Оценка возможности контактно-стыковой сварки оплавлением труб из теплоустойчивой стали 15Х5М

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Cr-Mo-стали используются при высоких температурах и давлениях, в том числе в критических компонентах современных сверхкритических и ультрасверхкритических тепловых электростанций. Благодаря уникальной способности выдерживать высокие температуры и давления эти стали также используются в критически важных компонентах ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Неоднородность микроструктуры и механических свойств по всему сварному соединению является решающим фактором, приводящим к снижению его работоспособности и преждевременному выходу из строя. Послесварочная термообработка является основным методом улучшения механических свойств. Однако механизм эволюции механических свойств, связанных с неоднородной микроструктурой, после термообработки остается неясным, что затрудняет проектирование процесса термообработки и комплексную оценку его эффекта. Цель работы: провести оценку возможности контактно-стыкового способа сварки труб из стали 15Х5М, подобрать технологические параметры при контактно-стыковой сварке труб с получением высоких показателей механических свойств. Методы исследования. Эксперименты выполнялись на контактно-стыковой машине МСО-201Н. Были проведены механические испытания на статистическое растяжение, анализ химического состава и металлографические исследования. Результаты и обсуждение. Технологические параметры контактно-стыковой сварки оплавлением труб, изменяемые в ходе наших исследований, показывают, что давление осадки и припуск на искрение влияют на конечные прочностные свойства сварного стыка. По результатам металлографических исследований можно отметить особенности эволюции микроструктуры. Заметное снижение содержания первичного огрубевшего феррита наблюдается в структуре сварного шва после отпускной термообработки. Применение послесварочной термообработки позволило уменьшить твердость в сварном стыке до уровня нормативных требований. Представленные результаты. Влияние термообработки на механические свойства анализируется на основе сравнения режимов термообработки отпуска для снятия напряжений и нормализации с отпуском с точки зрения повышения механических свойств при испытаниях на растяжение. Результаты показывают, что после отпускной термообработки эволюция механических свойств в каждой подзоне сварного соединения является последовательной, т. е. твердость и прочность на разрыв уменьшаются, а ударная вязкость увеличивается. Примечательно, что наиболее существенное повышение вязкости наблюдается в зоне сварного шва, прежде всего за счет значительного уменьшения присутствия доэвтектоидного феррита.

Об авторах

Ю. И. Карлина

Email: jul.karlina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6519-561X
канд. техн. наук, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, Ярославское шоссе, 26, г. Москва, 129337, Россия, jul.karlina@gmail.com

В. Ю. Конюхов

Email: konyukhov_vyu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9137-9404
канд. техн. наук, профессор, Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия, konyukhov_vyu@mail.ru

Т. А. Опарина

Email: martusina2@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9062-6554
Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия, martusina2@yandex.ru

