Рис. 8.2. Номограмма для определения режимов сварки и предварительного подогрева
сталей |
с содержанием |
Сэкв<0,6 %, |
где Сэкв e C+Ni/l5+Mo/4+(Cr+V)/o+Cu/13+P/2 г |
||
|
|
+0,0024s (s — толщина проката, мм) [3) |
|
||
/ — при |
сварке корня |
шва; 2 — при |
сварке |
заполняющих швов; кривая |
А отражает |
условие |
необходимости |
применения подогрева, |
а прямая Б — температуру |
нижней гра |
|
|
|
ницы интервала подогрева |
|
||
8.5. Технология сварки и свойства сварных соединений
Технология сварки низколегированных сталей должна проек тироваться с учетом того обстоятельства, что при уменьшении погонной энергии и увеличении интенсивности охлаждения в металле шва и зоны термического влияния возрастает веро ятность расцада аустенита с образованием закалочных струк тур. При этом будет отмечаться снижение сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин и хруп кому разрушению. При повышенных погонных энергиях наблю дается рост зерна аустенита и образуется грубозернистая фер рито-перлитная структура видманштеттового типа с понижен ной ударной вязкостью.
8.5.1. Ручн^я cgap*0
Технология пучИ0^ дУгов°й сварки низколегированных сталей практическц" отличается от соответствующей технологии
сварки низн0у^ородистых сталейСварку ниак^дегированных сталев осуществляют электро
дами типа ^46А и 350А с фтористо-кальциевым покрытием, ко торые позволЯют достигать более высокую стойкость против образование к-)йС'Галлизадионных трещин и повышенную пла стичность пп спдв^ению с электродами других типов. Для ста
лей марок 09Г2 0 9 Г2 С, 16ГС, 17ГС, |
10Г2, 10Г2С1 рекомендуют |
|
применять алектроДЫ у о н и |
13/55, |
К-5А, АНО-11 (тип Э50А). |
Для сварки к0льдевых швов трубопроводов, работающих |
||
при температурах до — |
°С> например из стали 09Г2С, при |
|
меняют электроды ВСН-3 (тип Э50АФ) с фтористо-кальциевым покрытием.
8.5.2. Сварка под Флюсом
Технология сварки под флюсом низколегированных сталей
практически така* же> ка1< и для низкоуглеродистых сталей. В качестве флюсов ПРИ однодуговой сварке применяют флюсы марок АН-348А И ОСЦ-45, а при многодуговой на повышенной
скорости — АН-60.
Для сталей маР0К 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1 при эксплуатации не ниже —40 °С рекомендуется использовать сварочные про волоки Св-08ГА, Св-ЮГА, а при температурах эксплуатации до —70 °С (сталь 09Г2С в нормализованном состоянии) — сва рочные проволоки Св-ЮНМА, Св-ЮНЮ, Св-08МХ с целью обеспечения достаточного уровня ударной вязкости.
8.5.3. Электрошлаковая сварка
Электрошлаковая сварка по общепринятой технологии сталей толщиной свыше 30 мм осуществляется, как правило, с после дующей или сопутствующей нормализацией с целью повышения ударной вязкости металла шва и ЗТВ до регламентируемого
уровня. |
Сварку сталей 16ГС, 09Г2С, |
14Г2 осуществляют |
||
с применением флюса АН-8 и сварочных |
проволок |
Св-08ГС, |
||
Св-10Г2. |
Режимы |
термообработки аналогичны |
указанным |
|
в гл. 7 для низкоуглеродистых сталей. |
|
|
||
Сварка с регулированием термических циклов. Для кольце |
||||
вых швов аппаратов |
газонефтехимических |
производств с тол |
||
щиной стенки до 100 мм при температуре эксплуатации не ниже —40 °С (сталь 16ГС) и не ниже —55 °С (сталь 09Г2С) в соответствии с ОСТ 291—81 допускается применять электрошлаковую сварку с регулированием термических циклов в
сочетании с последующим отпуском (4]. При этом удается не только обеспечить равнопрочность, но и достаточно высокий уровень сопротивления сварных соединений хрупкому разруше нию без применения последующей высокотемпературной тер мообработки.
Например, значения KCU~*° металла шва и околошовного участка составляют от 0,6 до 0,7 МДж/м2, а основного ме талла— стали 16ГС толщиной 60 мм — 0,8 МДж/м2.
