Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей



Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей
Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей
Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей

 


Владельцы патента RU 2566241:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей" (RU)

Изобретение относится к области термической обработки и предназначено для термообработки сварных соединений контейнерного оборудования и узлов, работающих в условиях длительной эксплуатации под воздействием ударного нагружения и пониженных температур. Для получения необходимой структуры сварного соединения, обеспечивающей повышение характеристик работоспособности в условиях низкотемпературного ударного нагружения осуществляют термическую обработку сварного соединения путем его нагрева до температуры, не превышающей точки Ac1 со скоростью не более 30-50°C/ч, выдержки при заданной температуре, и последующего охлаждения с печью, при этом осуществляют ступенчатый нагрев, сначала до температуры 450±10°C с выдержкой 5-10 ч, а затем до температуры 650±10°C, а охлаждение в печи проводят до температуры 150°C со скоростью не более 30-50°C/ч и далее на воздухе. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области технологии термической обработки металли-ческих материалов и предназначено для термообработки сварных соединений контей-нерного оборудования и узлов, работающих в условиях ударного нагружения при по-ниженных температурах.

Известны различные способы термической обработки сварных соединений из сталей перлитного класса, позволяющие снизить сварочные напряжения и повысить вязкопластические свойства сварного соединения. Однако известные технические ре-шения не обеспечивают требуемого уровня основных физико-механических и служеб-ных характеристик обрабатываемого металла, используемого для изготовления различ-ного контейнерного оборудования по транспортировке и хранению отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов.

Анализ известных технических решений по термической обработке основного металла и его сварных соединений показывает, что основным их недостатком является весьма сильное охрупчивание металла зоны термического влияния, вследствие актив-ного выделения в процессе охлаждения пластинчатого перлита и нескоагулированных карбидов цементитного типа и, в частности, третичного цементита. Формируемое при этом структурное состояние сварного соединения способствует повышению уровня ос-таточных сварочных напряжений в сварной конструкции, снижает хладноломкость ме-талла ЗТВ и, в первую очередь, его вязкопластические характеристики, что существен-но снижает работоспособность и эксплуатационную надежность сварных конструкций контейнерной техники.

Известен способ: Хромченко ФА. "Сварка оборудования электростанций". - М. Энергия, 1977 г., с. 241. Данный способ также позволяет снизить послесварочные напряжения и уменьшить коробление конструкции, для чего вся конструкция после сварки подвергается медленному нагреву, выдержке при температуре, не превышающей точку Aci, и медленному охлаждению с печью (до 300°С). Известное техническое ре-шение может быть рекомендовано для термической обработки сварных изделий и уз-лов стационарного оборудования электростанций. Однако данный способ термообра-ботки не обеспечивает получение нужного структурного состояния в экономнолегиро-ванных кремнемарганцовистых сталях и не отвечает предъявляемым требованиям по сдаточным характеристикам сварного соединения. Недостатком известного способа обработки является также и то, что он вследствие охрупчивания сварного соединения, не позволяет выйти на требуемый уровень сдаточных характеристик по ударной вязко-сти и другим критериям хладостойкости.

Известен: "Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеро-дистых феррито-перлитных сталей" (патент РФ № 2299252 от 16.11.2005 г.), который позволяет снизить послесварочные напряжения и уменьшить коробление конструкции, для чего вся конструкция после сварки подвергается нагреву до температуры, не пре-вышающей точки Асi, выдержке при заданной температуре, охлаждению с печью до температуры не превышающей более чем на 150°С температуру начала образования ко-герентного с матрицей третичного цементита, затем охлаждают со скоростью 130-150°С/ч до 250±50°С, а далее на воздухе - прототип.

Недостатком этого способа является возможность возникновения на участке деформа-ционного старения зоны термического влияния (ЗТВ) сварного соединения пониженной хладостойкоcти вследствие выделения нескоагулированных карбидов третичного цементита.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка техноло-гии термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей, позволяющей повысить хладостойкость металла зоны термического влияния, в результате чего обеспечивается повышение работоспособности сварных со-единений в условиях низкотемпературного ударного нагружения и, в частности мате-риалов различного контейнерного оборудования по транспортировке и хранению от-работавшего ядерного топлива и других радиоактивных отходов.

