WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При анализе опыта ученых В.Н. Земзина, Р.З. Шрона, Н.М. Королева, Н.В. Кирилличева, П.М. Королькова и других в области применения термической обработки был сделан вывод, что наиболее рациональным видом термической обработки змеевика печи блока подготовки установки АВТМ-9, изготовленного из жаропрочной закаливающейся хромомолибденовой стали 15Х5М, является выполнение полной объемной термической обработки. Вызывает интерес технология, включающая в себя закалку с нагревом выше верхней критической точки полиморфного превращения (Ас3) с интенсивным охлаждением водой и дальнейший высокотемпературный отпуск (рис.3). Такое сочетание видов и режимов термообработки рассматривалось применительно к создавшейся ситуации, исходя из влияния их на изменение свойств металла, как в отдельности, так и при их совместном действии. Так, при одних и тех же температурах нагрева при увеличении времени выдержки твердость сначала уменьшается, а затем резко возрастает. Аналогично при постоянном времени выдержки, меняя температуру нагрева, можно изменять свойства хромомолибденовой стали в широких пределах, что было показано на натурных образцах (рис.4).

Необходимо отметить следующие основные особенности проведения предлагаемой ресурсосберегающей технологии:

1) первый этап проведения полной термообработки по режиму закалки был осуществлен в процессе тушения пожара, поэтому о возможных режимах ее выполнения (температуре нагрева, выдержке, скоростях нагрева и охлаждения) можно судить лишь косвенно после визуального и измерительного контроля объекта и проведения комплексных лабораторных исследований структуры и свойств металла. При внешнем осмотре наружной поверхности труб змеевика локальных изменений формы в виде отдулин, провисания труб вследствии перегрева и отклонений от геометрической формы, превышающих допустимые нормы не обнаружено. Для определения механизма и условий охрупчивания образцы из стали 15Х5М подвергались закалке в лабораторных условиях с последующим замером твердости и изучением микроструктуры. Вследствие этого было установлено, что максимальная температура нагрева металла труб змеевика при пожаре, вероятно, достигала не более 9501000С (область I на рис.3);

10 0 2) второй этап полной терА З к а к а пр I а л и С С п ж р т ше и о а о у н и мообработки по режиму высокого В с й о п к ы ок и т ус отпуска должен проводиться по I I технологии, учитывающей состояние охрупченности металла змеевика и сварных соединений после проведения закалки, наличие в ней возможных мест конРис. 3. График полной термообработки змеевика трубчатой печи:

центраций напряжений (в виде I – закалка при пожаротушении, II – развивающихся дефектов, с оценкой высокий отпуск степени их опасности существующими методами технического диагностирования);

3) необходимо также учитывать уникальность проводимой операции с точки зрения крупногабаритности термообрабатываемой конструкции и обеспечения равномерности нагрева по всем зонам змеевика, так как значительный перепад температур по объему печи может привести к возникновению новых напряжений и изменению геометрических размеров змеевика или его разрушению;

4) при выборе режимов проводимого высокого отпуска в печи необходимо также учесть различие свойств средней закаленной части с повышенной твердостью и нормальной твердости по концам труб змеевика, а также наличие там монтажных стыков, выполненных аустенитными электродами, нагрев которых выше температуры 550С приведет к неблагоприятным структурным изменениям в зоне сплавления с аустенитным швом.

Выбор оптимального режима термической обработки сварных конструкций весьма сложен и требует одновременного учета изменения ряда свойств сварных соединений и основного металла, а также влияния на надежность изделия уровня остаточных напряжений. С повышением легирования и прочности стали этот выбор становится все более трудным. Поэтому если для сварных соединений малоуглеродистых стаHB HB 38 38 лей ограничиваются 30 обычно лишь знанием 36 степени снятия свароч- 32 ных напряжений и изменения ударной вязкости 28 и твердости разных зон в результате проведения 24 отпуска, то для соедине18 ний среднелегированных 20 0 18 18 хромомолибденовых 17 сталей номенклатура ре- 16 0 14 гулируемых терми30 0 50 0 И С. t, Е. C 1 3 И С. tч.

., ческой обработкой а) б) Рис. 4. Зависимости изменения твердости стали свойств, оказывающих 15Х5М от температуры (а) и времени выдержки (б) при решающее значение на отпуске: 1 – нагрев до температуры 650 °С; 2 - нагрев до температуры 740 °С надежность конструкций, заметно расширяется.

Согласно РТМ26-44-82 для сталей типа 15Х5М, высокий отпуск рекомендуется проводить при температуре нагрева до 730-780С.

При выборе скоростей нагрева учитывалась повышенная опасность образования трещин в интервале температур 550-680С для сварных конструкций из хромомолибденовых сталей.

