Обеспечение комплекса механических свойств зоны термического влияния сварных соединений труб классов прочности Х80, Х90 на основе исследования фазовых превращений и структуры

• Автор: Иванов, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.01, 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 209 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Требования к трубам для магистральных трубопроводов.

1.2 Развитие трубных сталей в России и за рубежом.

1.3 Производство прямошовных труб большого диаметра.

1.4 Влияние легирующих и микролегирующих элементов на структуру и свойства ЗТВ

1.4.1 Влияние легирующих элементов

1.4.2 Образование карбони гридов микролегирующих элементов

1.4.3 Влияние микролегирующих элементов на размер зерна.

1.4.4 Влияние микролегирующих элементов на упревращение

1.4.5 Влияние микролегирующих элементов на механические свойства

1.5 Особенности формирования структуры в зоне термического влияния
1.5.1 Структура участков зоны термического влияния
1.5.2 Фазовые превращения в спит при нагреве
1.5.3 Особенности диффузионного превращения аустенита при охлаждении в ЗТВ.
1.5.4 Особенности сдвигового превращения аустенита при охлаждении в ЗТВ
1.5.5 Особенности промежуточного превращения аустенита в ЗТВ
1.5.5.1 Общая характеристика
1.5.5.2 Классификация бейнитных структур
1.5.5.3 Факторы, влияющие на образование аустенитомартенситных участков
1.5.5.4 Морфологические формы и свойства аустенитомартенситных участков
1.5.6 Изменение механических свойств в ЗТВ
1.5.6.1 Влияние аустенитомартенситных участков на свойства ЗТВ.
1.5.6.2 Влияние размера зерна на вязкость стали.
1.6. Постановка задачи
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материал для исследования
2.2 Производственнотехнологический процесс изготовления трубы.
2.3 Исследование превращения аустенита при нагреве и охлаждении, имитирующем термический цикл сварки
2.3.1 Оборудование и образцы для исследования
2.3.2 Режимы обработки.
2.3.3 Обработка результатов и построение термокинетических диаграмм
2.4 Исследование структуры.
2.4.1 Исследование микроструктуры
2.4.2 Электронномикроскопические исследования
2.5 Определение химического состава
2.6 Механические испы тания
2.6.1 Испытания на растяжение
2.6.2 Испытания па ударный изгиб.
2.6.3 Испытание на вязкость разрушения.
2.6.4 Испытание сварного соединения на статический изгиб.
2.6.5 Измерение твердости
2.7. Измерение геометрических параметров сварного соединения.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ЗОНЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРУБ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИИ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦИКЛА СВАРКИ.
3.1 Особенности технологии сварки труб.
3.2 Температурное поле при мпогодуговой сварке под флюсом
3.2.1 Экспериментальное определение температурного поля при многодуговой сварке под флюсом
3.2.2 Расчетная методика определения температурного поля при многодуговой сварке под флюсом
3.2.2.1 Формулировка прямой задачи теплопроводности
3.2.2.2. Формулировка обратной задачи теплопроводности.
3.2.2.3 Экспериментальная верификация математической модели
3.2.2.4. Температурное поле мри сварке руб диаметром мм с толщиной стенки .7 мм из стали класса прочности Х К.
3.3 Исследование дилатометрических кривых после имитации термических воздействие при сварке
3.4 Исследование термокинетических диаграмм для различных участков ЗТВ после имигации термического цикла сварки
3.4.1 Термокинетические диаграммы для участка крупного зерна после нагрева до Ттах С
3.4.2 Термокинетические диграммы для участка полной перекристаллизации
3.4.2.1 После нагрева до Ттах С
3.4.2.2 После нагрева до Ттзх 0 С.
3.4.3 Микроструктуры участка частичной перекристаллизации после нагрева
ДО Ттах 0, 0 С.
3.4.4. Микроструктура участка отпуска после нагрева до Тпшх 0 С.
3.5. Твердость образцов после имитации термического цикла сварки
3.6 Сопоставление структуры ЗТВ сварного соединения, выполненного в заводских условиях, и образцов после имитации термического цикла сварки
3.7 Твердость продольных сварных соединений труб, выполненных в заводских
условиях
Выводы по Главе 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ В ЗОНЕ
ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРОДОЛЬНЫХ ШВОВ
ТРУБ ИЗ СТАЛИ Х К.
4.1 Исследование взаимосвязи структуры и свойств в ЗТВ сварных соединений продольных швов груб
4.1.1 Структура ЗТВ сварных соединений
4.1.2 Микротвсрдость ЗТВ
4.1.3 Исследование структуры участков ЗТВ методами просвечивающей электронной микроскопии.
4.1.4 Работа удара в ЗТВ и сопротивление хрупким разрушениям сварных соединений труб при модельных испытаниях
4.1.5 Работа удара в ЗТВ и сопротивление хрупким разрушениям сварных
соединений труб при аттестационных испытаниях.
4.1.5.1 Фракгографические исследования изломов ударных образцов с надрезом полиции сплавления.
