1132,1150,5953,0230,6969,4700,95821,95160,7802,14149,1791,91188,2822,03189,6832,17164,7711,85--------112680°C - 6,0 ч19,2-18°C------146,2147,1132,2778576--------------------1,951,971,64113Таблица 4.1 - Результаты испытаний на ударный изгиб металла шва и ЗТВ сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали вразличных термических состояниях (Продолжение).Температураиспытания / ТермическаяобработкаРежимPLMПосле сварки013,0660°C - 4,0 ч19,2680°C - 4,0 ч19,6680°C - 6,0 ч19,8705°C - 8,0 ч20,4+20°C+40°C+60°C+100°CОсь шваKV, Дж %, ВИ6,9011,863,909,8516,7118,8533,42625,81926,42497,15443,24145,14395,07064,76583,261155,081177,686150,189Примечание:%, ВИ – процент вязкой составляющей.Δ, мм - поперечное расширение в мм.Δ,мм0,080,120,070,070,190,070,380,100,221,540,780,721,430,961,061,952,291,98KV, Дж %, ВИ6,9511,8515,71012,81026,51620,6555,94849,03368,735107,981116,79069,863130,589116,786117,788192,3100196,0100174,691Δ,мм0,040,070,170,120,220,040,760,640,931,451,550,781,731,571,592,312,482,27KV, Дж %, ВИ Δ,мм11,8160,125,950,0813,7160,1410,850,0831,4160,2329,4160,22--199,1192,3181,5KV, Дж %, ВИ26,51711,81117,71132,42639,22725,521110,98978,57482,469Δ,ммKV, Дж %, ВИ0,28--0,140,230,240,310,201,281,071,1341,239,246,161,8102,0124,633333687100100----------------1001001002,422,352,27Δ,мм0,430,390,390,931,351,56113350°C - 7,0 ч0°C114250150115Работа удара, Дж200100500-85 -75 -65 -55 -45 -35 -25 -15 -55 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105Температура испытания, °CРисунок 4.3 - Температурная зависимость работы удара металла шва 2,25Cr-1Mo-V стали после различных послесварочныхтермических обработок.116Содержание вязкой составляющей в изломе, %11580°СРисунок 4.4 – Температурная зависимость содержания вязкой составляющей в изломе металла шва 2,25Cr-1Mo-V стали послеразличных послесварочных термических обработок.Содержание вязкой составляющей в изломе, %116Рисунок 4.5 - Зависимость содержания вязкой составляющей в изломе от параметраотпуска PLM при испытании металла шва на ударный изгиб при различныхтемпературах испытания.Рисунок 4.6 - Зависимость работы удара металла шва от параметра отпуска PLM притемпературе испытания минус 18ºС.117Врезультатеисследованийустановлено,чтовсостоянииНДТО(350°C – 7,0 ч) металл ЗТВ имеет высокий уровень работы удара KV-18°C,превышающий 176,6 Дж, и вязкую составляющую в изломе (ВИ) образцов более52% (табл.
4.1). Высокие значения работы удара и содержания ВИ обусловленымелкозернистой структурой ЗТВ и процессами «самоотпуска» металла привыполнениипоследующихваликов.Дальнейшееувеличениепараметровпослесварочного отпуска до 710°C – 35,0 ч приводит к росту уровня работы ударадо 241,6-350,0 Дж (ЗТВ) и 164,7-189,6 Дж (металл шва), ВИ до 78-100% (ЗТВ) и71-83% (металл шва).
Очевидно, что склонность ЗТВ сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали к хрупкому разрушению в процессе изготовления иэксплуатации НХР невысокая.Металл шва в состоянии после сварки и после НДТО 350°C – 7,0 ч притемпературе испытаний минус 18°С имеет уровень работы удара, не превышающий7,8 Дж при полном отсутствии ВИ в поверхностной и средней части шва потолщине, что указывает на его высокую склонность к хрупкому разрушению(табл.
4.1, рис.4.3 и 4.4). Из этого следует, что металл шва сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали является более хрупкой зоной по сравнению с ЗТВ, поэтомудальнейший выбор параметров послесварочной термической обработки сварногосоединения выполнен с учетом ее влияния на свойства металла шва.При анализе графика зависимости содержание ВИ от параметра отпуска PLMустановлено, что металл шва приобретает стойкость к хрупкому разрушению(ВИ ≥ 30%) в процессе изготовления сосуда при температурах изделия более 0ºСпосле отпуска с PLM ≥ 19,45 (рис.4.5). При пересчете по параметру ЛарсенаМиллера промежуточный послесварочный отпуск должен иметь следующиепараметры: температура выдержки 660°C продолжительностью не менее 5,5 ч или680°C не менее 2,0 ч. Следует отметить, что критерий низкой чувствительностиструктуры к ДПВ - твердость ≤ 350 HV10 также обеспечивается после отпускаPLM ≥ 19,20 (660°С не менее 4,0 ч).118В соответствии с данными рис.4.4 критерий высокой стойкости металла швак хрупкому разрушению - ВИ не менее 30% после выбранных в Главе 3 режимовпромежуточных термических обработок обеспечивается:- после термической обработки 350°C – 7 ч - при температуре изделия ≥ 80ºС;- после отпуска 660°C – 4 ч или 680°C – 2 ч при температуре изделия ≥ 5ºС.В соответствии с графиком зависимости работы удара металла шва отпараметра отпуска PLM при температуре испытания минус 18ºС металл шваприобретает требуемые служебные характеристики (KV-18°C ≥ 55 Дж) после отпускас PLM ≥ 20,05, что соответствует отпуску с температурой выдержки 700°Cпродолжительностью не менее 4,1 ч или 705°C не менее 3,2 ч (рис.4.6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
