Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Особенности структуры и свойства зоны термического влияния сварных соединений сталей класса прочности К56

Диссертация: Особенности структуры и свойства зоны термического влияния сварных соединений сталей класса прочности К56
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Тенденции к повышению производительности перекачки нефти и газа определили необходимость перехода на более высокий уровень давления в трубопроводе (номинальное рабочее давление свыше 9,8 МПа), а также использования труб с наибольшими разрешенными для магистральных трубопроводов диаметрами: 1420 мм для газопроводов и 1220 мм для нефтепроводов. Данные обстоятельства обусловили применение для… Читать ещё >

Особенности структуры и свойства зоны термического влияния сварных соединений сталей класса прочности К56 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Аналитический обзор современного состояния металловедения сварки трубных сталей. Постановка цели и задач исследования
    • 1. 1. Требования к сталям и прокату для магистральных трубопроводов
    • 1. 2. Развитие трубных сталей
      • 1. 2. 1. Технология производства низколегированных трубных сталей
      • 1. 2. 2. Механизм дисперсионного упрочнения трубных сталей
    • 1. 3. Производство сварных соединений трубопроводов
    • 1. 4. Формирование структуры сварных соединений
      • 1. 4. 1. Структура участков зоны термического влияния
      • 1. 4. 2. Превращения в зоне термического влияния сварных соединений трубных сталей
        • 1. 4. 2. 1. Ферритное превращение
        • 1. 4. 2. 2. Бейнитное превращение
        • 1. 4. 2. 3. Мартенситное превращение
    • 1. 5. Влияние химического состава стали на структуру и свойства сварных соединений
      • 1. 5. 1. Влияние легирующих элементов
      • 1. 5. 2. Влияние микролегирующих элементов
    • 1. 6. Свариваемость трубных сталей
    • 1. 7. Цель и задачи работы
  • 2. Объект и методы исследования
    • 2. 1. Выбор материала исследований
    • 2. 2. Методы и оборудование для экспериментальных исследований
      • 2. 2. 1. Сварочное оборудование и материалы
      • 2. 2. 2. Исследование влияния технологических параметров сварки на
        • 2. 2. 3. 1. Проверка адекватности регрессионной модели
      • 2. 2. 4. Анализ микроструктуры и рентгенофазовый анализ
      • 2. 2. 5. Оценка механических свойств
    • 2. 3. Определение температурно-временных параметров металла при воздействии сварки
      • 2. 3. 1. Расчет параметров термического цикла сварки
      • 2. 3. 2. Исследование температурного состояния многослойных сварных соединений
  • 3. Исследование воздействия дуговой сварки на структуру и свойства проката класса прочности К
    • 3. 1. Влияние химического состава стали на склонность к образованию трещин при воздействии сварки
    • 3. 2. Исследование влияния технологических параметров дуговой сварки на структуру и свойства металла околошовного участка прока- 53 та класса прочности К
      • 3. 2. 1. Влияние параметров ручной дуговой сварки
      • 3. 2. 2. Влияние параметров механизированной сварки
      • 3. 2. 3. Влияние параметров автоматической сварки
      • 3. 2. 4. Исследование свойств металла околошовного участка в зависимости от параметров режима сварки
    • 3. 3. Исследование влияния скоростей охлаждения на структуру и свойства металла околошовного участка
    • 3. 4. Исследование структуры и свойств металла околошовного участка в зависимости от уровня погонной энергии сварки

    4. Исследование влияния режимов сварки на структуру и свойства многослойных сварных соединений проката класса прочности К56. 4.1. Исследование влияния режимов сварки на структуру многослой ных сварных соединений проката класса прочности К56.

    4.2. Послойное изучение изменения структуры многослойных сварных соединений проката класса прочности К56.

    4.3. Исследование влияния режимов сварки на механические свойства многослойных сварных соединений проката класса прочности К56.

    4.4. Исследование влияния углеродного эквивалента на трещиностойкость проката класса прочности К56 при сварке.

    4.5. Внедрение результатов диссертационной работы.

Начало XXI века для России охарактеризовалось реализацией крупных инженерно-технических проектов по строительству магистральных нефтеи газопроводов нового поколения, прокладываемых в сложных природно-климатических и сейсмогеологических условиях.

К 2006 году трубная промышленность оценивала потребность в 1 млн. т. в год качественного листового проката. На тот момент, по мнению российских производителей труб, отечественная металлургия была не способна производить металлопрокат для выпуска труб большого диаметра, необходимых для реализации крупных проектов в нефтегазовой отрасли. Для удовлетворения потребностей «Транснефти» и «Газпрома» подходил лист, производимый на металлургических предприятиях Украины, Польши, Кореи.