Технический результат достигается изменением известного режима термиче-ской обработки низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей за счет того, что нагрев сварного соединения до температуры, не превышающей точки Асi, осуществляют со скоростью не более 30-50°С/ч, выдержку при заданной температуре и последующее ох-лаждение сварного соединения осуществляют с печью. При этом изделие до темпера-туры не превышающей точки Асi нагревают ступенчато, первоначально до температу-ры 450±10°С с выдержкой 5-10 часов, а затем до температуры, не превышающей точки Асi, а охлаждение в печи проводят до температуры 150°С со скоростью не более 30-50°С/час и далее на воздухе.

Известно, что образование третичного цементита приводит к снижению значе-ний ударной вязкости металла ЗТВ, особенно тогда, когда карбиды имеют эллиптиче-скую или пластинчатую форму. Термообработка сварного соединения по известному способу (прототип) в процессе послесварочного отпуска не позволяет при проводимом нагреве осуществлять коагуляцию и сфероидизацию третичного цементита.

Для получения коагуляции и сфероидизации цементитных включений была про-ведена выдержка в процессе нагрева при температуре 450°С. Для оценки влияния сту-пенчатого нагрева на форму карбидов было выполнено металлографическое исследова-ние тонкой структуры стали марки 09Г2СА-А. Исследование проводилось на просвечи-вающем электронном микроскопе Tecnai G230 S-TWIN производства фирмы FEI при ус-коряющем напряжении 200 кВ, регистрацию изображений структуры производили с по-мощью цифровой CCD-камеры Gatan Ultrascan-1000, которой оснащен просвечивающий электронный микроскоп.

Выполненные исследования показали, что в результате отпуска при темпера-туре 450°С происходит наряду с коагуляцией и сфероидизацией третичного цементита (фиг. 1).

Как указано в предлагаемом способе, первоначально, при проведении послесва-рочного отпуска, в процессе нагрева проводят выдержку при температуры 450°С в те-чение 5-10 часов, а затем дальнейший нагрев изделия до температуры, не превышаю-щей точку Асi . При этом в процессе выдержки происходит коагуляция карбидов це-ментитного типа, а при последующем нагреве его частичное растворение. При после-дующем охлаждении за счет пересыщения стали по углероду происходит обогащение третичного цементита по углероду и его коагуляция.

Необходимо учитывать и то, что цементит при замедленном охлаждении в печи наиболее интенсивно выделяется в диапазоне температур от 350 до 250°С. В связи с этим, в этом же диапазоне необходимо осуществлять охлаждение сварных конструкций со скоростью не более 30-50°С/ч.

Заявителем был выполнен комплекс лабораторных, стендовых и опытно-промышленных работ по отработке новых высокоэффективных технологий сварки и термической обработки создаваемой новой высоконадежной контейнерной техники. В частности, было выполнено сварное соединение из низкоуглеродистой феррито-перлитной стали марки 09Г2СА-А, химический состав которой приведен в табл.1. В процессе проведения послесварочного отпуска на стадии нагрева была выполнена вы-держка при температуре 450°С в течение 5-10 ч.

В табл. 2 представлены результаты металлографических исследований по выяв-лению влияния термической обработки на распределение и размер карбидных частиц на участках зоны термического влияния: на расстоянии 1,5 мм от линии сплавления (участок нормализации) и участке термодеформационного старения - 6 мм от линии сплавления, а также на основном металле.

Как видно из полученных результатов, на расстоянии 1,5 и 6 мм от линии сплав-ления сварного шва, а также на основном металле плотность выделения мелких кар-бидов снижается, что оказывает положительное на процесс коагуляции коагуляцию карбидных фаз и ударную вязкость.

Ожидаемый технико-экономический эффект предлагаемого технического реше-ния выразится в возможности создания новых образцов специальной техники за счет повышения эксплуатационной надежности и долговечности сварных соединений, бла-годаря повышению их хладостойкости.

Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей, включающий нагрев до температуры, не превышающей точку AC1, выдержку при заданной температуре и последующее охлаждение сварного соединения с печью до температуры 150°C со скоростью не более 30-50°C/ч и далее на воздухе, отличающийся тем, что нагрев сварного соединения осуществляют со скоростью не более 30-50°C/ч ступенчато, сначала до температуры 450±10°C с выдержкой 5-10 ч, а затем до температуры, не превышающей точку AC1.



 

Похожие патенты:

Стыковочная машина может быть использована для соединения контактной сваркой концов последовательных полос (11, 12) в установке обработки полос. Две симметрично расположенные пары зажимных губок (22, 32, 31, 21) устройства для сварки первого конца одной полосы (11) со вторым концом другой полосы (12) предназначены для удержания и позиционирования с целью соединения сваркой концов полос (11, 12).

