III. рік 1 ні
Вересень 2002 року
Том 3 - Н Вона 1 - вересень 2002 року
[ENG] - стаття англійською мовою
[ENG] - стаття англійською мовою
Основні аспекти зварюваності останніх розробок термостійких сталей
Лайош Берес
доцент,
Балог Андрс
доцент
Мішкольцький університет
Кафедра механічних технологій
За останні десятиліття робоча температура новозбудованих електростанцій значно зросла, оскільки одночасне підвищення тиску пари призводить до більш сприятливої ефективності. Однак більш високі робочі температури вимагають розробки нових і нових композиційних сталей, тому раніше широко використовувані та використовувані smM з'явились на додаток до CrMo сталей з W, V, Co, Ni та ін.) Також зі сталлю.
Більшість жароміцних сталей обробляються зварюванням. Однак зварюваність цих сталей є проблематичною, і більшість із них можна зварювати лише попереднім нагріванням та після зварюванням. Звичайно, різний склад сталей вимагає цього датчика температури заздалегідь. До цього часу, однак, не було відомо жодного з'єднання для визначення оптимальної температури нагріву для зварюваної сталі, щоб користувач завжди мав можливість її виготовити.
Згідно з усталеною практикою, температура попереднього нагрівання даної жароміцної сталі може коливатися в широкому діапазоні 100 ° C 150 ° C, температурний профіль 20 ± 30 ° C у ВЕС відомий відповідно до умов та умов. товщина стінки.
При аналізі сильних та хімічних пошкоджень було зроблено висновок, що найбільше уваги та обережності можна приділити запобіганню та запобіганню тріщин.
В рамках нашої дослідницької програми в галузі гарячих сталей ми показали, що стійкість до тріщин пов’язана з хімічним складом даної сталі, і цей ефект набагато сильніший за товщину стінки. Нашою метою було визначити матеріальну взаємозв'язок на основі наукової основи, яка однаково підходить для різних композиційних сталей, а також для вищезазначеного широкого діапазону внутрішньої температури.
Критика діаграми Шеффлера [1] послужила відправною точкою для з'єднання. Feltбrt hiбnyossбgokbуl йs pontatlansбgokbуl починаючи lehetхvй vбlt в erхsen цtvцzцtt, lй г edzйsи acйlokban hegesztйs kцzben vйgbemenх процеси стали elemzйse йs kimutathatу tйny, що ці acйlokban elхmelegнtйsi hхmйrsйkletnek optimбlishoz відносини н до 10 ° С csцkkenйse hozzбvetхlegesen 8% - збільшує частку мартенситу утворюються в частинах матеріалу, що утворюються при зварюванні при перетворенні зварного шва і теплопровідника.
Аналіз та критика діаграми Шеффлера
Загалом, діаграма Шеффлера ілюструє взаємодію між аустенітними та ферритоутворюючими елементами, як показано товстими лініями на малюнку 3 нижче [2]. Діаграма показує, що довільно обрана сталь з 12% еквівалентів хрому та 9,5% еквівалентів нікелю потрапляє в мартенситну зону, але при 6% більше переносу Ni вона повністю герметична. Це характерний ефект аустенітних елементів. З іншого боку, є дуже цікавий випадок із сталлю, склад якої можна розрахувати як Nie = 12% і Cre = 9%, а якщо додати 7,5% хрому, то феритоутворюючий Cr. Це означає, що діаграма Шеффлера не правильно відображає поєднаний ефект аустенітних та ферритоутворюючих елементів, оскільки ефект, характерний для обох груп, але не врахований, має спрямовану дію на стабілізацію структури аустенітної тканини. Поясненню явища, яке спостерігається, є лише одне: всі взаємозв’язуючі елементи зменшують подачу сталі до тепла.