В 2009 году на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат (ММК)» был пущен в строй реверсивный широкополосный стан горячей прокатки, стан «5000». Основу выпускаемого сортамента составили труб-ный-штрипсовый толстолистовой прокат, поставляемый по различным классам прочности. Основными потребителями продукции стана стали предприятия трубной промышленности — «Челябинский трубопрокатный завод» и «Выксунский металлургический завод».

Тенденции к повышению производительности перекачки нефти и газа определили необходимость перехода на более высокий уровень давления в трубопроводе (номинальное рабочее давление свыше 9,8 МПа), а также использования труб с наибольшими разрешенными для магистральных трубопроводов диаметрами: 1420 мм для газопроводов и 1220 мм для нефтепроводов. Данные обстоятельства обусловили применение для производства трубопроводов высокопрочного низколегированного проката классов прочности К56, К60, К65, К70, так как использование сталей с меньшими прочностными свойствами приводило бы к чрезмерно высоким расчетным значениям толщины стенки трубы.

Низкая себестоимость обусловила широкое применение способов дуговой сварки при производстве труб и монтаже трубопроводов. Однако, неоднородность структуры и свойств, характерных для сварных соединений приводят к разрушению и определяют продолжительность безаварийной эксплуатации трубопроводов.

Целью настоящей работы является обеспечение формирования требуемых структуры и свойств сварных соединений проката класса прочности К56 при различной технологии дуговой сварки, которая была успешно решена в ниже приводимой диссертационной работе.

Общие выводы.

Проведены комплексные исследования взаимосвязи структуры и механических свойств металла зоны термического влияния сварных соединений трубной проката класса прочности К56, выполненных дуговыми способами сварки (ручная дуговая покрытым электродом, механизированная плавящимся электродом в среде защитного газа, автоматическая под слоем флюса) при варьировании параметров режима и погонной энергии, позволившие установить ряд закономерностей и обеспечить выбор рациональных параметров сварки.

1. По методу валиковой пробы установлены закономерности изменения структуры и механических свойств металла околошовного участка ЗТВ высокопрочной низколегированной стали класса прочности К56:

— В диапазоне скоростей охлаждения со6/5 = 1,9 — 87°С/с металл ОШУ имеет структуру низкоуглеродистого бейнита пластинчатой морфологии, толщина пластин изменяется от 4 до 0,5 мкм, а твердость металла изменяется диапазоне 151 — 239 НУ.

— Характер изменения твердости (151 — 239 НУ) и микротвердости (1398 -2192 МПа) металла околошовного участка при различных способах и режимах дуговой сварки (53,5 — 1,3 кДж/см) говорит о том, что исследуемая сталь не склонна к образованию мартенситных структур и холодных трещин.

— Получены регрессионные уравнения, адекватно описывающие зависимость механических свойств (твердости, ударной вязкости) металла околошовного участка от управляемых параметров режима сварки (сварочный ток, скорость сварки). Применение разработанных уравнений позволяет выбирать режимы сварки без учета фактора напряжения. Выражения могут быть использованы для выбора параметров однопроходной сварки, при ремонтных работах или сварке корневого слоя. На основе полученных уравнений была создана программа для ЭВМ.

2. Установлены закономерности изменения структуры и механических свойств металла околошовного участка ЗТВ многослойных сварных соединений высокопрочного проката класса прочности К56 из низколегированной стали:

— При суммарной погонной энергии сварки (15,2−33,6 кДж/см) металл сварных соединений характеризуется наличием структурной неоднородности по высоте соединений. Металл околошовного участка верхней части соединений характеризуется наличием видманштеттового феррита по границам зерен и пластинчатых структур внутри зерна. Вследствие эффекта автотермообработки структура металла околошовного участка нижней части характеризуется нормализованной ферритной структурой (номер зерна 5 — 6 по ГОСТ 5639).

— Снижение уровня суммарной погонной энергии (менее 20 кДж/см) способствует уменьшению размера околошовного участка и приводит к понижению максимальной твердости на 19 НУ, с 161 до 142 НУ за счет меньшего перегрева металла, что обеспечивает более высокую стабильность механических свойств сварного соединения.

3. Для более адекватного определения склонности высокопрочного проката класса прочности К56 из низколегированной стали к образованию мар-тенситных структур и холодных трещин при воздействии термических циклов сварки по значению углеродного эквивалента предложены модифицированные параметрические уравнения с измененным коэффициентом эквивалентности марганца.

