Диссертация (1143676), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Температура печи при посадке 200°С.2. Нагрев печи до температуры промежуточной выдержки 400°С со скоростью30°С/ч.3. Выдержка при температуре печи 400°С до установления перепада температур повсему объему изделия менее 20°С.4. Нагрев печи до температуры выдержки 660°С (710°С) со скоростью 30°С/ч.5. Выдержка при температуре 660°С (710°С) в течение 8 часов.6. Охлаждение с печью со скоростью 30°С/ч до температуры печи 400°С.Результаты расчётов приведены для следующих контрольных точек(рис.4.18):№3 – на расстоянии 1,8 м от кольцевого шва, наружная поверхность№4 - на расстоянии 1,8 м от кольцевого шва, внутренняя поверхность135№5 - в центральной точка купола днища, наружная поверхностьМаксимальный перепад температуры по толщине изделия наблюдается вобласти точек 3 и 4 в момент выхода на температуру отпуска и составляет 19°С(при нагреве до 660°С) и 20°С (при нагреве до 710°С). В этот момент максимальныйперепад температур по всему изделию составляет 39°С (между точками 4 и 5) дляобоих случаев температуры отпуска.
Выравнивание температур по изделию до20°С на выдержке при температуре отпуска 660°С и 710°С происходит за 2 часа(рис.4.19, 4.20).30001800обечайкакольцевой шов155обечайкаднищеРисунок 4.18 – Схема расположения контрольных точек на полукорпусе,состоящем из двух обечаек и днища.Таким образом, использование промежуточной выдержки при 400°Спродолжительностью 5,5 ч и снижение скорости нагрева до 30°С/ч благоприятноповлияло на уменьшение перепадов температуры по объему заготовки, которыесоставили не более 20°С в области сварного соединения, и по толщине обечайки впроцессе выполнения послесварочного отпуска.
Выравнивание температуры вобласти сварного соединения и во всем объеме заготовки снижает общий уровеньтермических напряжений, что уменьшает вероятность образования трещинхолодного типа, к которым склонен металл шва сварных2,25Cr-1Mo-V стали.соединений136Установлено, что продолжительность промежуточной выдержки длявыравнивания температурного поля крупногабаритного полукорпуса с толщинойстенки обечайки 150 мм составит 5,5 ч при температуре 400°С.
Дляпромышленного опробования предлагается продолжительность промежуточнойвыдержки при температуре 400°С увеличить до 6 часов.800670°С660°C70060030°С/чТемпература,°С50030°С/ч40030°С/ч300№3№4200режим печи2ч5,5 ч№5разность №5-№4разность №3-№410065°С39°С20°С18°С14°С20°С00510152025303540 38°С-100Время, чРисунок 4.19 – Изменение температуры в контрольных точках при нагреве наотпуск при температуре 660°С.137800710°С70060030°С/ч30°С/чТемпература,°С50040030°С/ч№3№4режим печи№5разность №5-№4разность №3-№43002ч5,5 ч20010065°C39°C18°C14°C20°C020°C051015202530354038°C-100Время, чРисунок 4.20 – Изменение температуры в контрольных точках при нагреве наотпуск при температуре 710°С.1384.5 Выводы по главе 41. В результате исследования влияния температуры послесварочного отпуска насодержание водорода в сварных соединениях 2,25Cr-1Mo-V стали и оценкивлияния водорода на свойства металла шва установлено следующее:- применение после сварки низкотемпературной термической обработки сварногосоединения по режиму 260-300°С – 7 ч не позволяет эффективно удалить опасныйдиффузионно-подвижный водород, что приводит при последующем охлажденииметалла шва до комнатной температуры к необратимому охрупчиванию металлашва;- 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;- 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;- после низкотемпературной термической обработки по режиму 350°С – 7 чсодержание остаточного водорода в металле шва полноразмерного сварногосоединения достаточно низкое (менее 1,2 мл / 100 г);- Термическую обработку по режиму 350°С – 7 ч возможно использовать в качественизкотемпературной дегидрогенизационной термической обработки (НДТО)сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали, проводимой непосредственно послесварки.2.
Изучено влияние температурно-временных параметров послесварочного отпускана работу удара металла сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали. В результатеанализа полученных данных установлено следующее:- для обеспечения необходимого для надежной эксплуатации изделия уровняработы удара KV-18°С не менее 55 Дж, необходимо выполнить отпуск с PLM ≥ 20,05,что соответствует отпуску с температурой выдержки 700°C продолжительностью139не менее 4,1 ч или 705°C не менее 3,2 ч.
При увеличении продолжительностиотпуска до 35 часов происходит постепенное увеличение значений работы удараметалла шва и ЗТВ при минус 18°С;- технологический (промежуточный) отпуск сварных соединений для обеспечениявысокой стойкости к хрупкому разрушению должен иметь PLM не менее 19,20, чтосоответствует отпускам с температурой выдержки 660°C продолжительностью неменее 4 ч или 680°C не менее 2 ч;- удовлетворительная стойкость к хрупкому разрушению сварных соединенийпосле термической обработки 350°C – 7 ч будет обеспечена при температуреизделия более 80ºС, после отпуска 660°C – 4 ч или 680°C – 2 ч при температуреизделия более 5ºС.3.
Выполнены расчеты тепловых полей при отпуске с применением компьютерногомоделирования с целью поиска способов снижения уровня термическихнапряжений, приводящих к образованию холодных трещин. В результате этоговведены следующие условия в режимы отпусков:- при нагреве на НДТО ограничена скорость нагрева/охлаждения до не более30°С/ч;- введена промежуточная выдержка продолжительностью 6 часов при температурепечи 400°С при нагреве сварного соединения до температуры высокого отпуска вслучае проведения его непосредственно после сварки или после НДТО;- ограничена скорость нагрева до температур выдержки промежуточного илиокончательного отпуска до не более 30°С/ч.140Глава 5.