Соответствующие данные для сварных соединений стали 09Г2С толщиной 60 мм при температуре испытаний —60 °С равны 0,66 и 0,75 МДж/м2, а для основного металла 0,58 МДж/м2.
По уровню параметров трещиностойкости металл шва и зоны термического влияния не уступают основному металлу — норма
лизованной стали 09Г2С, |
имеющей следующие показатели: |
<хв = 550 МПа; сгт=.370 МПа; |
67,5 МПа-м'^2; С=6,32х 10~14; |
я = 3,82; dl/dN при A/Cic=/Cic/1,5 составляет 0,68-10- 3 мм/цикл. Увеличение интенсивности охлаждения при электрошлаковой сварке с регулированием термических циклов предотвращает образование структурно-свободного феррита при у “*■«-превра щении. Отмеченное препятствует протеканию коррозионных процессов, а уменьшение размеров карбидных частиц, играю щих роль коллекторов водорода, тормозит катодную реакцию при эксплуатации сварных соединений в коррозионно-активных
средах.
Особенностью термоупрочненных сталей является их склон ность к разупрочнению при сварке.
Применение сопутствующего охлаждения позволяет обеспе чить равнопрочность сварных соединений с основным термоуп рочненным металлом и повысить их сопротивление хрупкому разрушению. Например, при механизированной дуговой сварке под флюсом по общепринятой технологии коэффициент прочно сти сварных соединений сталей 14ГН, 16ГС, 09Г2С толщиной 12 мм составил 0,75—0,77, а при сварке с сопутствующим ох лаждением — не менее 0,98. Значения критических температур перехода в хрупкое состояние металла околошовного участка сварных соединений при переходе от общепринятой технологии к технологии сварки с сопутствующим охлаждением снизились на 40—50 °С и достигли уровня Ткр основного термоупрочнен ного металла.
При переходе от общепринятой технологии электрошлаковой сварки к технологии электрошлаковой сварки с регулирова нием термических циклов термоупрочненной стали 09Г2С (сва рочная проволока Св-10НМ, флюс АН-8, последующий отпуск
при |
640 °С) |
коэффициент прочности |
сварных соединений |
по |
вышается с 0,89 до 0,99, значения KCU~40 металла шва — с 0,12 |
||||
до |
0,72, а |
металла околошовного |
участка — с 0,08 |
до |
0,42 МДж/м2. |
|
|
|
|
Г л а в а 9. М ИкР0ЛБГИР0ВАННЫЕ СТАЛИ (Хакимов А. Н.)
9.1. Назначение сталей
Широкое применен#6 ПРИ изготовлении конструкций ответственного назназначения — таких, как С0СУДЫ высокого давления, танкеры, суда, ледоколы, береговые и морекИе нефтегазовые сооружения, находят микролегированные стали. Наряду с экономией легирующих элементов при их использова нии особенно в термо- и термомеханически обработанном состояниях обес печиваются высокая прочность и сопротивляемость хрупкому разрушению металла.
9.2. Состав сталей
В микролегированных сталях содержание углерода, как правило, не пре
вышает |
0,20 %. |
Микролегирующие элементы, |
входящие |
в |
состав |
сталей, |
||
находятся в |
следующих |
пределах, |
%: |
А1<0,06; |
Сг<0,25; |
Zr<0,15; |
||
V <0,15; |
Ti 0,1—0,2; N b<0,06; M o<0,20; B < 0,05 . |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ТАБЛИЦА 9.1 |
|
|
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА |
|
||||||
|
|
МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ |
|
|
|
|||
|
|
|
Содержание химических элементов, |
% |
|
|||
Сталь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
Si |
Мп |
V |
|
|
N |
14Г2АФ |
|
0,12—0,18 |
0,3—0,6 |
1,2— 1,6 0 ,06 -0,15 |
0,010—0,025 |
|||
16Г2АФ |
|
0,14—0,20 |
0,4—0,7 |
1.3— |
1,70,08—0,18 |
0,015—0,030 |
||
18Г2АФ |
|
0,16—0,23 |
0 ,4 -0 ,7 |
1.4— |
1,80,15—0,20 |
0,020—0,040 |
||
09Г2ФБ |
|
< 0 ,1 0 |
< 0 ,7 |
< 1 ,7 |
0,04—0,08 |
0,015 |
||
10Г2ФР |
|
< 0 ,1 2 |
0,4—0,7 |
1.3— |
1,70,07—0,12 |
|
|
|
12Г2СМФ |
0,09—0,15 |
0,4—0,7 |
1.3— |
1,70,07—0,15 |
|
|
||
12ГН2МФАЮ |
0,09—0,16 |
0,4—0,7 |
1.3— |
1,70,05—0,10 |
|
|
||
Содержание
|
химических |
Сталь |
элементов, % |
|
|
|
другие |
14Г2АФ |
_ |
16Г2АФ |
|
18Г2АФ |
_ |
09Г2ФБ |
0,05 |
10Г2ФР |
0,004В |
121*2СМФ |
0,25Мо |
12ГН2МФА |
0,1А |
2 Ь |
со <>, |
400
450
500
460
420
600
600
Продолжение табл. 9.1
Механические свойства (не менее)
°в |
КС и - <0, |
МПа |
МДж/м2 |
550 |
0,4 |
600 |
0,4 |
650 |
0,3 |
560 |
0,6 |
600 |
0,4 |
700 |
0,3 |
700 |
0,3 |
Суммарное содержание Zr и Ti не превышает 0,2% , a Nb, Ti и W ~ 0,16 %. В качестве микролегирующих элементов используют редкоземельные (Се, La, Y), а также N.