4. Предложены рациональные режимы дуговой сварки, обеспечивающие наименьшее ухудшение структуры и свойств металла околошовного участка сварных соединений проката класса прочности К56. Режимы опробованы в условиях производственной площадки и рекомендованы к использованию.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Collberg L., Moshagen H. New International pipeline codes did they meet the expectations? // Proceedings of The Thirteenth (2003) International Offshore and Polar Engineering Conference Honolulu. Hawaii. USA. May 25 — 30. 2003.
  2. Corbetl K.T., Bowen R.R., Peterson C.W. High strength pipeline economics// Proceedings of The Thirteenth (2003) International Offshore and Polar Engineering Conference Honolulu. Hawaii. USA. May 25 30. 2003.
  3. Malcolm Gray J. Niobium bearing steels in pipeline projects// Niobium science and technology, Proc. Int. Symposium on Niobium, Orlando, Florida, Dec. 2−5,2001.
  4. Стали для газопроводных труб и фитингов. Труды конференций. Пер. с англ./ Под. ред. А. В. Рудченко. М.: Металлургия, 1985. 480 с.
  5. Ю.И., Литвиненко Д. А., Голованенко С. А. Сталь для магистральных трубопроводов//М.Металлургия, 1989, 288 с.
  6. СТО Газпром 2−2.2−136−2007 «Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. Часть I»
  7. В.И. и др. Пути повышения качества газонефтепроводных труб нового поколения// Потенциал, № 4, 2007, с. 24.
  8. Shin S.Y., Hwang В., Lee S., Kang K.B. Effects of Notch Shape and Specimen Thickness on Drop-Weight Tear Test Properties of API X70 and X80 Line-Pipe Steels// Metall. Mater. Trans. A, 2007, vol.38A, pp.537 551.
  9. Э.Л. Сварка и свариваемые материалы Т.1 // М.: Металлургия, 1991, 528с.
  10. Liessem A., Erdelen-Peppler М. A critical view on the significance of HAZ toughness testing// Proceedings of IPC2004 International pipeline conference. Calgary. Alberta. Canada. October 4−8, 2004.
  11. Ниобийсодержащие низколегированные стали. Хайстеркамп Ф., Хулка К., Матросов Ю. И., Морозов Ю. Д., Эфрон Л. И., Столяров В. И., Чевская О. Н. М.: «СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 1999 — 94 с.
  12. В.И., Морозов Ю. Д., Матросов Ю. И., Эфрон Л. И. // Потенциал. 1998. № 2. С. 58−61.
  13. Ю.И., Морозов Ю. Д., Донец Р. И. и др. // Сталь. 1985. № 10. С. 66−68.
  14. Hillenbrand H.-G., Gras М., Kalwa С. Development and production of high strength pipeline steels // Niobium science and technology, Proc. Int. Symposium on Niobium, Orlando, Florida, Dec. 2−5, 2001.
  15. K.K. Сварка, резка и пайка металлов // М.:Машгиз, 1952,380с.
  16. .Е. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением//М.: Машиностроение, 1974, 768с.
  17. Renwick B.G., Patchett В.М. Operating characteristics of the submerged arc process// Welding journal, Welding research supplement, March 1976, pp.69 -76.
  18. X., Ямадзаки Я., Коно К. Сварка сталей используемых при низких температурах: Пер. C. J1. Масленникова. М.: Машиностроение, 1978. — 161 е., ил.
  19. Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. Ред. Н. П. Алешина, Г. Г. Чернышова. М.: Машиностроение, 2004. Т.1/ Н. П. Алешин, Г. Г. Чернышов, Э. А. Гладков и др. — 624 е.: ил.
  20. В.Ф., Денисенко А. В. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. К., «Наукова Думка», 1978. 276 с.
  21. А.И., Алехин В. П., Ермаков С. И. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. Изд. 2-е, изд., испр. и доп. — М.: Машиностроение, 2003. — 560с. ил.
  22. Matsuda F., Fukada Y., Okada H., C. Shiga Review of mechanical and metallurgical investigations of martensite-austenite constituent in welded joints in Japan, Welding in the World, No.3, Vol.37, 1996, 134 154.
  23. Harrison P.L., Hart P.H.M. HAZ microstructure and its role in the fracture of microalloyed steels welds, 2nd Griffith Conference on micromechanisms offracture and their structural significance, Sheffield, UK, 13−15 September 1995, 57−68.
  24. Hamada M. Control of strength and toughness at the heat affected zone, welding international, No. 17(4), 2003, 265 270.
