Диссертация (1143676), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для этого необходимо большое количествокрупногабаритных нефтехимических реакторов, изготовленных по современнымпроектам и работоспособных длительный срок при высоком давления иповышенной температуре в регионах с низкими климатическими температурами.По имеющимся данным, в РФ основой топливно-энергетической отраслиявляются 27 крупных нефтеперерабатывающих заводов. Износ оборудования иустаревшие технологии гидрокрекинга этих нефтеперерабатывающих заводов несоответствуют современным требованиям к переработке сырья и к производствувысококачественных автомобильных бензинов. Потребность в них можетсущественно возрасти уже в ближайшие годы, и для обеспечения необходимогокачества потребуется ввод в эксплуатацию установок каталитического крекинга,каталитического риформинга, гидрооочистки, алкилирования и изомеризации.Такимобразом,технологическаяструктуранефтеперабатывающейпромышленности России требует существенной модернизации для глубокойпереработки сырья.
Для улучшения качества топлив в России действуеттехнический регламент, обязывающий производителей выпускать топливо не нижеэкологического стандарта ЕВРО-4, а с 1 июля 2016 года - не ниже ЕВРО-5.В качестве материала для изготовления нового поколения реакторовгидрокрекинга нефти, работающих при высокой температуре и давлении водорода,используют хромомолибденовые стали повышенной прочности типа 2,25Cr-1Mo и2,25Cr-1Mo-V, причем сталь первого типа стремительно вытесняется стальювторого типа с ванадием. Увеличение объемов использования стали, легированнойванадием, можно объяснить ее более высокими эксплуатационными свойствами ихарактеристиками прочности, что позволяет снизить толщину стенок, а значит иобщий вес корпуса реактора.
В начале XXI века в России отсутствовал7положительный опыт производства корпусов нефтехимических реакторов из2,25Cr-1Mo-V стали типа SA-336M F22V, SA-542M Tp.D cl.4a, SA-182M F22V поASMECode,поэтомудляизготовлениявОАО«Ижорскиезаводы»нефтехимических реакторов (НХР) нового поколения потребовалось проведениеисследований в области сварки и послесварочной термической обработки этихсталей.Изготовление реакторов из 2,25Cr-1Mo-V стали требует решения множестватехнологических проблем, одна из которых – предотвращение образования трещинв процессе сварки толстостенных корпусов реакторов.
Трещины, возникающие присварке низкоуглеродистой низколегированной стали повышенной прочности,делятся на три основные типа: холодные, горячие и трещины повторного нагрева(ТПН) [1÷6]. Трещины могут быть смешанного типа, то есть зарождаться поодному типу и распространяться по-другому.В настоящей работе приведены результаты исследования влияния различныхтехнологических факторов на служебные свойства и качество металла сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали, включая влияние послесварочной термическойобработки на образование холодных трещин и ТПН в толстостенных сварныхсоединениях стали повышенной прочности (толщина стенки до 240 мм).Горячие (кристаллизационные) трещины в данной работе подробно нерассматриваются, так как их образование в металле шва сварных соединенийнизколегированных конструкционных сталей в очень малой степени зависит оттемпературного режима при сварке и термической обработке.
В основном, ониобразуются вследствие выбора неправильной технологии сварки и использования«грязных» по примесям сварочных материалов. Изучение особенностей данноговида трещин и способы борьбы с ними подробно рассмотрены в работах [2, 3]. Впроизводстве современных НХР используются сварочные материалы высокойстепени чистоты по вредным примесям, что вместе с надлежащей технологиейсварки исключает образование горячих трещин.Как известно, трещины и трещиноподобные дефекты недопустимы в сварныхсоединениях корпусов реакторов и требуют удаления дефектного участка, а иногда8и всего шва, то есть проведения дорогостоящего ремонта сваркой с последующимотпуском, что значительно увеличивает стоимость и время изготовленияконструкций.
К тому же количество ремонтов ограничено отпускоустойчивостьюметалла сварного соединения, которая определена необходимостью полученияцелого комплекса часто взаимопротиворечивых свойств - прочность, пластичность(в том числе при высоких температурах), работа сопротивления удару (в том числепри низких климатических температурах), длительная прочность и так далее.Таким образом, высокий уровень требований к сварным соединениям реакторов из2,25Cr-1Mo-V стали требует решения ряда принципиальных, в первую очередь,научных и технологических задач.В связи с изложенным, целью работы является разработка технологиипослесварочной термической обработки металла корпуса крупногабаритных НХР,гарантирующей проектный высокий уровень служебных свойств и исключающейобразование дефектов типа трещин, на основе комплексных исследованийструктуры, фазового состава и механических свойств металла сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали с учетом влияния на них температурно-временных параметровпослесварочной термической обработки.В соответствии с целью работы были поставлены и последовательно решеныследующие задачи применительно к металлу сварных соединений2,25Cr-1Mo-Vстали:- Определить влияние тепловых параметров сварки на структуру и свойстваметалласварныхсоединенийдляформированияисходнойструктуры,позволяющей обеспечить после отпуска требуемые служебные свойства;-Исследоватьвлияниетемпературно-временныхпараметров(ТВП)послесварочной термической обработки на структуру, фазовый состав имеханические свойства металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ) дляопределенияпараметровотпусков,позволяющихобеспечитьтребуемыеслужебные свойства металла сварных соединений;- Определить влияние ТВП послесварочного отпуска на склонность металласварных соединений к образованию холодных трещин на основе аналитических иэкспериментальных методов оценки склонности металла к хрупкому разрушению,9в том числе под воздействием водорода, расчетных методов оценки распределениятемпературных полей при послесварочном отпуске;- Определить влияние температуры послесварочного отпуска на склонностьметалла шва к образованию ТПН с помощью физического моделирования,натурных испытаний и анализа их результатов;- На основании данных по влиянию режима отпуска на механические свойства и насклонность металла сварных соединений к образованию холодных трещин и ТПНразработатьтехнологиюпослесварочнойтермическойобработкикрупногабаритных сварных соединений корпуса НХР;- Выполнить апробацию и внедрение результатов работы в промышленноепроизводство сварных корпусов НХР из 2,25Cr-1Mo-V стали.Научная новизна (Положения, выносимые на защиту):1.
