Формирование мартенситосодержащих гетерогенных структур в Cr-Mo-V трубных сталях методами термической обработки

• Автор: Аль Катави Али Адван Хаммуд
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1.Требования к материалам труб нефтегазового сортамента, определяемые условиями их работы

1.2.Особенности легирования и термической обработки трубных марок сталей

1.3.Перспективные режимы термической обработки трубных марок сталей

1.3.1. Межкритическая закалка

1.3.2. Изотермическая закалка

1.3.3. Применение компьютерного моделирования для научнообоснованного выбора режима термической обработки сталей

1.4. Постановка задачи исследования

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1.Исследуемые сплавы
2.2.Термическая обработка стали 26Х1МФА
2.3.Термическая обработка стали 25Х2М1ФА
2.4.Термическая обработка стали 35ХНЗМФА
2.5.Методика исследований
2.5.1 Металлографический метод
2.5.2 Растровая электронная микроскопия
2.5.3 Просвечивающая электронная микроскопия
2.5.4 Дилатометрический метод
2.5.5 Механические испытания на ударный изгиб
2.5.6 Механические испытания на растяжение
2.5.7 Измерение микротвердости
2.6. Определение погрешностей измерений
3. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБ ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР БЕЙНИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ
3.1.Исследование кинетики распада переохлажденного аустенита в изотермических условиях в интервале температур бейнитного превращения

3.2 Исследование кинетики распада переохлажденного аустенита в изотермических условиях в интервале температур бейнитного превращения
3.3 Влияние времени изотермической выдержки в интервале температур бейнитного превращения на структуру и механические свойства исследуемой стали
3.4 Заключение по главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА ПОСЛЕ АУСТЕНИТИЗАЦИИ СТАЛИ В МЕЖКРИТИЧЕСКОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР И ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ В РЕЗУЛЬТАТЕ МЕЖКРИТИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКИ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ВЫСОКОГО ОТПУСКА
4.1. Определение критических точек и особенностей формирования аустенита в межкритическом интервале температур и его распада при охлаждении из однофазной у области
4.2. Изучение кинетики распада при непрерывном охлаждении аустенита, сформировавшегося в межкритическом интервале температур
4.3. Формирование структуры и комплекса свойств исследуемой стали в результате межкритической закалки и последующего отпуска
4.4. Заключение по главе
5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА DEFORM 3D ДЛЯ РАСЧЕТА ФОРМИРУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТРУКТУРНЫХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В МУФТОВОЙ ЗАГОТОВКЕ РАЗМЕРОМ 276X26,5 ММ ИЗ СТАЛИ 20Х1МФА
5.1.Исходные данные для моделирования
5.2.Моделирование закалки
5.3.Моделирование прерванной закалки
5.4.Моделирование изотермической закалки 5.5.Заключение по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Трубная промышленность России, особенно в лице лидеров - динамично развивающихся предприятий «большой восьмерки» таких как: ОАО «Синарский трубный завод», ОАО «Северский трубный завод», ОАО «Таганрогский металлургический завод», ОАО «Волжский трубный завод» (входящие в состав «Трубной металлургической компании»), ОАО «Первоуральский новотрубный завод», ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» (оба входят в состав группы ЧТПЗ), ОАО «Выксунский металлургический завод» и ОАО «Альметьевский трубный завод» (оба в составе Объединенной металлургической компании) является одним из локомотивов развития ее экономики. Для неё характерно использование самого современного оборудования от ведущих мировых производителей, богатые традиции и высокая культура производства и большой научно-технический потенциал, поддерживаемый как заводскими специалистами, так и специализированными центрами, такими как РосНИТИ, Самарский ИТЦ, научный центр ОМК, и научными коллективами ведущих университетов. Причем необходимо подчеркнуть, что техническое перевооружение вышеперечисленных предприятий было осуществлено в основном в последнее десятилетие. Страны, модернизирующие или строящие собственную трубную промышленность, безусловно, должны изучать опыт российских трубников. С точки зрения развития материаловедения и термической обработки высокопрочных сталей для производства обсадных труб представляет интерес процесс замены традиционных марганцовистых сталей сталями типа 25Х1МФА проходивший в конце двухтысячных годов. Оказалось, что эти материалы позволяют получить комплекс свойств, отвечающий требованиям стандартов к трубам самых высоких групп прочности, в том числе в хладостойком и сероводородостойком исполнении. В настоящее время российские материаловеды сосредоточены на поиске других перспективных систем легирования [1]. Однако по нашему мнению потенциал сталей типа 25Х1МФА до сегодняшнего дня не раскрыт полностью и есть еще возможности повысить комплекс свойств сталей этой группы путем применения тщательно разработанных режимов термической обработки. Такие режимы должны быть разработаны на основе знаний особенностей фазовых и структурных превращение, протекающих при нагреве и охлаждении. Основные закономерности уже установлены, но остается несколько слабо освещенных областей, выяснению которых и посвящена настоящая работа.

работы [53] акцентируют внимание на том, что сначала контуры иглы образуются относительно небольшим количеством микрофрагментов, довольно редко расположенных в аустените (рисунок 1.6, а). Затем, при дальнейшем превращении аустенита, в промежутках между этими микрофрагментами возникают новые микрофрагменты.
Все это свидетельствует о перераспределении углерода в процессе бейнитного превращения и о прерывистом, дискретном, характере этого превращения. Каждый микрофрагмент по своей природе является мартенситом. Иглы нижнего бейнита в большинстве случаев представляют собою сочетание микрофрагментов и прослоек между ними бесструктурного мартенсита или аустенита и реже сочетание только микрофрагментов.
Кинетика роста бейнитных кристаллов рассматривается, исходя из двух предельных точек зрения:
1. бездиффузионный рост кристаллов;
2. рост, контролируемый диффузией.
По кинетической теории фазовых превращений Любова [55], в промежуточной области температур диффузия атомов замедлена, но вместе с тем затруднена релаксация структурных напряжений, возникающих в исходной кристаллической решетке при выделении кристалла новой фазы. В верхней области температур превращения аустенита структурные напряжения быстро релаксируют и главную роль играют концентрационные; в нижней области структурные напряжения оказываются определяющими.
В случае промежуточного превращения аустенита кристаллы растут в виде пластин, отношение толщины к длине которых мало, и поэтому можно приближенно рассматривать край пластины, как имеющий форму параболического цилиндра (рисунок 1.10) [55].
Скорость роста бейнитного кристалла путем дрейфа даже с учетом замедляющей роли встречной диффузии оказывается на один - два порядка больше, чем при нормальной диффузии. Преобладающее влияние диффузии углерода от растущего бейнитного кристалла проявляется в верхней области температур промежуточного превращения, примыкающей к перлитной области, в которой релаксация возникающих при росте кристалла напряжений протекает сравнительно быстро и роль дрейфа мала. Таким образом, вероятно, верхний бейнит образуется при лимитирующей роли преимущественно диффузии, а нижний при превалирующей роли дрейфа [55].
При температурах выше интервала 450... 400 °С образуется верхний бейнит, а ниже - нижний бейнит, причем ниже точки Мн в изотермических условиях в основном образуется нижний бейнит, а при непрерывном охлаждении - мартенсит [53].