Диссертация (1143676), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Притипичных для сварных швов концентрациях водорода и при отсутствии43необратимых ловушек (пор, трещин, межфазных границ) растворенный в металлеводород заполняет обратимые ловушки, какими являются дислокации. Припластической деформации ловушки транспортируют водород к месту зарождениятрещины. Трещина образуется в вершине скопления дислокаций, остановленныхграницей зерна или другим препятствием. Водород, освобождающийся издислокаций в момент зарождения трещины, будет переходить в ее объем и, преждевсего, осаждаться на поверхностях трещины. Это уменьшит поверхностнуюэнергию трещины и выведет ее из состояния упругого равновесия.
Таким образом,необходимы меньшие напряжения для образования трещины при наличии вметалле водорода.1.6.1.3 Влияние структуры стали повышенной прочности насопротивляемость водородному охрупчиваниюНа каждую зону сварного соединения из-за особенностей структуры каждоготипа стали, водород воздействует неодинаково и в различной степени охрупчиваетее.
Структура и наличие дефектов структуры сильно влияют на значенияпараметров растворения и диффузии водорода в стали [87]. От этих параметровзависит, какое количество водорода сможет накопить система и с какой скоростьюдоставит его в определенное место.Особенно сильно водородное охрупчивание проявляется в сталях соструктурами закалки, которые характерны для металла шва и в большей степениЗТВ после сварки [85]. Большая по сравнению с металлом шва «водороднаяемкость» металла ЗТВ зачастую приводит к «перетеканию» водорода изнаплавленного металла в ЗТВ.В самом сварном шве водород не распределяется равномерно: его делятмежду собой две зоны валика: крупнокристаллитная и перекристаллизованная.Перекристаллизованная структура обычно мелкозернистая с большим количествомграниц зерен, которые являются стоками дислокаций (перемещающих водород) иодновременно ловушками водорода ввиду высокой энергии связи с ним [74].
При44низкотемпературной деформации водород в стали начинает резко увеличиватьсвою концентрацию на этих границах в основном за счет перемещения дислокаций,но ввиду большой протяженности границ мелких перекристаллизованных зерен егоконцентрацию трудно повысить до критической. В крупнокристаллитной жеструктуре границы менее протяженные, а соответственно и зерна больше, что принапряжении может сказаться на сильном увеличении содержания водорода награницах. К тому же, крупнокристаллитная структура имеет более грубую(близкую к закалочной) структуру, что сильно сказывается на склонности кохрупчиванию. Поэтому необходимо для сварки выбирать сварочные параметры,позволяющие обеспечить в шве преимущественно мелкозернистую структуру, чтоповысит его способность сопротивляться образованию холодных трещин.Таким образом, предотвратить образование холодных трещин в сварныхсоединениях хромомолибденованадиевой стали возможно за счет структурныхизменений (снижение количества мартенсита и нижнего бейнита в шве и ЗТВ,снижения количества крупнокристаллитной структуры шва), снижения общегосодержания водорода и/или снятия послесварочных напряжений.
Зачастую этодостигается выбором сварочных материалов с исходно низким содержаниемводорода в наплавленном металле, сваркой с подогревом, выполнениемнемедленнойпослесварочнойтермическойобработки.Методы(приёмы),обладающие достаточной технологичностью и экономичностью, и конкретныепараметры проведения нагрева при сварке и послесварочной термическойобработки сварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали в литературе полностью неописаны и требуют разработки для конкретных изделий.451.6.2 Трещины повторного нагрева (ТПН). Обзор существующих методовопределения склонности к ТПНКакизвестноизразличныхисточников,сварныесоединенияхромомолибденованадиевой стали ввиду особенностей легирования склонны ктрещинам повторного нагрева (ТПН), которые также известны как трещиныотпуска или трещины снятия напряжений [88÷90].
Появление ТПН приводит кзначительному снижению прочности изделия и требует проведения ремонтныхработ. Но основная опасность ТПН заключается в том, что их сложно обнаружитьстандартными методами неразрушающего контроля, и эти дефекты могут остатьсяв изделии незамеченными. Резкое увеличение с 2007 года случаев обнаруженияТПН в швах крупногабаритных реакторов из 2,25Cr-1Mo-V стали, производимыхпо всему миру, подстегнуло производителей искать пути борьбы с данным видомтрещинообразования.Характерной особенностью ТПН является то, что они возникают толькопосле проведения высокого послесварочного отпуска.
Трещины имеют небольшиеразмеры не более 1-10 мм в длину, малую ширину раскрытия (доли миллиметра),преимущественно ориентированы поперек сварного шва и образуются, обычно, наглубине до 30 мм от поверхности сварного соединения [38]. Возникновение ТПН в2,25Cr-1Mo-V сталях характерно только для сварных швов, выполненныхавтоматической сваркой под флюсом; данных о случаях возникновения ТПН вметалле шва, выполненном РДС, не имеется.Кроме как в швах, ТПН могут возникать в металле ЗТВ в зоне перекрытияпроходов (валиков) из-за повторного воздействия высоких температур на металл,который уже подвергался нагреву при выполнении предыдущего прохода [5].Растрескивание, возникающее при повторном нагреве, чаще возникает вкрупнозернистой части ЗТВ и в металле шва - в зоне перекристаллизованного зернаближе к крупнокристаллитной зоне метала шва.