Изобретение может быть использовано для термической обработки сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности, соединения диска и лопаток блисков.

Изобретение относится к способам термической обработки рельсов. Способ включает повторный нагрев сварной зоны рельсов в области P, расположенной на расстоянии С от центра Q сварного шва, причем 0,2Lh≤C≤3Lh, где Lh - длина зоны термического воздействия (HAZ) в сварной зоне рельса.

Изобретение относится к способу и устройству сварки металлических проволок. Сварку выполняют с помощью лазерного источника с образованием сварного соединения, по существу, не выходящего за радиальное поперечное сечение свариваемых проволок.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении бурильных труб из легированных марок стали с требованиями к работе удара сварного соединения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения надежности сварных соединений стальных конструкций и увеличения срока их службы.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройству внепечной термообработки сварных изделий, и может быть использовано в разных отраслях промышленности для термообработки крупногабаритных сварных изделий в области сварочных швов без использования печного оборудования, а также для предварительного нагрева торцов изделий перед сваркой.

Изобретение относится к области термомеханической обработки сварных соединений, например сварных стыков рельсов, и может быть использовано на железнодорожном транспорте.

Изобретение может быть использовано при термической обработке сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности сварных соединений диска и лопаток, например дисков ротора в моноблоке с лопатками - блисков.
Изобретение относится к способу внепечной термообработки крупногабаритных сварных изделий в области сварочных швов. Способ осуществляют в камере нагрева, выполненной в форме сегмента, повторяющего форму поверхности нагреваемой части изделия, и ограниченной корпусом, коллекторами подачи газа и отбора дыма и нагреваемой поверхностью изделия.

Изобретение относится к области изготовления ротора турбины газотурбинного двигателя, состоящего из двух и более деталей, изготовленных преимущественно из никелевого жаропрочного сплава с применением электронно-лучевой сварки. Способ включает получение по меньшей мере двух заготовок компонентов ротора из высокопрочного деформируемого никелевого сплава, предварительную термическую обработку заготовок, их соединение посредством электронно-лучевой сварки с формированием сварного шва и окончательную термическую обработку сварной конструкции ротора. Формирование сварного шва производят путем перемещения свариваемых заготовок относительно источника излучения со скоростью 5-30 м/ч, заготовки компонентов ротора получают из жаропрочного деформируемого никелевого сплава, содержащего, мас.%: углерод 0,05-0,07, хром 14-16, кобальт 15-17, молибден 4,5-5, вольфрам 1-1,8, ниобий 4,2-4,7, суммарное содержание алюминия и титана 2,5-3, цирконий 0,5-0,8, бор 0,001-0,003, магний 0,01-0,03, лантан 0,01-0,03 и неизбежные примеси и никель - остальное. Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение работоспособности конструкции ротора при температуре до 750°C, повышение надежности сварных соединений, повышение прочности сварного шва и основного металла заготовок. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области термической обработки сварных рельсовых стыков и может быть использовано на железнодорожном транспорте. Устройство для обработки сварного рельсового стыка содержит установочный зажимной и центрирующий узел для захвата головки рельса. Захватывающий элемент разъемно захватывает головку рельса. Нагревательное и охлаждающее устройство соединено с установочным и зажимным центрирующим узлом и размещено над головкой рельса. Нагревательное и охлаждающее устройство содержит нагревательный элемент для нагрева зоны измененной структуры сварного рельсового стыка и охлаждающий элемент для указанной зоны. Достигается возможность улучшения получаемой микроструктуры сварного рельсового стыка и рельсов вблизи него. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой оплавлением стальной детали, в частности подшипникового кольца. При осуществлении стыковой сварки производят оплавление и осадку с получением сварного шва (24). Способ включает этап подведения тепла (22) к по меньшей мере сварному шву (24) детали (14, 30, 32) после этапа осадки при сварке для повышения температуры сварного шва (24) или для поддержания температуры сварного шва (24) на повышенном уровне. Способ включает также этап охлаждения указанной детали (14, 32, 32) до температуры, превышающей температуру начала образования мартенсита (Ms), перед указанным этапом приложения тепла (22) к детали (14, 30, 32) после этапа осадки при сварке. Способ позволяет избежать или уменьшить образование дефектов, в частности трещин, при сварке оплавлением за счет получения микроструктуры стали в зоне термического воздействия вблизи сварного шва, соответствующей микроструктуре основного металла. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх