Автореферат (Обоснование критического значения эквивалента углерода на основе оценки свариваемости сталей для труб класса прочности К65 и К70)

На правах рукописиУДК 621.791ВышемирскийДмитрийЕвгеньевичОБОСНОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯЭКВИВАЛЕНТА УГЛЕРОДАНА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛЕЙДЛЯ ТРУБ КЛАССА ПРОЧНОСТИ К65 И К70Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа(НИУ) имени И.М. Губкина (г. Москва)Научный руководитель:доктор технических наук, профессорЕФИМЕНКО Любовь Айзиковна,РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. ГубкинаОфициальные оппоненты: доктор технических наук (05.02.10)ДОРОНИН Юрий Викторович,ООО «АЦГХ», начальник лаборатории сваркикандидат технических наук (05.02.10)Коберник Николай Владимирович,МГТУ им.

Н.Э.Баумана, доцентВедущая организация:ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» (г. Москва)Защита состоится «27» апреля 2017 года в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.01 при Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул.,д.5.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации,просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана и насайте http://www.bmstu.ruТелефон для справок: (499) 267-09-63Автореферат разослан «___» ____________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советадоктор технических наук, доцентА.В. КоноваловОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы.

Успешная реализация современных инвестиционных проектов,таких как Бованенково-Ухта, Сила Сибири, Сила Сибири - 2, Сахалин-Хабаровск-Владивосток идругих напрямую связана с использованием труб повышенной класса прочности. Это позволяетповысить давление в магистрали и одновременно снизить металлоемкость, сократить расходы навыполнение сварочно-монтажных работ и на строительство.

В настоящее время все более широкоеприменение находят трубы больших диаметров и толщин класса прочности К60, К65, а вперспективе К70 и выше. Для их производства разработан современный класс сталей,характеризующихся низким содержанием углерода, кремний-марганцевой системой легирования,высокойстепеньючистотыпосереифосфоруимикролегированиемсильнымикарбидообразующими элементами: ниобием, ванадием, титаном. Важной характеристикой,определяющей влияние химического состава металла на его реакцию на термический цикл сварки,является эквивалент углерода (Сэкв). В зависимости от эквивалента углерода меняются требованияк режимам сварки, при которых обеспечиваются требуемые структура и комплекс механическихсвойств сварных соединений.Наиболее полно вопросы свариваемости традиционных низкоуглеродистых сталей ссодержанием углерода свыше 0,12% изучены в работах отечественных и зарубежныхисследователей, таких как Кузмак Е.М., Шоршоров М.Х., Макаров Э.Л., Гривняк И., Бессио К., ИтоК.

и других. В них также предложены зависимости для определения эквиваленты углерода, а рядомнормативных документов установлены его критические значения.Применительно к малоуглеродистым микролегированным высокопрочным сталям для трубкласса прочности К65 и К70 ранее установленные критические значения эквивалента углерода непозволяют достаточно достоверно оценить их реакцию на термический цикл сварки (например, спозиции образования холодных трещин).Целью настоящей работы являлось расширение возможностей применения труб классапрочности К65 и К70 в магистральных газопроводах.В процессе работы были решены следующие задачи:1. Обоснованиевыборазависимостидляопределенияэквивалентауглеродамалоуглеродистых сталей для труб класса прочности К65 и К70 и определение значениякоэффициентов эквивалентности для основных легирующих элементов.2.

Выполнение оценки взаимосвязи эквивалента углерода с реакцией сталей для труб классапрочности К65 и К70 на основе анализа особенностей распада аустенита в околошовном участкезоны термического влияния (ОШУ ЗТВ) в процессе сварки.13. Исследование влияния эквивалента углерода на склонность металла труб классапрочности К65 и К70 на изменение твердости и ударной вязкости при сварке и ремонте кольцевыхстыков трубопроводов.4. Выполнение экспериментальных исследований влияния эквивалента углерода насклонность сталей для труб класса прочности К65 и К70 к образованию холодных трещин.5.

Разработка методики определения критического значения эквивалента углерода длявысокопрочных малоуглеродистых сталей, обеспечивающего заданный уровень механическихсвойств в ОШУ ЗТВ сварных соединений трубопроводов класса прочности К65 и К70 и отсутствиехолодных трещин.Научная новизна:1. Показана возможность расширения диапазона допустимых значений эквивалента углеродаСэкв (МИС) сталей для труб класса прочности К65 и К70 до 0,54% при высокой сопротивляемостисварных соединений образованию холодных трещин при сварке за счет перераспределенияуглерода между матрицей и карбидной фазой, вызывающего уменьшение степени тетрагональностирешетки мартенсита и снижение уровня микронапряжений в нем.2. Выявлена необходимость ограничения максимально допустимой скорости охлаждения(w8-5) не выше 40 °С/с сталей для труб класса прочности К65 и К70 с эквивалентом углеродапревышающим критическое значение, принятое для сталей более низких классов прочности,позволяющая обеспечить формирование комплекса нормативных характеристик металла ОШУ ЗТВпри способах сварки, используемых при строительстве и ремонте магистральных газопроводов.3.

