Диссертация (1143872), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В настоящее время лазерныетехнологии расширяют своѐ применение в судостроении для изготовления конструкцийв толщинах до 15 мм в промышленных масштабах из сталей нормальной и повышеннойпрочности с пределом текучести до 390 МПа. Пример такого действующегопроизводства – Майер-верфь в Германии. При лучевых технологиях термическоевоздействиенаметалл,характеризующеесямалымипогоннымиэнергиями,применительно к сварке больших толщин новых низколегированных высокопрочныхсталей практически мало не изучено. Такие знания должны накапливаться параллельнос разработкой и внедрением технологий электронно-лучевой и лазерной сварки деталейиз этих сталей.Исследованиявданномнаправленииимеютнетольконаучныйматериаловедческий интерес, но и найдут в ближайшем будущем практическоеприменение.
В частности в настоящее время в институте лазерных и сварочныхтехнологий СПбПУ активно проводятся под руководством проф. Г.А.Туричинаисследования в области разработки новых и перспективных лазерных и гибридныхтехнологий, в том числе технологического комплекса и базовой технологии для лазернодуговой сварки труб большого диаметра, разработаны программные комплексы дляинженерного компьютерного анализа процессов лазерной, электронно-лучевой игибридной сварки [103, 104].281.5.
Выбор основных направлений исследований. Цель диссертационнойработы и научно-практические задачи исследованияУчитывая особенности расположения Российской Федерации, интенсивноеосвоение регионов с суровым климатом и промышленные разработки на шельфесеверных морей в нашей стране активно совершенствуются существующие иразрабатываются новые низколегированные хладостойкие стали повышенной и высокойпрочности, применение которых при производстве машиностроительных деталей и ихремонте, в основном, связано с использованием кратковременных локальныхтехнологических нагревов, вызывающих в металле формирование морфологическиизмененной структуры - зоны термического влияния, что приводит к изменению в нейсвойств.
Не смотря на то, что для повышения свойств ЗТВ при разработке химическогосостава сталей было снижено содержание углерода, предусмотрено комплексноемикролегирование нитридо- и карбидообразующими элементами и учитывались другиефакторы, применительно к новым сталям, в основном сохранили свою актуальностьпроблемы, связанные с деградацией свойств сталей в ЗТВ при реализациипромышленных технологий (в первую очередь, существенное снижение вязкости всвязи с эволюцией структуры под кратковременным воздействием термических циклов,в частности, при сварке, тепловой резке или строжке).Известныемногочисленныеисследованияхладостойкихнизколегированныхсталей, дают возможность выделить роль, значение и влияние различных факторов наструктуру и вязкость материала, в том числе после локальных кратковременныхтермических воздействий на него.
Однако несуществует работ с общимирекомендациями по данной проблеме, что свидетельствует о необходимости выявленияи углубленного изучения закономерностей влияния кратковременных термическихвоздействий на материал и подтверждает актуальность таких исследований.Новыезнания,полученныеврамкахкомплексныхисследованийЗТВ,формируемой в процессе кратковременных локальных технологических нагревовнизколегированных хладостойких сталей повышенной и высокой прочности с пределомтекучести до 690МПа, позволят обеспечить качество и успешно прогнозироватьработоспособность этих сталей в составе деталей и ремонтопригодность изделиймашиностроения, работающих в экстремальных климатических условиях при низкихтемпературах.29В этой связи была определена цель диссертационного исследования: обеспечениестабильностикачествамашиностроительныхизделийизнизколегированныххладостойких сталей на основе выявления особенностей процесса эволюции структурыи свойств материала при кратковременных локальных термических воздействиях.