Зачем нужен отпуск сварных соединений из теплоустойчивых сталей

Опубликовано: 15.05.2024

Каждый из типов стали предполагает применение разных режимов сварки, использование определенных сварочных материалов, способов сваривания. Обуславливается это свойствами и составом стали: процесс сваривания зависит от содержания легированных элементов, показателей плавкости металла, его жаростойкости и пр.

Отдельной группой стоят теплоустойчивые стали, требующие от сварщика применения специфических материалов и способов. Сварка теплоустойчивых сталей требует учитывать такую особенность этого типа металла, как возможность длительно работать при высоких температурах, вплоть до 600 градусов.

Виды теплоустойчивых сталей.

Сразу отметим, что виды теплоустойчивых сталей определяются по содержанию в них молибдена и хрома, а также других добавок. Так выделяют две группы таких сталей:

низколегированные хромомолибденовые стали (перлитные) – их рабочая температура может достигать 550 градусов.
хромомолибденованадиевые стали – допускается температура до 600 градусов.

Отметим, что обычно такие стали применяются для изготовления паропроводов, турбин и котлов. Так как эти стали способны выдерживать большие температуры в течение длительного времени – до 10 лет. Сварка теплоустойчивых сталей производится с учетом их свойств и характеристик. Важными в этом случае являются показатели жаростойкости, длительности прочности, сопротивления ползучести, стабильности свойств (заметим, что при постоянных нагрузках такие стали не должны значительно деформироваться).

Этими свойствами теплоустойчивые стали наделяются благодаря содержанию в них хрома, молибдена и ванадия. В процентном соотношении их доля составляет:

хром – от 0,5 процента и не более 2 процентов;
молибден – его доля не должна превышать диапазона 0,2-1 процента;
ванадия должно быть меньше всего – не более 0,1-0,3 процента.

Также в такие стали часто вводят и другие добавки в небольших количествах, например, редкоземельные элементы и пр. Высокие показатели механических свойств у такого типа стали возможны благодаря предварительно термообработке: ее поддают нормализации, закалки и высокотемпературному отпуску.

Свариваемость сталей, отличающихся теплоустойчивостью.

Отношение стали к расплавлению, обработке и кристаллизации определяет ее физическую свариваемость. В случае с теплоустойчивыми металлами при сварочных работах не возникает существенных сложностей, благодаря тому, что в процессе используются современные технологии и материалы, обеспечивающие высокую стойкость шва к образованию впоследствии горячих трещин. Также современная сварка позволяет наделить изделия из теплоустойчивых сталей довольно высокими показателями работоспособности.

Другое дело технологическая свариваемость, которую иногда специалисты называют тепловой. Тут процесс осложняется тем, что металл становится более хрупким, появляются неустойчивые структуры в сварном соединении. Образовавшиеся хрупкие структуры могут впоследствии привести к тому, что конструкция разрушиться из-за появления холодных трещин. Причем этот процесс возможен как сразу по окончанию сварочных работ, так и через какой-то промежуток времени, т.е. в ходе эксплуатации.

Появление холодных трещин во многом обуславливается составом стали. Так, известно, что хромомолибденовые стали менее склонны к образованию таких трещин, особенно в сравнении с хромомолибденованадиевыми.

Также стоит отметить, что причиной холодных трещины, которые появляются со временем (в процессе эксплуатации изделий), является присутствующий подвижный водород.

Для того чтобы избежать риска появления холодных трещин, а, соответственно, в целом улучшить показатели свариваемости теплоустойчивых сталей, детали из такого металла перед началом сварочного процесса поддают подогреву местному или общему. Этот процесс сказывается на скорости охлаждения стали (а именно ведет к ее уменьшению), кроме того, значительно снижается напряжение, что влияет на образование мартенсита.

В процессе подогрева таких сталей водород убирается из сварного шва, что позволяет повысить показатели деформационной способности соединения.

Но следует учитывать, что подогрев теплоустойчивых сталей должен производиться в строго допустимом диапазоне температур. Меньшие температуры ведут к тому, что закалочные структуры не исчезают, а более высокие снижают длительность прочности соединения и ударную вязку стали.

