Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 [ 87 ] 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

Применение методов, способствующих измельчению кристаллов и устранению столбчатой структуры, повышает стойкость швов против образования горячих трещин. Одним из наиболее эффективных методов является получение швов, имеющих некоторое количество [-2-6% (объемн.)] первичного б-феррита. Благодаря ферриту изменяется схема кристаллизации металла шва, возрастает растворимость в нем ликвирующих примесей, достигается измельчение и дезориентация структуры. Получение аустенитно-ферритных швов достигается дополнительным легированием их через электродную проволоку, покрытие или керамический флюс элементами-ферритизаторами (Сг, Si, Мо, Nb, V).

Холодные трещины могут возникать как в процессе остывания сварных соединений, например в интервале 500-700 "С, так и при комнатной температуре спустя некоторое время после окончания сварки. Причиной появления холодных трещин могут явиться фазовые превращения, например, в результате образования в значительных количествах о-фазы, мартенситной составляющей либо другой охрупчивающей фазы [4]. Они могут наблюдаться также в швах и околошовной зоне материалов, не претерпевающих структурных превращений, но обладающих малым запасом пластичности из-за чрезмерно высокой степени упрочнения твердого раствора. Холодные трещины в отличие от горячих могут иметь внутрикристаллитный характер. Очагами их зарождения могут быть также горячие трещины.

17 2.3. Хрупкие разрушения при эксплуатации

17.2.2.2. Коррозионное растрескивание. Процесс коррозии под напряжением (КРИ) является следствием циклического меха-ноэлектрохимического эффекта в агрессивных средах. В местах поверхностных дефектов и на участках концентрации напряжений в сварных соединениях происходит образование микротрещин. Функционирует микрокоррозионная пара: вершина трещины (анод)-остальная поверхность под оксидной пленкой (катод). Накапливающиеся на аноде продукты коррозии закупоривают трещину и расклинивают ее.

Связь между разрушающим напряжением (о) и временем до разрушения для коррозионностойких сталей описывается зависимостью, приведенной на рис. 17.2. Напряжение Окр является пределом длительной коррозионной стойкости материалов.

Сварные соединения аустенитных сталей могут быть подвержены КРН в водных растворах хлористых солей, растворах щелочей, некоторых азотнокислых солей и др., а также в паровой фазе [1].

В наибольшей степени склонны к КРН сварные соединения аустенитных хромоникелевых сталей типа 18-10, 17-13-2, а также

Рерритные стали

Арстени/пные стали

Рис 17 2 Зависимость раз рушающих напряжений от времени испытания при коррозионном растрескивании

хромоникельмарганцевая сталь 10Х14Г14Н4Т, для которых характерно низкое отношение Окр/ов (0,25-0,4). Напротив, ферритиые и аустенитно-ферритные коррозионностойкие стали и их

сварные соединения проявляют высокую стойкость против КРН (см. рис. 17.2). С ростом содержания никеля в аустенитных сталях также повышается стойкость против КРН.

17.2.3.2. Хрупкие разрушения при криогенных температурах. К числу основных требований, предъявляемых к сварным соединениям аустенитных сталей криогенного назначения, относяг определенный комплекс механических свойств, а именно - сочетание высокой исходной прочности (при 20°С), пластичности, вязкости при температурах до -269°С и малой чувствительности к концентрации напряжений. При оценке механических свойств важно установить соотношение между характеристиками, используемыми для расчета конструкции и склонностью материала к концентраторам напряжений или хрупкому разрушению.

К категории сравнительных испытаний, отражающих чувствительность металла к концентраторам напряжений (хрупкому разрушению), относятся различные /(стМД»/м виды испытаний на ударную вяз- кость.

ГОСТ 9454-78 предусматривает испытания металлических материалов на ударную вязкость на трех видах образцов: с надрезами радиусом 1,0 мм (KCU); 0,25 мм (КС) и трещиной (КСТ).

На рис. 17.3 приведены данные о соотношении предела текучести при 20°С и ударной вязкости образцов с трещиной (КСТ) при -253 °С для четырех основных классов коррозиониостойких сталей и сплавов в криогенной технике. Эти данные дают ориентировочное представление о свойствах аустенитных сталей (от до 500-550 МПа), сплавов на железной и никелевой основе с Стт до 700 МПа, в том числе дисперсионно-твердеющих, а также сталей аустенитно-мартенситного и мартенситного классов (От до 1150-1200 МПа).

гоо ш 600 800 1000 6j, МПа

Рис 17 3 Соотношение между зна чениями КСТ при -253 °С и пределом текучести при комнатной температуре для основных классов коррозиониостойких сталей и сплавов, используемых в криогенной технике

17.3. Технология сварки и свойства соединений

17.3.1. Выбор сварочных материалов

Выбор сварочного материала определяется условиями получения бездефектного металла шва, удовлетворяющего по своим свойствам требованиям, предъявляемым к нему условиями эксплуатации конструкции. Вследствие повышенной склонности аустенитных швов к образованию горячих трещин, пониженной их коррозионной стойкости, трудности легирования легко-окисляющимися элементами (А1, Ti и другими) часто ориентируются на получение швов, по химическому составу отличающихся от свариваемого металла. В табл. 17.2 приведены рекомендации по выбору материалов для сварки различными способами коррозионностойких сталей.

При сварке сталей с большим запасом аустенитности, особенно толщиной более 14-16 мм, высокая трещиноустойчи-вость достигается при легировании швов дополнительно Мп, Мо, N, ограничении содержания S (до 0,010%), Р (до 0,01 %), Si (до 0,2-0,3%), исключениив них Ti, Nb, Al, а в ряде случаев использовании композитного по составу и структуре многослойного металла шва [13]. В последнем случае 70-80 % сечения шва («несущие» слои) выполняются с использованием сварочных материалов, отличных по химическому составу от свариваемой стали и обеспечивающих аустенитно-ферритную структуру. Остальная часть шва, обращенная в сторону агрессивной среды, выполняется материалами близкого хим ического состава свариваемой стали.

17.3.2. Выбор режимов сварки

Специфическими особенностями физических свойств высоколегированных сталей являются пониженные температура из плавления и теплопроводность, высокие электросопротивление и коэффициент линейного расширения. Эти особенности и предопределяют поведение аустенитных сталей при сварке.

Ток при дуговой сварке коррозионностойких сталей и сплавов снижают (на 10-30%) по сравнению со сваркой углеродистых сталей. При его назначении необходимо учитывать тип соединения, наличие разделки кромок, качество сборки, наличие или отсутствие подкладки, положение шва в пространстве и т. д.

При контактной точечной и шовной сварке, напротив, применяют более жесткие режимы сварки (в меньшей мере по току и в большей по усилию на электродах).