Список литературы

  1. Effect of temperature range on thermal-mechanical fatigue properties of P92 steel and fatigue life prediction with a new cyclic softening model / J.-b. Wen, C.-Y. Zhou, X. Li, X.-M. Pan, L. Chang, G.-D. Zhang, F. Xue, Y.-F. Zhao // International Journal of Fatigue. – 2019. – Vol. 129. – P. 105226. – doi: 10.1016/j.ijfatigue.2019.105226.
  2. Effect of post-weld heat treatment on the microstructure and hardness of P92 steel in IN740H/P92 dissimilar weld joints / W. Seo, J. Suh, J.H. Shim, H.S. Lee, K.B. Yoo, S. Choi // Materials Characterization. – 2020. – Vol. 160. – P. 110083. – doi: 10.1016/j.matchar.2019.110083.
  3. Kumar A., Pandey C. Some studies on dissimilar welds joint P92 steel and Inconel 617 alloy for AUSC power plant application // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2022. – Vol. 198. – P. 104678. – doi: 10.1016/j.ijpvp.2022.104678.
  4. Dak G., Pandey C. A critical review on dissimilar welds joint between martensitic and austenitic steel for power plant application // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 58. – P. 377–406. – doi: 10.1016/j.jmapro.2020.08.019.
  5. Masuyama F. Low-alloyed steel grades for boilers in ultra-supercritical power plants // Materials for ultra-supercritical and advanced ultra-supercritical power plants. – Woodhead Publ., 2017. – P. 53–76. – doi: 10.1016/B978-0-08-100552-1.00002-6.
  6. Status of development of VM 12 steel for tubular applications in advanced power plants / J. Gabrel, W. Bendick, B. Vandenberghe, B. Lefebvre // Energy Materials. – 2006. – Vol. 1 (4). – P. 218–222. – doi: 10.1179/174892406X173657.
  7. Creep-fatigue life evaluation for grade 91 steels with various origins and service histories / H. Shigeyama, Y. Takahashi, J. Siefert, J. Parker // Metals. – 2024. – Vol. 14 (2). – P. 148. – doi: 10.3390/met14020148.
  8. Обеспечение технологической прочности сварных соединений из мартенситных хромистых сталей типа 15Х5М / А.А. Халимов, Н.В. Жаринова, А.Г. Халимов, А.М. Файрушин // Нефтегазовое дело. – 2012. – Т. 10, № 3. – С. 102–108.
  9. Халимов А.А., Жаpинова Н.В. Оптимизация технологии высокотемпеpатуpной теpмической обpаботки сваpных соединений из хpомистых жаpопpочных сталей // Технология машиностроения. – 2009. – № 10. – С. 19–25.
  10. ГОСТ 20072–74. Сталь теплоустойчивая. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1974. – 19 с.
  11. РД 153-34.1-003-01. Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования (РТМ-1с): утв. Минэнерго России 02.07.2001. – СПб.: ДЕАН, 2002. – 463 с.
  12. Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа стали типа 15Х5М (временная инструкция) / А.Р. Исхаков, Ю.С. Медведев, Н.М. Королев, Р.С. Зайнуллин, А.Г. Халимов, И.М Кутлуев, Ю.А. Черных, А.Ф. Тишкин. – М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1992. – 8 с.
  13. Ручная электродуговая сварка с регулированием термических циклов конструктивных элементов нефтехимического оборудования из закаливающихся сталей типа 15Х5М: РТМ 26-17-076-87. – М.: Минхиммаш, 1987. – 26 с.
  14. Тукаев Р.Ф., Файрушин А.М., Кучуков Т.М. Совершенствование технологии изготовления узла «труба – трубная решетка» кожухотрубчатого теплообменного аппарата из жаропрочной стали 15Х5М применением лазерной сварки // Современное машиностроение. Наука и образование. – 2013. – № 3. – С. 1179–1185.
  15. Оценка коррозионной стойкости комбинированных соединений труб с трубной решеткой, полученных с применением различных способов сварки / А.С. Токарев, Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, С.Е. Черепашкин, Д.Ш. Муликов // Нефтегазовое дело. – 2019. – № 6. – С. 114–133. – doi: 10.17122/ogbus-2019-6-114-133.
  16. Investigation of macro and micro structures of compounds of high-strength rails implemented by contact butt welding using burning-off / M.G. Shtayger, A.E. Balanovskiy, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina, Yu.I. Karlina A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012190. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012190.
  17. Surface hardening of structural steel by cathode spot of welding arc / A.E. Balanovskiy, M.G. Shtayger, A.I. Karlina, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, Yu.I. Karlina, A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012138. – doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012138.
  18. Study of impact strength of C-Mn-Si composition metal after wire-arc additive manufacturing (WAAM) // A.E. Balanovskiy, N.A. Astafyeva, V.V. Kondratyev, Y.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – 24. – P. 67–73. – doi: 10.17580/cisisr.2022.02.10.
  19. Study of the effect of nanomodifiers from silicon production wastes on morphological form of gray cast iron graphites / A.E. Balanovskiy, A.I. Karlina, A.D. Kolosov, Y.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2021. – Vol. 21. – P. 64–69. – doi: 10.17580/cisisr.2021.01.11.
  20. Fabricius A., Jackson P.S. Premature grade 91 failures – worldwide plant operational experiences // Engineering Failure Analysis. – 2016. – Vol. 66. – P. 398–406.
  21. Optimization study of post-weld heat treatment for 12Cr1MoV pipe welded joint / Z. Liu, X. Hu, Z. Yang, B. Yang, J. Chen, Y. Luo, M. Song // Metals. – 2021. – Vol. 11 (1). – P. 127. – doi: 10.3390/met11010127.
  22. Effect of post-weld heat treatment on the toughness of heat-affected zone for grade 91 steel / B. Silwal, L. Li, A. Deceuster, B. Griffiths // Welding Journal. – 2013. – Vol. 92 (3). – P. 80s–87s.
  23. Critical review on magnetically impelled arc butt welding: challenges, perspectives and industrial applications / M. Chaturvedi, A. Vendan Subbiah, G. Simion, C.C. Rusu, E. Scutelnicu // Materials. – 2023. – Vol. 16. – P. 7054. – doi: 10.3390/ma16217054.
  24. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126 (1). – P. 012016. – doi: 10.1088/1757-899x/126/1/012016.
  25. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage / E.A. Efremenkov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, M.V. Grechneva, A.V. Olisov, A.D. Ens // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 5. – doi: 10.3390/app12010005.
  26. Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. The method of quantitative automatic metallographic analysis // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 803 (1). – P. 012094. – doi: 10.1088/1742-6596/803/1/012094.
  27. Skeeba V.Yu., Ivancivsky V.V. Reliability of quality forecast for hybrid metal-working machinery // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 194 (2). – P. 022037. – doi: 10.1088/1755-1315/194/2/022037.
  28. Defining efficient modes range for plasma spraying coatings / E.A. Zverev, V.Y. Skeeba, P.Y. Skeeba, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 87 (8). – P. 082061. – doi: 10.1088/1755-1315/87/8/082061.
  29. Скиба В.Ю. Гибридное технологическое оборудование: повышение эффективности ранних стадий проектирования комплексированных металлообрабатывающих станков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – C. 62–83. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-62-83.
  30. Исследование процесса автоматического управления сменой полярности тока в условиях гибридной технологии электрохимической обработки коррозионностойких сталей / М.А. Борисов, Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, В.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 1. – С. 6–15. – doi: 10.17212/1994-6309-2020-22.1-6-15.
  31. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – doi: 10.1007/s11015-022-01271-9.
  32. Development of rolling procedures for pipes of K55 strength class at the laboratorial mill / R.R. Adigamov, K.A. Baraboshkin, P.A. Mishnev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 24. – P. 60–66. – doi: 10.17580/cisisr.2022.02.09.
  33. Change in the properties of rail steels during operation and reutilization of rails / K. Yelemessov, D. Baskanbayeva, N.V. Martyushev, V.Y. Skeeba, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina // Metals. – 2023. – Vol. 13. – P. 1043. – doi: 10.3390/met13061043.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».