4.1.5.2 Работа удара в ЗТВ на различном расстоянии от линии сплавления Л
4.2 Исследование влияния легирования на структуру ЗТВ.
4.3 Рекомендации по режимам сварки труб большого диаметра.
Выводы по Главе 4.
ГЛАВА 5. АТТЕСТАЦИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРУБ
5.1 Производство труб большого диаметра класса прочности К
5.1.1 Сортамент труб и технология изготовления
5.1.2 Характеристики работоспособности опытнопромышленной партии труб класса прочности К с толщиной стенки .7 мм.
5.1.3 Характеристики работоспособности опытнопромышленной партии труб класса прочности К с толщиной стенки .4 мм.
5.2 Характеристики работоспособности опытнопромышленных партий труб классов прочности Х, К
5.3 Внедрение результатов диссертационной работы
Выводы по Главе 5.
ОБ ДНИ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Такие опасения при транспортировке нефти не возникают, поскольку в северных районах ее подогревают, и основная задача сводится к принятию мер, предотвращающих образование дефектов сварки в процессе строительства 7. При сварке продольных швов в заводских условиях и кольцевых швов при монтаже трубопроводов ключевым показателем трубных сталей является свариваемость. Под свариваемостью понимается свойство металла образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям нормативно технической документации. Другим аспектом свариваемости является стойкость металла в зоне термического влияния при сварке ЗТВ против образования трещин 8,9. Трубы большого диаметра, используемые для строительства магистральных трубопроводов, производятся с применением многодуговой сварки иод флюсом в два прохода, что позволяет достичь высокой производительности. С. При этом происходит образование широкой ЗТВ, в которой возможно появление неблагоприятных структур, изза чего может произойти снижение вязкости . Дополнительной трудностью является возможность потери прочности в зоне термического влияния сварных швов, что может приводить к ограничению области применения таких соединений и процессов сварки. Таким образом, обеспечение свариваемости и работоспособности сварного соединения являются одними из основных вопросов при разработке технологии производства высокопрочных труб. Хронологию развития отечественных и зарубежных трубных сталей хорошо демонстрируют следующие схемы рис. Концепция разработки трубных сталей предусматривает снижение содержания углерода повышение чистоты металла но вредным примесям . Р0. Трубы класса прочности Х за рубежом применялись с х гг. В России им примерно соответствуют стали класса прочности К. Дальнейшим развитием является разработка труб класса прочности Х, которые впервые были использованы за рубежом в середине х гг. XX в. Требования к сварным соединениям труб приведены в табл. В настоящее время трубы данного класса прочности продолжают использоваться в крупных проектах, однако за рубежом применяются трубы с толщиной стенки не выше . Рис. Таблица 1. Магистральный газопровод БованенковоУхта является первым российским газопроводом, при строительстве которого предполагалось применение труб из стали класса прочности К Х с толщиной стенки . В процессе проектирования были заложены повышенные требования к процедуре сварки по испытаниям на ударный изгиб при пониженных температурах. Для основного металла и сварного соединения минимальная нормируемая ударная вязкость при температуре испытания С была установлена 0 и Джсм2 соответственно табл. Таблица 1. В середине х гг. XX в. XI для строительства трубопроводов. В последнее десятилетие выдвинуты требования по повышению прочности труб до Х0. Компанией xxi совместно с I тестируется опытный участок трубопровода протяженностью 1. В России в рамках проекта Магистраль разработаны трубные стали класса прочности ХХ0 марганцевой композиции легирования с небольшими добавками никеля, меди и молибдена, микролегированные титаном, ванадием и ниобием , отвечающие всем требованиям зарубежной нормативнотехнической документации. В целях улучшения свариваемости трубные стали класса прочности ХХ содержат менее 0. Производство трубных сталей, удовлетворяющих предъявляемым требованиям, стало возможным с усовершенствованием технологий выплавки и прокатки стали 5,,. Эффект упрочнения стали заключается в увеличении сопротивления пластическому деформированию. Практически все механизмы упрочнения приводят к ухудшению вязкости стали, исключением является измельчение зерна. Дад, упрочнение за счет дисперсных частиц. Величина Г является эффективным размером зерна, в обычных ферритных сталях эго средний размер зерна, в сталях со смешанной структурой она соответствует размеру ячейки, где соседние ячейки характеризуются углом разориет ировки более . В настоящее время основными направлениями совершенствования технологии прокатки является переход от низкотемпературной контролируемой прокатки С. Да1р Дад Даду кусГ,2, Даф1ДалДалу ку2сГ,
1.