Определены особенности структурного состояния и фазового состава металлашва сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали после послесварочных отпусков вдиапазоне температурно-временного параметра Ларсена-Миллера (параметраотпуска) PLM от 13,0 до 21,1 и определены критические точки AC1 и AC3 на основетермокинетической диаграммы.2. Установлена зависимость механических свойств металла сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали от параметра послесварочного отпуска, определен диапазонпараметра отпуска PLM от 20,4 до 21,1, в котором обеспечиваются требуемыекратковременные механические свойства.3. Выявлено влияние водорода на сопротивление хрупкому разрушению металласварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали в зависимости от температурыпослесварочной термической обработки, предложены параметры проведениянизкотемпературного режима термической обработки при 350°С для эффективногоудаления водорода.4.
Исследовано влияние температурно-временных параметров послесварочногоотпуска на сопротивление хрупкому разрушению металла шва и ЗТВ сварныхсоединений 2,25Cr-1Mo-V стали, позволившее установить параметры проведенияпромежуточных отпусков, исключающие образование холодных трещин.5. Определена температура наибольшей склонности металла шва 2,25Cr-1Mo-Vстали к образованию трещин повторного нагрева.106.
Определены температурно-временные параметры послесварочной термическойобработки крупногабаритных сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали корпусовНХР, обеспечивающие одновременно высокий комплекс их служебных свойств иотсутствие трещин.Практическая значимость работы:1. Разработана и впервые в РФ внедрена в серийное промышленное производствокомплекснаятехнологияпослесварочнойтермическойобработкикрупногабаритных сварных соединений корпусов НХР из 2,25Cr-1Mo-V стали,обеспечивающая высокий комплекс их служебных свойств и исключающаяобразование трещин.2.
Разработана и впервые в РФ применена при изготовлении корпусов НХР из2,25Cr-1Mo-V стали в толщинах до 290 мм технология низкотемпературнойдегидрогенизационной термической обработки, позволяющая эффективно удалитьдиффузионно-подвижный водород, сократить количество высоких отпусков сцелью сохранения запаса прочности и уменьшения сроков и себестоимостиизготовления корпусов НХР.3. Разработана и опробована методика определения температуры «провала»пластичности, то есть температуры наибольшей склонности металла шва2,25Cr-1Mo-V стали к образованию ТПН.11Глава 1. Влияние температуры сварки и послесварочной термическойобработки на структуру и свойства сварных соединений конструкционныххромомолибденованадиевых сталей (обзор)На начало проведения опытных работ и исследований, результаты которыхприведены в данной работе, на территории Российской Федерации ни однопредприятие не имело положительного опыта сварки крупногабаритныхтолстостенных корпусов реакторов из стали SA-336M F22V, SA-542M Tp.D cl.4aтипа легирования 2,25Cr-1Mo-V (толщина стенки до 290 мм) с обеспечениемжестких требований по качеству и комплексу служебных свойств сварныхсоединений в соответствии с современными проектами для глубокой переработкинефти.1.1 История вопросаПримерно с 1970-х годов за рубежом велись работы по созданию исовершенствованию хромомолибденовой стали для реакторов, способной работатьпри повышенном давлении и температуре выше 454°С водородсодержащейрабочей среды [7].Японские металлургические заводы JSW начали исследования с попыткимодификации стали 3Cr-1Mo путем введения ванадия.
Разработанная сталь3Cr-1Mo-0,25V типа легирования выдержала испытания на сопротивляемостьводородным атакам при 510°C. Первые два 3Cr-1Mo-0,25V коммерческих реакторабыли изготовлены JSW для Husky Oil в Канаде в 1990 году. После этого составстали был доработан, в основном, в части снижения содержания хрома до 2,25%. Вконце 1990-х годов, комитет API (American Petroleum Institute) официальноподтвердил высокий уровень сопротивляемости водородным атакам 2,25Cr-1Mo-Vстали и указал его в документации равным уровню стали 3Cr-1Mo. С этого моментазначительно возрос интерес, проявляемый конструкторами к сталям 2,25Cr-1Mo-Vтипа легирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