  25. M.X. Металловедение сварки стали и сплавов титана// М.: Наука, 1965.-336 с.
  26. Seyffarth P., Meyer В., Scharff А. Gro? er Atlas scwei?-ZTU-Schaubilaer. Dusseldorf: Deutscher Verlagfur Schwei? technik, DVS-Verl., 1992. — 176 S.
  27. Easterling K. Introduction to the physical metallurgy of welding. 2nd edition// Butterworth-Heinemann Ltd., 1992 280 p.
  28. Kirkaldy J.S., Tomson B.A., Baganis E.A. Hardenability concepts with applications to steel. Warrendale, PA: AIME, 1978. — 82 p.
  29. Р.П., Христов Xp. Г. О видманштеттовых структурах углеродистых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. № 2. С. 3 7.
  30. Kirkaldy J.S., Venugopolan D. Phase transformations in ferrous alloys / Eds A.R. Marder, J. I. Goldstein. AIEM, Warrendale, PA: AIME, 1984. — 125 p.
  31. Bramfit B.L., Speer J.G. A perspective on the morphology of bainite, Metall. Trans. A, 1990, vol. 21 A, 817 829.
  32. Zener C. Kinetics of the decomposition of austenite // Trans. AIME. -1946.- 167.-P. 550−555.
  33. Р.И. Превращения аустенита в стали // М.: Металлургиздат, 1960, 252с.
  34. Hillter М. Thermodynamics and kinetics isothermal transformation in steel // Jerkont. ann. 1957. — 141. — P. 758 — 767.
  35. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in steels Transformation, Microstructure and Properties. 2nd edition, IOM Communications, London, 2002, 450.
  36. Kirkaldy J.S. Diffusion-controlled phase transformation in steel. Theory and applications // Scand. J. Met. 1991. — 20. — P. 51 — 61.
  37. Krauss G., Thompson S.W. Ferritic microstructures in continuously cooled low- and ultralow-carbon steels, ISIJ Int., 35 (1995), No.8, 937 945.
  38. Kirkaldy J.S. Advances in phase transformation. Oxford: Pergamon press, 1988.-238 p.
  39. Теория сварочных процессов: Учеб. для вузов по спец. «Оборуд. и технология сварочн. пр-ва"/ В. Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров и др.- Под ред. В. В. Фролова. М.: Высш. шк., 1988. 559 е.: ил.
  40. Bhadeshia H.K.D.H. Developments in martensitic and bainetic steels: role of the shape deformation // Metal Sci. 1981. — 15. — P. 175.
  41. Kaplan D., Lambert-Perlade A. Influence des composMs „marlensite-austenite residuelle“ sur la tenacite des zones affectees par la chaleur lors du soudage des aciers C-Mn, La Revue de Metallurgie-CIT, Octobre 2001, 889 898.
  42. Bhadeshia H.K.D.H. A thermodynamic analysis of isothermal transformation diagrams // Ibid. 1982. — 16. — P. 159- 165.
  43. Thompson S.W., Col vin D.J., Krauss G. Austenite decomposition during continuous cooling of an HSLA-80 plate steel, Metall. Trans. A, 1996, vol. 27A, 1557- 1571.
  44. Thompson S.W., Colvin D.J., Krauss G. Continuous cooling transformations and microstructures in a low-carbon, high-strength low-alloy plate steel// Metall. Trans. A, 1990, vol. 21 A, pp.1493 1507.
  45. Lee J.-L., Bhadeshia H.K.D.H. Computer simulation of microstructural evolution in thermomechanical processing of steel plate // Mater. Sci. Eng. A. -1993.- 171.-P. 223.
  46. И., Мацуда Ф. Металлографическое исследование мартенстно-аустенитной составляющей (MAC) металла ЗТВ высокопрочных низколегированных сталей, Автоматическая сварка, 1994, №.3 (492), 22−30.
  47. Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей // М.: Машиностроение, 1981, 247с.
  48. N., Сое F.E., Gooch T.G., Hart P.H.M., Jenkins N» Pargeter R. J Welding steels without hydrogen cracking (2nd edition) // Woodhead Publishing, 1993.
  49. Dueren C., Niederhoff K. Recommended procedure for girth welding of large-diameter pipes// EP/TP 01/90 en.
  50. Graf M., Niederhoff K. Toughness behavior of the heat-affected zone (HAZ) in double submerged-arc welded large-diameter pipe, Pipeline Technology Conference, 1518 October 1990, Oostende, Belgium.
  51. Л.С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей).- М.: Машиностроение, 1979, 253 с.
  52. А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд. М: Металлургия, 1986, 544 с.
  53. Hulka К., Aleksandrov S. Promising tube steels for gas pipelines // Metallurgist, Vol.50, № 3 4, 2006.