Исследование влияния параметров послесварочного отпускана склонность сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали к образованиютрещин повторного нагреваКак известно, 2,25Cr-1Mo-V стали склонны к дисперсионному упрочнению,что увеличивает склонность этой стали и ее сварных соединений к образованиютрещин повторного нагрева (ТПН) [13]. Дисперсионное упрочнение в этих сталяхсвязано с наличием в них активных карбидообразующих элементов, таких какхром, молибден, ванадий и ниобий, карбиды которых выделяются, упрочняя телозерна,притемпературахпослесварочныхотпусков.близкихРядктипичнымформултемпературампозволяетоценитьвысокихсклонность2,25Cr-1Mo-V стали к ТПН по содержанию карбидообразующих элементов:∆G=Cr+3,3Mo+8,1V-2<0 [19];(1.1)∆G1= Cr+3,3Mo+8,1V+10C-2<2 [20];(1.2)PSR=Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2<0 [21].(1.3)Расчеты по данным формулам с использованием результатов химическогоанализа металла сварного соединения 2,25Cr-1Mo-V стали (табл. 5.1) показалиследующее:- ∆G основного металла равно 6, металла шва – 7, что не соответствует критериюотсутствия ТПН ∆G < 0;- ∆G1 основного металла равно 7, металла шва – 8, что не соответствует критериюотсутствия ТПН ∆G1 < 2;- PSR основного металла равно 5, металла шва – 6, что не соответствует критериюотсутствия ТПН PSR < 0.Полученные высокие значения параметров ∆G, ∆G1 и PSR указывают на то,что металл сварного соединения 2,25Cr-1Mo-V стали имеет повышеннуюсклонность к образованию ТПН, причем металл шва более склонен к ТПН, чемосновной металл и, соответственно ЗТВ.
Поэтому ТПН в сварных соединениях2,25Cr-1Mo-V стали зачастую выявляют именно в металле шва [20, 38, 95].Практический опыт показывает, что ТПН образуются только в швах АФ и толькопри воздействии напряжений (Глава 1). Поэтому исследование влияния141температуры послесварочного отпуска на склонность сварного соединения2,25Cr-1Mo-VсталикобразованиюТПНвыполненынаметаллекрупногабаритного сварного соединения, выполненного способом АФ.Целью настоящего исследования является определение температурныхрежимов отпуска сварного соединения АФ 2,25Cr-1Mo-V стали, позволяющихснизить или исключить вероятность образования ТПН в металле шва.5.1 Изготовление сварного соединения для исследования влияниятемпературы послесварочного отпуска на склонность сварных соединений2,25Cr-1Mo-V стали к образованию трещин повторного нагреваДля исследования влияния температуры послесварочного отпуска насклонность к образованию трещин повторного нагрева было изготовлено опытноекрупногабаритное сварное соединение из двух колец толщиной 240 мм, диаметром3500 мм и шириной 300 мм каждое из 2,25Cr-1Mo-V стали.
Сварное соединениевыполнено способом АФ материалами аналогичными по типу легированияосновному металлу (табл. 5.1). Химический состав металла шва сварногосоединения типичен для данного вида сварных соединений, содержаниепримесных элементов P, S, As, Sn достаточно низкое.Для обеспечения исходно высокой склонности к образованию ТПН металлшва опытного сварного соединения выполнен материалами с весьма высокимзначением K-фактор = Pb+Bi+0,03×Sb = 1,9 ppm (повышенное содержание Pb, Bi,Sb) [38].Непосредственно после сварки сварное соединение было подвергнуто НДТО350°С – 7,0 ч, затем оно было разделено на две части, одну из которых оставили висходном состоянии (часть №1), вторую подвергли дополнительному отпуску порежиму 660°С – 2,5 ч + 705°С – 8,0 ч (часть №2). По результатам неразрушающихконтролей - ВИК, МПД, УЗК трещин и других дефектов в части №1 не обнаружено.В части №2 на поверхности обнаружены множественные дефекты, расположенныев поперечном направлении относительно оси шва (рис.5.1).142Таблица 5.1 – Химический состав металла сварного соединения.МатериалМеталл шваОсновной металл.
Кольцо №1Основной металл. Кольцо №2C0,130,120,14Mn0,850,560,62Содержание элемента, вес.%CrNiMoSiNb2,47 0,07 1,04 0,12 0,0262,39 0,13 0,98 0,10 0,0312,41 0,11 1,05 0,09 0,031P0,0050,0040,005V0,330,280,29продолжение таблицы 5.1МатериалМеталл шваОсновной металл. Кольцо №1Основной металл. Кольцо №2S0,0040,0030,003Cu0,090,040,05Содержание элемента, вес.%AsSnSbPb0,002 0,001 0,0004 0,000150,002 0,002 0,0003 0,000040,003 0,002 0,0003 0,00004Bi0,00003-По результатам металлографических и фрактографических исследованийданные дефекты отнесены к ТПН по следующим обнаруженным признакам: Дефекты являются множественными поперечными трещинами металла шва. Трещины расположены в крупнокристаллитной части шва (вблизиперекристаллизованного участка) на границе двух соседних валиков одногослоя и нижележащего валика и проходят по границам зерен (рис. 5.2). В изломах, изготовленных по дефектам, обнаружены зоны размером до4×2 мм с отдельными участками межкристаллитных несплошностейразмером до 0,5 мм, имеющими испаренный рельеф, что является одним изпризнаков трещин повторного нагрева (рис.5.3) [5, 38].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