Длительность выдержки при температуре отпуска обеспечивает равномерный прогрев всего крупногабаритного змеевика трубчатой печи и полноту протекания релаксационных процессов и структурных превращений в закаленных участках.

В целях оптимизации режима высокого отпуска в лабораторных условиях образцы, вырезанные из наиболее охрупченной средней части труб змеевика печи, подвергались термообработке при различных температурах нагрева при отпуске.

Первые образцы нагревались до температуры 740°С со скоростью 30-50°С/ч.

Время выдержки изменялось для них от 0,5 до 2 часов. Восстановление свойств металла с завышенной твердостью происходит уже при выдержке в 30 минут. Твердость металла с исходной твердостью 360-410 единиц при этом снижается на 150160 единиц по Бринеллю.

Степень снижения твердости при дальнейшем увеличении продолжительности выдержки падает (линия 2, рис.4, б): при выдержке 1 час значение твердости уменьшается по сравнению с исходным на 160-165 НВ, при выдержке 2 часа – на 180 НВ.

По графику видно, что имеет место высокая степень снижения твердости, что может привести к заниженным значениям твердости при термической обработке. Следовательно, появляется возможность понижения температуры нагрева при высоком отпуске.

По мере понижения максимальной температуры нагрева установлено, что требуемая степень восстановления свойств охрупченного металла достигает своего регламентируемого уровня при 650 °С (рис. 4, а). Так же, как и в первом случае (для 740°С), менялось время выдержки образцов. Оказалось, что необходимый результат по твердости получается уже при выдержке всего в 40 минут (линия 1, рис.4, б). При дальнейшем увеличении выдержки (более 1 часа) степень снижения твердости закаленного металла существенно возрастает, что приведет к снижению прочности восстанавливаемых труб змеевика.

Уменьшение температуры нагрева на 50-80С от регламентируемой и времени выдержки в 1,5-2 раза можно объяснить большой концентрацией термических и структурных напряжений и неравновесностью закаленного металла, стремящегося при отпуске к компенсации напряжений и получению более равновесной структуры.

Отмеченный факт требует специального изучения и научного обоснования.

На основе анализа результатов проведенных исследований с целью оптимизации режимов термической обработки предложена технология, предусматривающая проведение объемной термообработки продуктового змеевика по режиму высокого отпуска за счет обогрева от собственных горелок печи с обязательным выполнением рекомендуемых специальных технологических мероприятий.

Термическую обработку необходимо выполнить по режиму:

1. Равномерный нагрев труб радиантных и конвекционной секции продуктового змеевика печи до температуры:

– 650-680°С прямых участков труб на длине до 8-10 метров, имеющих завышенную величину твердости; для этого горелки с четвертой по седьмую (отсчет ведется с западной стороны) должны работать в максимальном режиме нагрева;

– 500-530°С в области сварных стыков продуктового змеевика соединеных калачами и на прямых участках, выполненных аустенитными электродами марки ОЗЛ-6; в этих целях горелки с первой по третью и с восьмой по десятую должны работать на пониженном режиме горения и на зоны этих стыков шириной не менее 1500 мм необходимо накладывать тепловую асбестовую изоляцию.

2. Выдержка при указанных температурах составила 60 минут.

Хотя при термообработке образцов в лабораторных условиях восстановление свойств сварного шва и основного металла наблюдалось при выдержке всего 30 минут и дальнейшее увеличение времени выдержки существенно не влияло на результаты, учитывая большие размеры змеевика, при проведении объемной термообработки в печи было увеличено время выдержки при максимальной температуре отпуска до 60 минут. Здесь возникает проблема осуществления, поддержания и регулирования температурного режима при помощи форсунок печи. Поэтому перед проведением термической обработки змеевика в печи было предложено провести замену газовых горелок печи на более совершенной конструкции.

3. Скорость нагрева не должна превышать 50°С в час.

4. Медленное охлаждение (при уменьшающемся горении топлива в форсунках) до 300°С со скоростью охлаждения не более 100°С в час.

На рис. 5 приведены сравнительные данные по оптимальным режимам термической обработки для отдельных участков змеевика печи.

Контроль температуры при термической обработке осуществлялся термоэлектрическими преобразователями (термопарами) с самопишущими приборами. Наиболее приемлемы хромель-алюмелевые термопары (ТХА) и термоэлектродные провода экранированные или в оплетке из стальной проволоки марок ПТП-9, ПТПЭ и ПТВП.

б а в 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ВРЕМЯ, ч Рис. 5. Режимы проведения объемной термической обработки змеевика трубчатой печи по режиму высокого отпуска:

а) регламентируемый в нормативных документах; б) прямых участков закаленных труб с твердостью 360-410 НВ; в) участки крутоизогнутых калачей с твердостью ниже 200 НВ Для регистрации температуры использовались потенциометры марок КСП-2, КСП-3 и КСП-4.