  54. Hart P., Mitchell P. S. Effect of Vanadium on the Toughness of Welds in Structural and Pipeline Steels // Welding Journal research Supplement, July 1995, pp 239 248.
  55. Mitchell P. S., Hart P.H.M., Morrison W.B. The effect of microalloying on HAZ toughness, MICROALLOING 95, Eds. M. Korchynsky et. al., T&SS, Pittsburgh, USA, 1995, 149 162.
  56. Hulka K., Gray J.M. High temperature processing of line-pipe steels // Niobium science and technology, Proc. Int. Symposium on Niobium, Orlando, Florida, Dec. 2−5, 2001.
  57. Отчет по научно-исследовательской работе «Разработка технологии производства штрипса трубной стали типа 05Г1Б для изготовления труб» ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина»
  58. Mitchell P. S., Morrison W.B. The manufacture, properties and weldability of vanadium-containing steels // HSLA Steels 95, Beijing, China, 25 29 October, 1995.
  59. H.H. Горячие трещины при сварке. Машгиз, 1952. 218 с.
  60. М.Х., Ерохин A.A. и др. Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов М.: Машиностроение, 1973. 224 с.
  61. А.Н. Электрошлаковая сварка с регулированием термического цикла. М.: Машиностроение, 1984. 208 с.
  62. Ефименко J1.A., Елагина О. Ю., Вышемирский Е. М. Особенности подхода к оценке свариваемости низкоуглеродистых высокопрочных трубных сталей // Сварочное производство. 2010. № 5. С. 5 11.
  63. Г. И. Нормативные требования к вязкости разрушения трубных сталей // Сварочное производство. 2010. № 5. С. 36 39.
  64. М.Х., Белов В. В. Фазовые превращения и изменения свойств стали при сварке. Атлас. Изд-во «Наука», 1972, 1 219.
  65. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие: В 2-х т. Т. 2: Сварочные проволоки и электроды/ H.H. Потапов, Д. Н. Баранов, О. С. Каковкин и др.- Под общ. ред. H.H. Потапова. М.: Машиностроение, 1993.-768 е.: ил.
  66. М.Х., Чернышова Т. А., Красовский А. И. Испытания металлов на свариваемость. Изд-во «Металлургия», 1972, 240 с.
  67. Н.В. Основы теории планирования инженерного эксперимента: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. -146 с.
  68. Ф.С., Арсов Я. Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение- София: Техника, 1980. — 304 с.
  69. H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке, Машгиз, М., 1951.
  70. Н.В. Расчеты тепловых процессов при сварке, наплавке и термической резке: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1996.
  71. JI.C., Хакимов А. Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1989. — 336 е.: ил.
  72. А.Н., Сычков А. Б., Шекшеев М. А. Исследование свариваемости высокопрочной трубной стали класса прочности К56 // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2012. № 3. С. 24 26.
  73. Л.А., Елагина О. Ю., Капустин O.E., Вышемирский Е. М. Исследование свариваемости высокопрочных трубных сталей категории прочности Х80 // Сварочное производство. 2009. № 2. С. 3 7.
  74. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / Т338 A.B. Коновалов, A.C. Куркин, Э. Л. Макаров, В. М. Неровный, Б.Ф. Якушин- Под ред. В. М. Неровного. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007.
  75. А.Н., Сычков А. Б., Шекшеев М. А. Исследование структуры и механических свойств сварных соединений стали класса прочности К56 при различных параметрах режима сварки // Сварочное производство. 2013. № 1. С. 3 -7.
  76. Программы, зарегистрированные в реестре программ для ЭВМ Российской Федерации, Per. номер 2 011 619 499 http://www.fips.ru
  77. И.В., Рыбин В. В., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Принципы легирования, фазовые превращения, структура и свойства хладостойких свариваемых судостроительных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 1. С. 9 15.
  78. В.Д., Муравьев К. А., Калянов А. И. Особенности ручной дуговой сварки корневых швов неповоротных стыков нефтепроводов, эксплуатируемых в условиях Западной Сибири // Сварочное производство. 2005. № 12. С. 38−41.
  79. М.Н. Вязкость малоуглеродистых сталей. М.: Металлургия, 1973. 224 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!