WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Исследование микроструктуры осуществлялось на образцах, подвергнутых механической шлифовке и полировке. Использовались приемы химического травления для определения различных составляющих структуры зон сварного соединения с помощью реактива, состоящего из 4%-ного спиртового раствора HNO3. После травления образцы промывались и высушивались фильтровальной бумагой. Съемку микроструктуры осуществляли на базе микроскопа “Neophot-30” при увеличениях х200 и х500. Металлографический анализ проводили с использованием промышленной системы анализа изображений SIAMS 600.

Коррозионная стойкость образцов против общей коррозии оценивалась гравиметрическим методом. Определялись потери массы образцов на единицу площади за время их пребывания в коррозионной среде с последующей оценкой коррозионной стойкости по изменению скорости коррозии. Значения скорости коррозии определяли согласно ГОСТ 9.506-87 через 96, 200, 400 и 720 часов выдержки образцов в агрессивной среде.

Для проведения коррозионных испытаний использовали агрессивную среду NACE (5 % -ный хлористый натрий NaCl + 0,5 % -ная уксусная кислота СН3СООН), насыщенную газообразным сероводородом до концентрации 2,8 г/л, pH 3,15.

Образцы помещали в герметичную камеру с приготовленной средой так, чтобы исключить контакт между образцами. Испытания проводили при атмосферном давлении и температуре 20±2 С.

Электролитическое полирование образцов для рентгеноструктурного анализа, проводимого с целью оценки уровня микронапряжений, осуществляли в электролите, состоящем из 10 % хлорной кислоты HClO4 и 90 % бутанола. После электрополировки образцы промывали в дистиллированной воде и сушили фильтровальной бумагой.

Рентгеноструктурный анализ проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М в Cu-K излучении (=1,54418 ). Съемку дифракционного пика (112) осуществляли методом пошагового сканирования с вращением образца и использованием графитового монохроматора на дифрагированном пучке.

Интегральную ширину пика определяли с использованием пакета прикладных компьютерных программ OUTSET.

В третьей главе приведены результаты механических испытаний.

Проведенные измерения на образцах сварных соединений в исходном состоянии выявили большой разброс значений микротвердости и твердости в ЗТВ.

При этом превышение максимальных значений твердости в ЗТВ относительно основного металла для стали 20 достигало 27 %, для стали 30ХГСА – 29 %.

После осадки и прокатки роликами в режиме СПД сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА с величиной деформации 20% и 40 % наблюдается равенство дисперсий и средних значений микротвердости и твердости для участков основного металла и ЗТВ при уровне доверительной вероятности 0,95.

Анализ результатов измерений по зонам сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА после деформации в режиме СПД (рисунок 1) выявил, что минимальный разброс значений твердости в ЗТВ, а также минимальная разница в средних значениях твердости основного металла и ЗТВ наблюдаются после прокатки роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 % по сравнению с деформациями 10 % и 40 %.

исходный образец = 20% исходный образец = 20% = 10% = 40% = 10% = 40% 210 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 расстояние от центра сварного шва, мм расстояние от центра сварного шва, мм - Сварной - - - ЗТВ - Основной - ЗТВ - Основной - Сварной - металл шов шов металл а) сталь 20 б) сталь 30ХГСА Рисунок 1 - Характер изменения значений твердости по зонам сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА при деформации в режиме СПД Твердость, НВ Твердость, НВ Характер изменения средних значений предела прочности и условного предела текучести по зонам сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА представлен на рисунке 2, а относительного удлинения – на рисунке 3.

сварной шов ЗТВ основной металл сварной шов ЗТВ основной металл исходный = 10% = 20% = 40% исходный = 10% = 20% = 40% а) сталь сварной шов ЗТВ основной металл сварной шов ЗТВ основной металл 900 500 исходный = 10% = 20% = 40% исходный = 10% = 20% = 40% б) сталь 30ХГСА Рисунок 2 - Характер изменения основных механических свойств по зонам сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА при деформации в режиме СПД сварной шов ЗТВ основной металл сварной шов ЗТВ основной металл 20 исходный = 10% = 20% = 40% исходный = 10% = 20% = 40% а) сталь 20 б) сталь 30ХГСА Рисунок 3 – Зависимости изменения относительного удлинения различных зон сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА при деформации в режиме СПД текучести, МПа Условный предел Предел прочности, МПа текучести, МПа Условный предел Предел прочности, МПа удлинение, % удлинение, % Относительное Относительное Из рисунков 2 и 3 видно, что прокатка роликами в режиме СПД приводит к снижению неоднородности механических свойств различных зон сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА относительно исходного состояния. При этом наилучшее сочетание прочностных свойств и характеристик пластичности достигается у образцов сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА после прокатки роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 %.

Для сравнения полученных свойств сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА после прокатки роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 % с известными и применяемыми на практике видами послесварочной обработки были проведены измерения микротвердости и твердости образцов сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА после отжига и ТЦО.

Распределение средних значений твердости по зонам сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА представлено на рисунке 4.

сварной шов ЗТВ основной металл сварной шов ЗТВ основной металл исходный деформация в отжиг ТЦО исходный деформация в отжиг ТЦО режиме СПД, режиме СПД, = 20 % = 20 % а) сталь 20 б) сталь 30ХГСА Рисунок 4 – Распределение средних значений твердости по зонам сварных соединений после различных видов обработки Анализ значений твердости по зонам сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА после отжига показал одинаковый характер изменения их значений в сторону уменьшения. ТЦО сварных образцов стали 30ХГСА приводит к повышению значений твердости во всех зонах сварного соединения, а ТЦО сварных образцов стали 20 приводит к повышению твердости только в основном металле.

Твердость, НВ Твердость, НВ Минимальный разброс значений твердости в каждой из зон сварного соединения наблюдается после ТЦО и прокатки роликами в режиме СПД. При этом минимальная разница в средних значениях твердости основного металла и ЗТВ сварных соединений обеих марок сталей наблюдается после прокатки роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 %.

В четвертой главе приведены результаты исследований микроструктуры сварных соединений сталей 20 и 30ХГСА, результаты коррозионных испытаний и рентгеноструктурных исследований.

Были получены фотографии микроструктур различных участков сварного соединения в исходном состоянии и после различных видов обработки.

Микроструктуры основного металла и участка перегрева ЗТВ сварных соединений представлены на рисунках 5 и 6.

ЗТВ Основной металл ЗТВ Основной металл а) без обработки б) после прокатки роликами в режиме СПД со степенью деформации 20 % ЗТВ Основной металл ЗТВ Основной металл в) после отжига г) после ТЦО Рисунок 5 – Микроструктура сварных соединений из стали 20 (х500) ЗТВ Основной металл ЗТВ Основной металл а) без обработки б) после прокатки роликами в режиме СПД со степенью деформации 20 % ЗТВ Основной металл ЗТВ Основной металл в) после отжига г) после ТЦО Рисунок 6 – Микроструктура сварных соединений из стали 30ХГСА (х200) Анализ микроструктур исходных сварных соединений из стали 20 показал, что основной металл и ЗТВ всех сварных соединений состоит из феррита и перлита, для микроструктуры сварного шва характерна дендритная структура зерен, ориентированных вдоль отвода тепла из зоны плавления металла при охлаждении.

При этом на участке перегрева ЗТВ было отмечено возникновение крупных зерен размером до 48 мкм. После отжига как в основном металле, так и в ЗТВ существенных изменений размера зерна не происходит. После ТЦО и прокатки роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 % наблюдается уменьшение среднего размера зерна в основном металле и на участке крупного зерна в ЗТВ. В результате этого средний размер зерен стали 20 в сварном соединении после ТЦО колеблется от 6 мкм до 7 мкм, после прокатки роликами в режиме СПД – от 7 мкм до 8 мкм. По полученным фотографиям микроструктур сварных соединений из стали 30ХГСА прослеживается уменьшение степени дисперсности ферритноцементитной структуры в ЗТВ образцов после прокатки роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 %, что является подтверждением некоторого снижения твердости на данном участке.

Результаты распределения размеров зерна в основном металле и ЗТВ сварных соединений из стали 20 представлены на рисунке 7.

основной металл ЗТВ исходный деформация в отжиг ТЦО режиме СПД, = 20 % Рисунок 7 – Зависимость отношения максимального и минимального размеров зерен от способа обработки сварных соединений из стали Из представленной зависимости очевидно, что после прокатки роликами в режиме СПД и ТЦО разнозернистость в ЗТВ уменьшается и структура становится более однородной. При этом наименьшие значения разнозернистости наблюдаются в ЗТВ после прокатки роликами в режиме СПД, которые приближаются к значениям разнозернистости основного металла.

Результаты изменения скорости коррозии сварных образцов после выдержки 720 часов, характеризующие общую картину изменения скорости коррозии, представлены на рисунке 8. На основании анализа изменения скорости коррозии сварных образцов был сделан вывод, что различные способы послесварочной обработки сварных соединений из сталей 20 и 30 ХГСА, кроме ТЦО сварных соединений из стали 30ХГСА, позволяют в равной степени снизить скорость общей сероводородной коррозии.

max / min 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,отжиг ТЦО деформация в основной исходное отжиг ТЦО деформация в основной исходное режиме СПД, металл сварное режиме СПД, металл сварное = 20 % соединение = 20 % соединение а) сталь 20 б) сталь 30ХГСА Рисунок 8 - Изменение скорости коррозии сварных соединений в результате послесварочной обработки после выдержки в коррозионной среде 720 часов Результаты рентгеноструктурных исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты рентгеноструктурных исследований Марка Интегральная Способ обработки материала ширина дифракционного сварного соединения максимума, град.