1. ббра. Вміст мартенситу в температурі нижче Ms (1. Стівен і Хейнс: C 35 ацил; 2. Каухаузен: X20 CrMo 12 1 ацил)
Відповідно до рисунка 1 [3], під час температури Ms структура тканини містить мартенсит, який зростає лінійно з температурою сьогодні, приблизно таким чином, що температура M s -126 ° C видаляє всю тканину. У попередньому прикладі зв'язок 6% Ni або 7,5% Cr знижував температуру M s на 126 ° C. Звідси випливає, що 1% -ний зв'язок Ni зменшує температуру Ms на 126/6 = 21 ° C, 1% Cr 126/7,5 = 16,8 ° C.
Ефект сполучних елементів
Згадані вище елементи знижують температуру M s, тому температура M s нелегованих сталей найвища. Нехай M sC позначає цю температуру. Згідно з малюнком 2, до тих пір, поки незначна зміна вмісту С нижче 0,07% спричиняє дуже велике падіння вимірювань Ms h х, ця зміна є лише помірним збільшенням на 0,1%.
Малюнок 2 не можна вставити
2. ббра. Зв'язок між температурою Ms та вмістом C у сталі
Сила аустенізуючої дії будь-якого хімічного елемента характеризується величиною зниження температури M s, доданої до сталі, в кількості 1%. При низькому вмісті вуглецю ефект вуглецю в 30 разів сильніший, ніж згідно з дослідженнями нікелю та Орніга [4]. При 0,2% С це співвідношення в 15 разів вище.
Температуру MsC для нелегованих сталей, виражену в ° C, можна легко розрахувати з наступних співвідношень регресії:
Температура Ms легованих сталей, як зазначено у зв'язку з малюнком 1, нижче 18% еквівалентів хрому, залежно від найважливіших легуючих елементів, така:
Відповідно до співвідношення (4), температура Ms є функцією зміни концентрації зчеплення сталі. Зміна M s, що належить до елементарної зміни незалежних змінних, може бути отримана конгруентною частковою диференціацією:
Після диференціації:
Ефект відновлення M ферритоутворюючих елементів є лінійним, тому їх одночасний ефект може бути виражений наступним відомим рівнянням:
Вплив Ni та Mn Ms на температуру також є лінійним, зміна вмісту вуглецю невелика порівняно з іншими елементами, тому сукупний ефект аустенітних елементів добре апроксимований:
Сталь вважається аустенітною, якщо температура М с нижче 0 ° С. Беручи до уваги цю умову, для будь-якої еквівалентної хрому сталі сума може бути виражена з рівняння (4).
Точка, задана координатами NieB і Cre сталі на діаграмі Шеффлера, падає на лінію, обмежену аустенітним полем. Точка, що належить до будь-якого вмісту вуглецю, розташована на лінії, паралельній першій. Оскільки Nie = NieB при 0,1% вмісту вуглецю, ефект вуглецю може бути в 30 разів більший за вплив нікелю, Рис. 3 можна побудувати [5, 6]. Структура тканини даної вуглевмісної сталі або зварного шва є аустенітною лише в тому випадку, якщо точка, що відповідає її складу, потрапляє на гексагональну лінію, що належить до даного вмісту С.
Гоу, Хардер [7] і Нехендзі [8] показали, що в сталях із вмістом Cr менше 10% відносна аустенітна здатність Ni і Mn сильно змінюється, і коли сталь становить щонайменше 1,75 Містить% Mn і 1% Cr, 1% нікелю Ефект зниження Ms на марганець може бути лише посилений. Цей висновок також узгоджується з ефектом, зображеним на спрощеній діаграмі тканини Гійо із сталей Mn та Ni.
Попереднє налаштування означає, що нижче 10% Cr e діаграма Шеффлера спотворюється у зростаючих пропорціях, тобто нелеговані сталі не можуть бути намальовані безпосередньо на діаграмі, як це робилося до цього часу, наприклад неоднорідні зв’язки утворювались при дослідженні очікуваної структури тканини. Через лінійність Cre та той факт, що при зварюванні нелегованих сталей з аустенітним наповнювачем вміст Cr в пласті перевищує 10%, діаграму Шеффлера можна використовувати лише для прогнозування переплетення шва, якщо.