Количество термопар устанавливалось из условия надежности контроля температуры по всей термообрабатываемой поверхности труб продуктового змеевика, но не менее 3-х в каждой зоне повышенной твердости. Размещение термопар производилось на трубах № 3, 14 и 21 радиантной секции южного и северного экранов ТЕМПЕРАТУРА, С (одну в середине между 3-й и 4-й трубными решетками и две по краям зон повышенной твердости труб). Контролировались также температуры в зоне стыков гнутых калачей и на выходе дымовых газов из камеры конвекции в дымовую трубу (на перевале – П1, П2, П3).

Расположение термопар по объему печи показано на рис.1.

Результаты контроля температур в процессе термической обработки по отдельным зонам печи для каждой точки замера обрабатывались с помощью программного обеспечения "Microsoft Excel", и был выполнен анализ изменения температурного поля с течением времени по отдельным зонам. После объединения этих данных стала видна полная картина распределения температур по всему объему печи. Результаты анализа выборочно приведены на рис. 6.

Как видно из графиков, распределение температурного поля во времени по всему объему печи имеет относительно равномерный характер. Необходимо отметить небольшой перепад температур (запаздывание по времени) в верхней и нижней части печи по отношению к ее среднему уровню. Этот перепад составляет 20-40С и объясняется конструкцией печи. Перепад температур по длине печи находится в пределах, установленных разработанной технологией термической обработки.

Изменение температуры по высоте печи по сечению III-III Температура, С Термопара №8 на трубе №Термопара №5 на трубе №Время, ч Термопара №2 на трубе №200-300 300-400 400-500 500-600 600-Изменение температуры по длине печи на уровне трубы №Температура,С Термопара №6 на отводе трубы №Термопара №9 на трубе №Термопара №8 на трубе №Термопара №7 на трубе №Время, ч Термопара №3 на отводе трубы №200-300 300-400 400-500 500-600 600-Рис. 6. Анализ теплообмена по всему объему печи Третья глава посвящена исследованию свойств основного металла и сварных соединений змеевика трубчатой печи до и после проведения термической обработки.

Исследования механических свойств металла образцов печной трубы 21910 мм радиантной камеры показали, что основной металл труб и сварные стыки имеют весьма заниженные пластические свойства. Хотя угол загиба сварных соединений соответствует нормативным требованиям (образцы загибались без образования трещин выше 50 градусов), их относительные удлинения не превышают 3,3 - 4,1% и сужения 1,9%. При металлографических исследованиях, ультразвуковой и гамма-дефектоскопии сварных стыков выявлены трещиноподобные дефекты типа подрезов и непроваров вдоль и в корне шва в допустимых пределах.

Часть образцов, вырезанных из охрупченных участков трубчатого змеевика без термической обработки показали очень низкие вязкопластические свойства по относительному удлинению и сужению. Последнее можно объяснить образованием закалочных структур вследствие резкого охлаждения при пожаротушении. Наиболее опасными с этой точки зрения являются сварные соединения, которые находятся в сложнонапряженном состоянии из-за наличия в них твердых участков (твердых прослоек), насыщенных различными дефектами и склонных к повреждениям в процессе эксплуатации. С этой точки зрения, надежность безопасной эксплуатации трубчатого змеевика, выполненного из стали 15Х5М, в первую очередь определяется напряженно-деформированным состоянием сварных соединений.

В диссертации разработаны теоретические предпосылки для прогнозирования допустимых параметров хрупких твердых прослоек в сварном соединении.

Особенностью напряженно-деформированного состояния твердых прослоек является реализация в них эффекта контактного разупрочнения, заключающегося в возникновении благоприятной «мягкой» схемы напряженного состояния и приводящей к улучшению деформационных характеристик сварного соединения (удлинения, сужения, трещиностойкости и др.). Базируясь на установленных закономерностях распределения касательных напряжений на контактной плоскости твердой прослойки, при которой ее металл полностью перейдет в пластическое состояние, получены уточненные формулы для оценки напряженного состояния полей твердых прослоек.

Распределение касательных напряжений ху от свойств и размеров представлено в следующем виде:

ом (Kс -1) в в xy =, (1) Kс Т в где вОМ – предел прочности Рис. 7. Схема сварного соединения с твердой прослойкой основного (мягкого) металла;

Кв – отношение предела текучести твердой прослойки к пределу прочности основного металла (Кв=тТ/вОМ);

т=hт/d – относительная ширина твердой прослойки;

- относительная координата (рис.7);

с – константа.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»