Обычно растрескиваниепроисходит по границам бывших аустенитных зерен. Согласно данным[38, 91 - 93], растрескивание при повторном нагреве в 2,25Cr-1Mo(-V) сталях восновном «привязано» к следующим изменениям структуры:46- внутризереные выделения мелких карбидов (в основном V4C и Mo2C),упрочняющие тело зерна;- межзеренные выделения карбидов, которые вызывают обеднениелегирующими элементами в зонах, примыкающих к границам зерен. Эти зоныпредпочтительны для концентрации напряжений.Вышеизложенное позволяет сделать следующие предположения [38]: чувствительность к растрескиванию по типу ТПН может возрастать сувеличением размера зерна; медленное растяжение (деформация) может способствовать растрескиваниюпо типу ТПН посредством зернограничного проскальзывания; дополнительноеохрупчиваниеграницзеренможетбытьвызваносегрегацией примесей (P, S, As, Sb, Sn, Cu и т.д.).Поэтому работы по снижению вероятности образования ТПН в металлесварного соединения ведутся, в основном, в направлении изменения химическогосостава сварочных материалов.
Для расчета склонности к ТПН по химическомусоставу наплавленного металла различными авторами предложены следующиеформулы, а именно:∆G = Cr+3,3Mo+8,1V-2<0Nakamura [19];(1.1)∆G1 = Cr+3,3Mo+8,1V+10C-2<2 Lundin и Khan [20];(1.2)PSR = Cr+Cu+2Mo+10V+7Nb+5Ti-2<0 Ito и Nakanishi [21];(1.3)X = (10P+5Sb+4Sn+As)/100(1.4)Bruscato [94];MCF = Si+2Cu+2P+15As+20Sb+15Sn Bonisewski [95].(1.5)В формулы (1.1-1.5) входят такие энергичные карбидообразующие элементыкак хром, молибден, ванадий и ниобий, которые определяют склонность 2,25Cr1Mo-V стали к дисперсионному упрочнению [13].
Упрочнение происходит вовремя нагрева стали при температурах близких к типичным температурам высокихпослесварочных отпусков для снятия напряжений и формирования свойствсварных соединений.Однако, сопоставление результатов металлографических исследований соценками трещиностойкости, полученными с помощью вышеперечисленных47параметров, дает основание утверждать, что чувствительность к ТПН не зависит ниот отклонений по обычным примесям, ни от отклонений общего химическогобаланса в пределах марки стали (содержания Cr, Mo, V) [38]. Дополнительноеисследование [38], позволило связать чувствительность стали к ТПН ссодержанием таких микропримесей как Pb, Bi и Sb:K-фактор=Pb+Bi+0,03×Sb <1,5ppmВслучаесоблюдениянеравенстваметалл(1.6)шваможносчитатьнечувствительным к ТПН. В настоящий момент оценка склонности к ТПН по Кфактору проходит опробование на многих предприятиях, производящихпродукцию для нефтехимических заводов.
Некоторые сомнение в ее полнойпригодности для оценки склонности к ТПН вызывает то, что Pb, Bi и Sb пока чтоне были обнаружены на поверхностях трещин такого типа [38].Ограничение данного вида оценки склонности к образованию ТПН такжесостоит в том, что определение микропримесей должно проводиться наоборудовании с высокой чувствительностью (порядка ppm-ppb), в противномслучае оценка трещиностойкости не будет совпадать с реальной практикой [96].Таким образом, имеющиеся методики позволяют оценить склонностьсварочных материалов к ТПН, что позволяет выбрать для сварки материалы свысокой стойкостью к данному виду трещин. Однако, опыт производствакрупногабаритных сварных сосудов показывает, что даже выполнение всехтребований при выборе сварочных материалов не позволяет полностью исключитьвероятность образования ТПН. Поэтому необходимо проведение дальнейшихисследований, направленных на поиск причин образования ТПН и на поискпараметров изготовления сварных соединений из 2,25Cr-1Mo-V стали, прикоторых снижается вероятность их образования.
Существенно снизить вероятностьобразования ТПН в сварных соединениях хромомолибденованадиевой сталивозможно за счет подбора температуры послесварочного отпуска при которой непроисходит дисперсионного упрочнения.481.7 Технологические сложности при изготовлении сварных соединенийкрупногабаритных сосудов из 2,25Cr-1Mo-V стали повышенной прочностиМировая практика изготовления сосудов из хромомолибденованадиевой2,25Cr-1Mo-V стали показывает, что далеко не все предприятия способныизготовить качественные сварные соединения из данного вида стали. Особенностилегирования 2,25Cr-1Mo-V стали изначально определяют их пониженнуюсвариваемость, особенно в больших толщинах.В то же время, требования к свойствам металла, работающего при высокихтемпературах и под высоким давлением, очень высокие, и зачастую изменениеодного параметра в технологии изготовления может привести к существенномуснижению технологических или служебных свойств сварного соединения.
Этоопределяет очень узкие пределы задания параметров технологии изготовлениясварного соединения, отступление от которых влечет за собой возникновениебрака. Например, для снижения количества закалочных структур и уровнянапряжений, а также для устранения водородного охрупчивания, изделия из2,25Cr-1Mo-V стали при сварке необходимо постоянно держать на подогреве, но сдругой стороны, значительный перегрев при сварке ведет к образованиювыделений по границам зерен в металле шва, что отрицательно сказывается наслужебных характеристиках сварных соединений, особенно, на уровне работыудара.Высокая прочность и низкая работа удара непосредственно после сварки,склонность к подкалке и к дисперсионному упрочнению определяют склонностьсварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали к трещинообразованию в процессеизготовления корпусов оборудования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