Исходное состояние 0,6106±0,(без обработки) = 10% 0,5310±0,Деформационная обработка в режиме = 20% 0,4203±0,Сталь сверхпластичности = 40% 0,5729±0,Термоциклическая обработка 0,4599±0,Отжиг 0,5252±0,Исходное состояние 0,6682±0,(без обработки) = 10% 0,6334±0,Деформационная Сталь обработка в режиме = 20% 0,4757±0,30ХГСА сверхпластичности = 40% 0,5463±0,Термоциклическая обработка 0,6962±0,Отжиг 0,6843±0,скорость коррозии, г · м -· ч -скорость коррозии, г · м -· ч -Рентгеноструктурные исследования позволили провести оценку микронапряжений кристаллической решетки металла в ЗТВ сварных соединений.

Установлено, что для сварных соединений из стали 20 все виды послесварочной обработки приводят к снижению микронапряжений, причем их минимальные значения наблюдаются после прокатки роликами в режиме СПД ( = 20 %). Для сварных соединений из стали 30ХГСА после отжига и ТЦО уменьшение микронапряжений не наблюдается, а прокатка роликами в режиме СПД ( = 20 %) позволяет максимально снизить микронапряжения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1 Разработаны методики осадки и прокатки роликами образцов сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА при температуре 730 С и постоянной скорости деформации 310-3 с-1, что соответствует режиму СПД основного материала.

2 Установлено, что при величине СПД 20 % достигается минимальная неоднородность механических свойств различных зон сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА. Значения предела прочности основного металла и ЗТВ для сварных соединений из стали 20 отличаются на 3,0 %, для сварных соединений из стали 30ХГСА на 4,2 %. При этом значения прочности и условного предела текучести основного металла и ЗТВ наиболее близки к значениям этих параметров до проведения сварки и СПД.

3 Показано, что по сравнению с ТЦО и рекристаллизационным отжигом прокатка роликами в режиме СПД с величиной деформации 20 % обеспечивает большую однородность структуры ЗТВ и основного металла. Вероятно, это связано с проявлением эффекта зернограничного проскальзывания, приводящего к активизации диффузионных процессов на границах зерен, что способствует повышению структурной однородности металла.

4 Установлено, что при величине СПД 20 % происходит максимальное уменьшение микронапряжений в ЗТВ сварных соединений из сталей 20 и 30ХГСА, что способствует снижению скорости общей сероводородной коррозии.

5 На основании полученных результатов в ОАО «Салаватнефтемаш» переданы для внедрения рекомендации по обеспечению энергосберегающих режимов ТМО, позволяющих снизить неоднородность механических свойств сварных соединений эллиптических днищ и штуцеров сосудов, работающих под давлением.

Автор выражает признательность д-ру техн. наук Р.Я. Лутфуллину за помощь в постановке экспериментальных исследований и консультации при выполнении диссертационной работы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Лутфуллин Р.Я., Горбачев С.В. Использование режимов сверхпластической деформации для повышения качества сварных швов // Сб. матер. Региональной науч.-практ. конф. молодых ученых Оренбургской области. – Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2003. – С. 54-55.

2 Лутфуллин Р.Я., Горбачев С.В. Повышение эксплуатационных свойств сварных соединений из конструкционных сталей в условиях авторемонтного производства // Прогрессивные технологии в транспортных системах: Сб. докл. VI Российской науч.-техн. конф.– Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. – С.66-69.

3. Щипачев А.М., Лутфуллин Р.Я., Горбачев С.В. Самоорганизация структуры зоны термического влияния сварного соединения конструкционных сталей 20 и 30ХГСА в температурно-скоростных режимах сверхпластической деформации // Прикладная синергетика – II: Сб. науч. трудов. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – Т.2. – С. 52-57.

4 Щипачев А.М., Лутфуллин Р.Я., Горбачев С.В. Повышение однородности структуры при деформационно-термической обработке сварных соединений стали 20 в режиме сверхпластической деформации // Перспектива: Сб. ст. молодых ученых №4. – Оренбург: ОГУ, 2004. – С.159-161.

5 Щипачев А.М., Горбачев С.В. Применение режимов сверхпластической деформации для повышения однородности механических свойств сварных швов в элементах нефтегазового оборудования // Перспектива: Сб. ст. молодых ученых №4.

– Оренбург: ОГУ, 2004. – С.162-166.

Pages:     | 1 || 3 |






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