Для достижения цели исследования, исходя из вышеприведенного анализа научнотехнической информации и актуальности выявленных проблем, на основаниипроизводственного отечественного и зарубежного опыта необходимо было провестиисследования и выполнить следующие экспериментально-практические работы:- сделать анализ существующих технологий производства машиностроительныхдеталей, узлов и элементов конструкций из низколегированных сталей, выявитьосновные виды кратковременных термических воздействий на металл и, структурировавпо определенным признакам, выделить типичные среди них;- определить предмет исследования - перечень хладостойких низколегированныхсталей, перспективных для широкого применения в машиностроении;- разработать методический план диссертационного исследования;- провести работы по математическому моделированию тепловых процессов взоне термических воздействий на материал детали, расчетным способом определитьосновные параметры термических циклов;- осуществить моделирование термических циклов применительно к изучаемымучасткам ЗТВ на специальных образцах из исследуемых низколегированных сталей;- исследовать структуру и свойства металла образцов после имитационныхтермических циклов и обработать результаты с целью выявления взаимосвязи междухарактеристиками термического воздействия на материал с изменениями структуры исвойств стали в зависимости от ее состава и уровня прочности;- выполнить верификацию результатов исследований, сопоставив их с данными,полученными на материале, подвергшемуся термическому воздействию в реальныхусловиях на штатных деталях или в составе специальных проб, изготовленных сприменением промышленных технологий;-разработатьработоспособностирекомендацииипообеспечениюремонтопригодностиизделийнормативногоизуровняисследованныхнизколегированных сталей, определенные зоны которых в процессе изготовления и30эксплуатации (например, в случае ремонта) претерпевает кратковременные термическиевоздействия.Таким образом, для достижения цели исследования в работе необходимо былорешить следующие основные задачи:1.
Оценка влияния, анализ и моделирование технологических особенностейкратковременных локальных термических воздействий, определяющих характерструктурныхизмененийистепеньдеградациисвойствмашиностроительныхматериалов;2. Совершенствование методов исследования эволюции структуры и еѐ контроля впроцессе технологических кратковременных локальных нагревов с целью снижениядеградации свойств в зоне термического влияния для обеспечения высокого качестваизделий и их ремонтопригодности;3. Экспериментальное исследование связей структурно-фазового состава сталей вЗТВ с комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств металла в этойзоне;4.Комплексныеиспытанияиопределениефизико-механическихэксплуатационных свойств исследуемых сталей на образцах и изделиях.
Разработкарекомендаций по обеспечению нормативного уровня их эксплуатационных свойств сцелью обеспечения высокого качества, надежности и ремонтоспособности.31ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯПодготовкапроб,сварка,тепловаярезка,воздушно-дуговаястрожка,изготовление образцов (вырезка из реальных деталей и специальных опытных проб) изучастков, подвергавшимся технологическим локальным кратковременным тепловымвоздействиям, структурные исследования, определениехимического состава имеханических свойств выполнялись на производственных участках, в лабораториях иисследовательских центрах НИЦ «Курчатовский-институт» - ЦНИИ КМ «Прометей», вСанкт-Петербургском Горном университете и Санкт-Петербургском политехническомуниверситете Петра Великого, а так же на ООО «Завод технологических источников»,ОАО «Адмиралтейские верфи», ЗАО «Ижорский трубный завод» и др.
в соответствии сметодическимпланомисследований,разработаннымавтором,иприегонепосредственном участии в исследованиях.2.1. Материалы для исследования (объект исследования)Основное внимание в диссертации уделено относительно недавно разработанными новым для машиностроения низколегированным сталям, например, сталям типа07Г2НДМФБТ, которые начали использоваться в связи с высокой хладостойкостью приизготовлении деталей, узлов трубопроводов и элементов конструкций различных машини механизмов, применение которых несомненно будет расширяться по причинерастущих потребностей в надежной технике в интенсивно осваиваемых северных ивосточных регионах страны с суровым климатом. В диссертации также рассмотреныстали того же класса прочности - типа 10ХН3МД, которые благодаря их высокойвязкости активно применяются в судовом машиностроении, используются для нужднефтехимического машиностроения и др.