Стоит также обратить внимание на то, что стали большой толщины защищают от появления холодных трещин с помощью выдержки готового изделия (по окончанию процесса сварки) в диапазоне температур 150-200 градусов Цельсия. Выдержка осуществляется на протяжении нескольких часов.

В процессе сваривания изделий из стали, отличающейся высокой теплоустойчивостью, важно помнить выше перечисленные особенности. Кроме того, следует придерживаться и общих рекомендаций по свариванию, а именно:

Производить предварительную зачистку, подготовку кромок независимо от способа дуговой сварки.
Тепловые режимы должны быть постоянными.
Обеспечивать надежную защиту сварочной ванны.
Соблюдать режимы подогрева стали и других типов термической обработки швов.
Использовать электроды, предназначенные для работы с такими сталями.

Соблюдение этих общих рекомендаций сделает процесс сваривания проще, а результат – качественнее.

Теплоустойчивые стали широко применяются для изготовления трубопроводов и другого энергетического оборудования атомных и тепловых электростанций, эксплуатирующегося при температурах до 600 °С.

Для обеспечения длительной прочности стали при повышенных температурах используются два пути:

1) образование твердого раствора с введением легирующих элементов, повышающих температуру рекристаллизации и снижающих интенсивность диффузионных процессов;
2) получение высокодисперсной смеси фаз путем закалки стали и последующего отпуска.

Для первого вида структурного упрочнения обычно используют хром, молибден и вольфрам. Для второго — карбиды ванадия, ниобия и титана.

Хром предотвращает графитизацию стали и металла шва в процессе эксплуатации при температуре 400 °С и выше. Кроме того, с увеличением содержания хрома увеличивается сопротивляемость металла коррозионным повреждениям. Молибден повышает температуру рекристаллизации железа, что способствует возрастанию его прочности при повышенных температурах. Он также образует специальные карбиды, оказывающие положительное воздействие на длительную прочность. Вольфрам также повышает температуру рекристаллизации железа, однако для достижения положительных результатов его количество должно быть в 2 раза больше, чем молибдена. Поэтому вольфрам в качестве легирующего элемента используется реже.

Наиболее широко применяются теплоустойчивые стали марок 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и др. В исходном состоянии они имеют перлитную структуру. Однако они более чувствительны

к термическому циклу сварки, чем конструкционные стали, что связано со спецификой легирования сталей хромом, молибденом и ванадием.

Наиболее неблагоприятные структурные изменения при сварке происходят в зоне термического влияния — на участках оплавления и перегрева.

11а рис. 5.9 приведено распределение твердости в околошовной зоне теплоустойчивой стали. Из графика видна резкая неоднородность пластических свойств металла. Участки металла, имеющие твердость выше 250 ПВ (область I), практически не могут противостоять хрупкому разрушению под действием растягивающих напря-

Рис. 5.9. Диаграмма распределения твердости в зоне сварного соединения теплоустойчивой стали

жений в зоне сварного шва. Участки металла, имеющие твердость 220. 250 ИВ (область II), считаются допустимыми. Оптимальной же твердостью является 180. 220 ИВ (область III). Область IV - пониженная твердость; область V — разупрочнение.

При неблагоприятном термическом цикле сварки на участках повышенной твердости возможно образование холодных трещин. В зоне оплавления и перегрева сопротивляемость зарождению холодных трещин может уменьшиться в 30 раз по сравнению с исходными свойствами основного металла.

Рядом с зоной повышенной твердости располагается так называемая белая полоса, в которой твердость металла резко снижается и происходит его разупрочнение (область V). По этой зоне наиболее часто происходит разрушение сварного соединения в процессе длительной эксплуатации при повышенной температуре.

Одним из основных приемов предотвращения появления холодных трещин является предварительный и сопутствующий подогрев. Подогрев уменьшает разницу температур металла в зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения в околошовных участках металла. Он также уменьшает скорость охлаждения металла, что предотвращает образование мартенсита, которое, кроме снижения пластичности, сопровождается резким увеличением удельного объема металла, что вызывает появление структурн ы х нап ряже н и й.