3. ббра. Діаграма Береса як модифікована форма діаграми Шеффлера
Якщо вміст вуглецю перевищує 0,1%, діаграма Шеффлера знижує фракцію мартенситу приблизно на 15%. На основі цього визнання автори запропонували модифікацію діаграми Шеффлера.
Узагальнення теорії
Повторна оцінка результатів Ейхельмана та Халла [9] призводить до висновку, що збільшення концентрації складових елементів посилює аустенітні можливості. Крім того, відомо, що в сталях із вмістом Ni менше 5% температура трансформації знижується швидше із вмістом Ni, ніж із вмістом Ni вище 5%.
На основі попереднього рядка міркувань ми можемо вивести метод ітерації, який можна застосувати на практиці, узагальнивши рівняння (4). У [10, 11, 12] ми навели температуру Ms і точний склад понад 300 сталей. Використовуючи цю базу даних, ми визначили новий взаємозв'язок між складом сталі та температурою M s.
Узагальнена форма пропонованої функції, яка застосовується до всіх типів сталі, за винятком мікролегованих сталей, така:
Зазвичай використовується загальна формула еквівалентів хрому у співвідношенні (9) [5]:
Значення комбінованої регресії x, y та z наведені в таблиці 1. Ми припускаємо, що коефіцієнти регресії не залежать від концентрації, але ми ще не змогли визначити їх точніше, оскільки сталеві вироби - це єдині, які можна продати на ринок. Тому вони відсутні, напр. тоді як вимірювані дані для різних композицій Cr + Si.
З таблиці 1, складеної на основі бази даних, складеної з цитованої літератури, також ясно, що Co не впливає на температуру Ms і що мідь не залежить від її концентрації.
Оскільки інформація про температуру Ms дуже важлива як для зварників, так і для фахівців з термообробки, багато дослідників прагнули визначити температуру Ms емпірично [3]. Проаналізувавши ці кореляції, ми виявили, що наведені рівняння M s діють лише у вузькому діапазоні концентрацій і що розрахована температура виходить за межі діапазону. Сукупний ефект, заснований на наших теоретичних та відповідних теоретичних засадах, забезпечує набагато точніші результати. Для ілюстрації цього використовуються деякі статистичні характеристики, отримані під час обробки зразка з 300 елементів: коефіцієнт кореляції 0,9898, середнє відхилення виміряних та розрахункових температур становить 0,82 ° C, максимальне відхилення - 10 ° C.
Взаємозв'язок між радіатором Ms та радіатором попереднього нагрівання
Для того, щоб дослідити взаємозв'язок, зазначений у заголовку, ми використали дві високоміцні сталі з гарячим зануренням (таблиця 2 [14]). Порівняння виміряних та М та значень температури, розрахованих за складом, показало лише дуже незначні відмінності. На практиці концентрація кожного елемента коливається між стандартними межами складу, в крайньому випадку склад однієї дози до стандартної нижньої межі, а іншої - до верхньої межі. Для сталей, згаданих вище, ми розрахували температурне розширення M s, припускаючи, що всі ці елементи падають на нижню та верхню межі. З даних таблиці 3 ясно видно, що для кожної сталі температура M s коливається від 70 ° C до 70 ° C залежно від хімічного складу, який варіюється між стандартними межами складу. При розробці технології зварювання на цьому вертикальному рівні велике значення має нагрівальний елемент T e, який в обов’язковому порядку використовується для розтріскування та розтріскування.
При зварюванні високоміцної гарячекатаної сталі X20 CrMoV 12 1 література рекомендує температуру нагрівання 200… 300 ° C, щоб зменшити ризик повторення. Залежно від фактичного складу сталевої партії, розрахована температура Ms може становити 254 ° C, а внаслідок технологічних умов температура нагрівання зварювання становить 300 ° C. Замість мартенситного зварювання в таких екстремальних умовах зварювання рубцями відбувається в аустенітному стані при 46 ° C вище температури Ms. Оскільки аустенітна структура має хороші шліфувальні властивості, немає ризику розтріскування під час зварювання. Однак після нагрівання температура знижується до розшарованих значень, і аустеніт повністю перетворюється на мартенсит. Оскільки зміна структури тканини спричинює утворення внутрішніх напружень, сприйнятливість тріщин до з'єднання зростає.