Показана необходимость уточнения значений коэффициентов эквивалентности марганца,титана, ниобия и ванадия в зависимости для определения эквивалента углерода Сэкв (МИС) сталейдля труб класса прочности К65 и К70 из-за изменения их вклада в прирост прочностных свойствмалоуглеродистых микролегированных сильными карбидообразующими элементами трубныхсталей с содержанием углерода менее 0,1%. Предложена зависимость определения эквивалентауглерода Сэкв (Н) сталей для труб класса прочности К65 и К70 скорректированная относительноформулы Международного Института Сварки (МИС).Практическая значимостьРезультаты выполненной научно-исследовательской работы явились основанием длясоздания методики определения критического эквивалента углерода сталей для труб классовпрочности К65 и К70 на основе анализа их склонности к образованию холодных трещин при сваркеи разработке Р Газпром 2-2.3-992-2015.2Методология и методы исследованияВ работе использовали методику моделирования различных сварочных процессов наустановке токов высокой частоты Power Cube 90/180 с регистрацией термических циклов приборомМемограф-М.

Структурно-фазовые превращения в ОШУ ЗТВ изучались дилатометрическимметодомсиспользованиемзакалочногодилатометрамаркиL78RITA,исследованиямикроструктуры и её морфологии с применением оптических микроскопов Meiji IM 7200, LeicaDMI 5000, сканирующих электронных микроскопов Phenom ProX, TESCAN Mira 3M ирентгеновского дифрактометра Rigaku Ultima IV. Полученные данные обобщались в структурныедиаграммы ОШУ ЗТВ.

Измерения значений твердости металла ОШУ ЗТВ выполняли наавтоматическом твердомере DuraScan-50. Склонность к хрупкому разрушению ОШУ ЗТВоценивалась по результатам испытания на ударный изгиб на инструментированном маятниковомкопре INSTRON MPX-450 с криокамерой. Испытания образцов на сопротивляемость образованиюхолодных трещин при сварке проводились согласно методике ГОСТ 26388 на установке ЛТП-2-3.Основные положения, выносимые на защиту:1) Результатымалоуглеродистыхисследованияособенностеймикролегированныхреакциисильныминатермическийкарбидообразующимициклсваркиэлементамивысокопрочных сталей с эквивалентом углерода от 0,35 % до 0,54 %.2) Результаты исследования кинетики полиморфных превращений аустенита в металлеоколошовного участка зоны термического влияния сварных соединений в широком диапазонескоростей охлаждения для различных способов сварки труб в интервале содержания углерода от0,027% до 0,11%.3) Результаты исследования влияния эквивалента углерода на склонность к образованиюхолодных трещин при сварке сталей для труб класса прочности К65 и К70.4) Результаты оценки роли сильных карбидообразующих элементов в структурообразованиипри сварке исследованных сталей.5) Скорректированная зависимость по расчету значения эквивалента углерода сталей длятруб классов прочности К65 и К70 и методика для определения его критического значения.Достоверность результатов исследованияДостоверность результатов обеспечивается значительным объемом экспериментальныхданных,полученныхсиспользованиематтестованногоиспытательногооборудования,применением современной исследовательской техники, использованием апробированных методикпроведения исследований и положительными результатами машинных испытаний.3Личный вклад автораАвтор лично выполнял лабораторные эксперименты, результаты которых изложены вдиссертации.

Проводил испытания механических свойств, исследование структурного состоянияметалла ЗТВ и оценки свариваемости, обрабатывал результаты экспериментов. Основныеположения диссертационной работы изложены автором лично.Апробация работы. Результаты работы докладывались:1. VI Международная научно-техническая конференция и выставка «Газотранспортныесистемы: настоящее и будущее», 28–29 октября 2015, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», п.

Развилка.2. VIII Отраслевое совещание «Состояние и основные направления развития сварочногопроизводства ПАО «Газпром», 15–16 ноября 2016, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», п. Развилка.3. Международный конкурс научных научно-технических и инновационных разработок,направленных на развитие топливно-энергетической и добывающей отрасли, диплом лауреатапервой премии, 2016, г. Москва.Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатных работы, в томчисле 3 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.Структура и объем работы.