Повышение температуры свариваемого металла за счет подогрева способствует эвакуации водорода из сварного соединения в связи со значительным увеличением его диффузионной подвижности. Кроме того, при любом структурном состоянии металла увеличивается его пластичность, а следовательно и деформационная способность.

Однако при сварке теплоустойчивых сталей верхний предел температуры подогрева должен быть ограничен. Излишне высокие температуры подогрева приводят к распаду аустенита в высокотемпературной области с образованием грубой ферритно-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений.

Рекомендуемые температуры подогрева для некоторых теплоустойчивых сталей различной толщины приведены в табл. 5.14.

Таблица 5.14

Температуры предварительного подогрева кромок при сварке теплоустойчивых сталей

Толщина металла, мм

Температура подогрева, °С

Основным способом борьбы с разупрочнением металла теплоустойчивых сталей в зоне «белой полосы» является термообработка сварных конструкций. На рис. 5.10 приведено распределение твердости в зоне термического влияния стали 15X1МФ после электро- шлаковой сварки и различных видов термообработки. При проведении так называемой неполной нормализации (при Т = 830 °С) и отпуска (Т = 730 °С) (кривая 3) происходит выравнивание твердости и механических свойств, однако уровень их снижается. В то же время нормализация, сопровождающаяся полной перекристаллизацией в комбинации с отпуском (кривая 4), позволяет не только получить практически равномерное распределение твердости и механических свойств сварных соединений, но и повысить их. В связи с этим для электрошлаковой сварки рекомендуется этот вид термообработки. Для дуговой сварки, которая имеет меньшую зону термического влияния, проводят, как правило, высокий отпуск (Т = 680. 730 °С), что дешевле. Необходимость термообработки возрастает по мере увеличения прочности сталей и толщины металла. Для толщин до 4. 6 мм термообработку обычно не проводят.

При ручной сварке теплоустойчивых сталей используют электроды с основным типом покрытия. Они обеспечивают хорошую

Рис. 5.10. Распределение твердости в зоне термического влияния стали 15X1МФ после электрошлаковой сварки и различных видов

раскисленность металла шва при малом содержании в нем водорода. Это позволяет получить сочетание высоких прочностных и пластических свойств швов. Однако для таких электродов характерна повышенная склонность к образованию пор при удлинении дуги, наличии ржавчины на кромках и увлажнении покрытия, в связи с чем рекомендуется сварка предельно короткой дугой, тщательная очистка свариваемых поверхностей, сушка электродов перед применением.

В настоящее время по ГОСТ 9466 выпускаются электроды следующих типов: Э09М, Э09МХ, Э09ХМ и др. Их основное назначение и соответствующие им марки электродов приведены в табл. 5.15. Для сварки применяются импортные и отечественные электроды по СТБ Г80 3580 и ГОСТ Р ИСО 3580.

В табл. 5.16 приведены значения длительной прочности наплавленного металла (МПа) при различном уровне легирования за 10 4 и 10 ’ ч работы при температуре 500. 580 °С. С повышением уровня легирования длительная прочность металла возрастает.

В зависимости от применяемых материалов и условий эксплуатации термическая обработка сварных конструкций может преследовать различные цели и одновременно выполнять многие функции. Целями проведения термической обработки теплоустойчивых сталей являются:

- получение необходимых свойств шва и околошовной зоны,

- снятие остаточных напряжений,

- стабилизация размеров конструкций при эксплуатации (особенно это важно энергетического оборудования, крупных конструкций, которые находится под воздействием различных температур и нагрузок).

Термическая обработка сварных конструкций должна рассматриваться с учетом характера изменения структуры и свойств не только в зоне повышения твердости, но и в зоне разупрочнения. При выборе режимов термической обработки сварных конструкций из теплоустойчивых сталей необходимо учитывать следующие металлургические и технологические особенности сварки:

1. В процессе многослойной сварки каждый последующий валик термически воздействует на предыдущий и околошвную зону. В результате металл шва и зоны термического влияния (за исключением верхнего слоя) подвергаются высокотемпературному нагреву, который происходит при больших скоростях и сопровождается быстрым охлаждением. При этом заметного роста зерна не наблюдается, т.к. время пребывания металла отдельных валиков и зоны термического влияния при высокой температуре кратковременное. Основные изменения связаны с прочностью и пластичностью сварного соединения в целом. В околощовной зоне наблюдается скачкообразное повышение и понижение твердости.