В іншому випадку температура сталевої партії M s може становити 324 ° C, тоді як температура нагрівання становить лише 200 ° C. У цьому випадку відбувається мартенситне зварювання. Якщо перепад температури знижується до Ms-124 ° C, на зварювальній лінії створюється повністю мартенситна структура, яка пояснює ступінь стійкості до розтріскування під час зварювання.
Для усунення попередньої проблеми було розроблено марку сталі X10 CrNiVNb 9 1. Ця сталь вже має більш високу температуру M s через нижчий вміст вуглецю з точки зору зварювання. Якщо для цієї сталі температуру сталі підтримують на рівні 250 ° C, рубцем буде крутий мартенсит, значно нижчий за температуру MS. Зазвичай це не викликає труднощів, оскільки мартенсит з низьким вмістом вуглецю є легким і відносно гладким, що зменшує ризик розтріскування. Однак, незважаючи на нижчу тенденцію до тріщин, кінець розуму також не можна залишити поза цією сталлю.
Оптимальна температура для попереднього нагрівання
Визначаючи оптимальну температуру для попереднього нагрівання, слід мати на увазі принцип, що максимальна твердість і вміст мартенситу в теплопровіднику не повинні залежати від хімічного складу даного типу сталі. Kitиzцtt cйl е л mйleti megalapozбsa cйljбbуl kнsйrletekkel meghatбroztuk в austenitesнtйs utбn в kьlцnbцzх, М и lehиlt elхmelegнtйsi hхmйrsйkletekre kйtfйle нижче (rйgi йs новий обліковий запис) melegszilбrd acйl Фрон kнtуszilбrdsбgбt йs цsszevetettьk генерується hхhatбsцvezetben мартенситу зміст. Мета цього дослідження не є описом перебігу дослідження, тому зараз буде описаний лише кінцевий результат [16].
При розробці мартенситних сталей з практичного досвіду слід припустити, що при зварюванні цих сталей температура попереднього нагрівання зазвичай нижча, ніж температура сталі M s. Після зварювання подальше холодне зчеплення стає мартенситним у повній масі, і лише під час випуску воно досягає бажаної стійкості.
Кількість мартенситу в даному періодичному складі гарячої сталі залежить лише від різниці між попереднім нагріванням та температурою Ms, тому температура термостійкої сталі M s, що зварюється, є важливою.
Жа hхmйrsйklet йs felhasznбlva цsszetйtele kцzцtti erхs korrelбciуt на основі acйladag konkrйt 300 elemи mintбra від gressziуs цsszefьggйst hatбroztunk, при якому korбbban publikбlt szбmнtуkйpletek проти akбr eltйrйsйvel 100 ° C ви вже nйhбny ° С, тобто pontossбg' hegesztйsi elхmelegнtйsi hхmйrsйklet tervezйsйre додатків з.
З негативного знака коефіцієнта регресії можна зробити висновок, що більшість реципієнтів мають ефект зниження температури M с. Тільки поведінка Co і Cu відрізняється від загального характеру.
З оригінальної концепції діаграми Шеффлера ми показали, що поки відносний ефект ферритоутворюючих елементів є постійним, аустенітний ефект основних аустенітоутворюючих елементів (Mn, Cr,) не залежить від концентрації . Ця характеристика добре усувається у сталях із вмістом не більше 1% Cr шляхом відносної зміни значень x та y.
Припустимо, що знижуючий температуру ефект елементів Ms - подібно до піку стійкості до хрому - в корозійних сталях - змінюється не постійно, а поступово.
Загальність запропонованих нами методів нагрівання для визначення температури нагрівання доводить, що вони застосовуються не тільки для високоміцної гарячеоцинкованої сталі, але і для мартенситної корозії.