Микролегирующие элементы вводят в состав стали как в процессе ее выплавки, так и в ходе внепечной обработки. Они могут присутствовать в металле в составе включений вторых фаз или непосредственно в матрице. Например, в сталях, микролегированных V и Nb (иногда дополнительно А1 и Ti) в сочетании с повышенным до 0,03 % содержанием N, образуются дисперсные карбонитридные фазы, существенно повышающие их прочность.
Для повышения ударной вязкости и снижения анизотропии свойств ог раничивают содержание S в составе стали до 0,005—0,012 %.
Химический состав ряда марок микролегированных сталей приведен в табл. 9.1. Аналогами этих марок сталей в зарубежной практике являются стали типов Х55—Х80.
Известно, что С |
относительно |
слабо влияет на предел текучести сталей |
с феррито-перлитной |
структурой. |
Однако с увеличением содержания С |
в составе стали существенно снижаются вязкопластические свойства и ухуд шается свариваемость. Поэтому в последние годы получают распростране ние малоперлитные стали с ограниченным содержанием С (до* 0,12 %). Для компенсации понижения прочности их легируют марганцем до 1,7 % микролегируют V, Сг, Мо. К отечественным малоперлитным сталям относятся стали марок 07Г2ФБ, 08Г2СФБ, 09Г2ФБ.
Из микролегированных сталей с бейнитной структурой нашли примене ние марки 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ.
9.3. Термообработка и свойства сталей
9.3.1. Термомеханическая обработка
Различают два вида термомеханической обработки — низкотемпературную (НТМО) и высокотемпературную (ВТМО) [1].
НТМО включает пластическое деформирование аустенита в области его повышенной устойчивости, но ниже температуры рекристаллизации, и после дующую закалку. Этот процесс называется аусформингом. Существенное повышение прочности стали после такой обработки связано с эффектом на
следования |
мартенситом дислокационной |
структуры аустенита, закрепляе |
|
мой атомами углерода и карбидными выделениями. |
|
||
ВТМО |
имеет преимущество перед |
НТМО, |
заключающееся в воз |
можности обеспечения как высокой прочности, так и повышенного сопро тивления. стали хрупкому разрушению. Причем по уровню пластичности при одинаковой прочности низколегированная сталь после ВТМО превос ходит обычную термоупрочненную сталь. При ВТМО сталь подвергают пластическому деформированию до начала процесса у-их-превращения для обеспечения развитой полигональной структуры и осуществляют закалку для получения мелкореечного пакетного мартенсита.
В зависимости от степени легирования стали и толщины проката ВТМО можно осуществить также с интенсивностью охлаждения, обеспечивающей получение в прокате мелкозернистой бейнитной структуры.
Отличительной особенностью другой разновидности ТМО — изоформинга является аустенитизация стали, охлаждение ее до интервала температур перлитного превращения и пластическое деформирование в этом интервале температур со степенью обжатия до 70 %. В результате обеспечивается по лучение в стали мелкодисперсной феррито-перлитной структуры. При этом наряду с высокой прочностью достигается увеличение (иногда на порядок) характеристик сопротивления хрупкому разрушению стали.
Контролируемая прокатка (КП) низколегированной стали — это ее вы сокотемпературная обработка,, отличающаяся тем, что режимы нагрева под