отраслей. Кроме высокопрочных сталей вдиссертации выполнены сравнительные исследования таких широко известных сталейкак 10ХСНД, 15ХСНД, но усовершенствованных в части обеспечения хладостойкости(табл.2.1).Для исследований использовался листовой прокат из наличия в ЗАО «Ижорскийтрубный завод», ОАО «Адмиралтейские верфи», ООО «Ленмонтаж» и НИЦ«Курчатовский-институт» - ЦНИИ КМ «Прометей».32Таблица 2.1.Исследуемые стали повышенной и высокой прочности (объект исследования)Композиция легированияПредел текучести, МПаСтруктурное состояние15ХСНД345 - 450Ферритно-бейнитная10ХСНД355 - 495Ферритно-бейнитная07Г2НДМФБТ590 - 690Бейнитно-ферритная10ХН3МД≥ 620Отпущенная ферритномартенситнаяТребования в соответствии со стандартом API 5L к высокопрочной стали07Г2НДМФБТ, в соответствии с Правилами РМРС к высокопрочной стали 10ХН3МД истали повышенной прочности 10ХСНД, в соответствии с ГОСТ 23518-99 и СТО-ГК«Трансстрой» к стали повышенной прочности 15ХСНД приведены в таблице 2.2 итаблице 2.3.Таблица 2.2.Требования к химическому составу сталиМассовая доля элементов , %МаркасталиCMnSiCrCuNiMo7Г2НДМФБТ <0,07 <1,95 <0,35 <0,30 <0,30 <0,35 <0,3510ХН3МДV≤0,120,90- 0,15≤0,08≤0,20 ≤0,35 ≤0,401,60 0,350,10- 0.6- 0,4- 0,3- 0,2- 0,20,15 0,9 0,7 0,6 0,4 0,5-STiPне более0,020,01<0,10 <0,100,002 0,0070,060,030,08- 0,50- 0,20- 0,80- 0,60- 2,80- 0,180,03 0,030,12 0,90 0,40 1,10 0,90 3,20 0,3010ХСНД15ХСНДAlNbпорасч.--0,001 0,015 0,030,0150,05- 0,020,10 0,050,06-0,005 0,010-0,030,06-0,010 0,015----Cа33Таблица 2.3.Требования к механическим свойствам сталиВременноесопротивлениеσвМПаМаркасталиПределтекучестиσтМПаРабота удара КVОтносиКоличествотельноеволокнистой металла сварногоудлинение, составляющей соединения, Дж,оА5,в изломе проб, при температуре С%%-60-20-40не менее07Г2НДМФБТ47690-790590-690≥16≥85 %--10ХН3МД720-890620159078--10ХСНД490-630355216550*50**15ХСНД490-685345-450212929Примечание:***- для стали класса D40SW;- для стали класса Е40SWЭквивалентное содержание углерода Сэкв и показатель трещиностойкостиPcмопределены по нижеприведенным формулaм [17] и представлены в таблице 2.4:Сэкв = С + Mn/6 + (Cr + V)/5 +Mo/4 + Ni/15 + Cu/13 + P/2(2.1)Pcм = С + Si/30 + (Mn + Cr + Cu + V)/20 +Mo/15 + Ni/60 + 5B(2.2)Таблица 2.4.Марка стали07Г2НДМФБТ10ХН3МД10ХСНД15ХСНДСэкв, %Рсм, %0,450,20,530,30,270,030,390,4342.2.
Оборудование для исследования теплового воздействия на материалВ исследованиях применялись следующие источники тепловой энергии:- электрическая дуга с концентрацией энергии до 1•10 5 Вт/см2;- электронный луч с концентрацией энергии до 5•10 7 Вт/см2;- лазерный луч с концентрацией энергии 1•10 9 Вт/см2.Оборудование для теплового воздействия на материал электрической дугиАппарат для 3-х, 4-х и 5-ти дугового процесса фирмы Uhrhan Schwill Gmbh (Германия).Аппарат для 2-х дугового процесса Esab Master A6 - (Швеция).Установка для 1-дугового процессаFristo Mig U 400 T ―ESAB‖ - (Швеция).Выпрямитель ВДУ-1201 - (Россия).Оборудование для теплового воздействия на материал электронного лучаУстановка ЭЛУ-20А - (Россия).Оборудование для теплового воздействия на материал пучка лазерного излученияВолоконный лазер IPG –IPE-Polus, модель ЛС-10 - (Россия).2.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