2. Температура термической обработки при улучшении свойств околошовной зоны должны обеспечить снижение внутренних напряжений первого рода до возможно минимального значения. (Например, в энергомашиностроении максимальные значения остаточных напряжений в сварных конструкциях не должно превышать 50 МПа).

3. В процессе термической обработки должны быть сохранены исходные механические свойства свариваемой стали. Т.е. двух-, трехкратная термическая обработка после сварки не должна приводить к разупрочнению сталей, металла шва и сварного соединения в целом.

4. Выбранный режим термической обработки должен обеспечить высокие пластические свойства околошовной зоны при длительной эксплуатации в условиях одновременного приложения температуры и нагрузки при одновременном обеспечении прочности в зоне разупрочнения.

Основными видами термической обработки теплоустойчивых сталей являются высокий отпуск и нормализация.

Высокий отпуск после сварки нельзя рассматривать как самостоятельную термическую обработку, наоборот её необходимо увязывать с исходным отпуском стали перед сваркой. В общем случае сварное соединение нагревается до температуры на 20…30 о С ниже температуры Ас₁, выдерживается в течение 1 - 5 часов и затем медленно охлаждается. В результате отпуска должно произойти:

- уменьшение уровня остаточных сварочных напряжений на 70 - 90 %,

- распад закалочных структур околошовной зоны, получение более равновесных, более пластичных структур (т.е. улучшение структуры околошовной зоны),

- получение оптимальных свойств (т.е. уменьшение твердости в околошовной зоне, повышение пластичности и ударной вязкости).

При выборе температуры отпуска следует оценивать комплексно все факторы, при этом необходимо ограничивать как верхний, так и нижний пределы температуры отпуска. Так при повышении содержания хрома, молибдена, ванадия и др. элементов повышается релаксационная стойкость стали, поэтому температура отпуска и время выдержки должны увеличиваться. При занижении температуры отпуска хромомолибденованадиевых сталей возможно дисперсионное твердение (выделение карбидов ванадия в околошовной зоне) и образование трещин при термической обработке.

Отпуску подвергаются изделия толщиной более 10 мм из хромомолибденовых сталей и более 6 мм из хромомолибденованадиевых сталей.

Режимы отпуска сварных соединений, сваренных дуговой сваркой

Марка стали	Толщина свариваемых деталей, мм	Минимальная продолжительность выдержки, ч	Температура отпуска, Т, о С
12МХ, 12ХМ, 15ХМ. 20ХМЛ	10 - 20 20 - 40 40 - 80 более 80	715 ± 15
12Х1МФ, 20ХМФЛ	6 - 10 10 - 20 20 - 40 40 - 80 более 80	735 ± 15
15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ, 12Х2МФСР	6 - 10 10 - 20 20 - 40 40 - 80 более 80	745 ± 15

При нормализации сварное соединение нагревают до температуры выше критической точки Ас₃ на 20 - 30 о С, выдерживают в течение не продолжительного времени и охлаждают на спокойном воздухе. Нормализация позволяет получить однородную мелкозернистую структуру, улучшить механические свойства сварного соединения, снизить уровень остаточных напряжений. Нормализация чаще всего подвергаются сварные стыки толстенных труб малого диаметра и после газовой сварки.

Возможно сочетание нормализации и последующего высокого отпуска (сталь 15Х1М1Ф) для обеспечения высокого уровня исходной твердости (не наблюдается разупрочнения в зоне нагрева).

Рис. 6. Виды термической обработки сварных соединений теплоустойчивых сталей:

1 – термический отдых сварной конструкции, 2 – высокий отпуск, 3 – нормализация.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

СВАРКА ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

Теплоустойчивыми называют стали, длительно работающие при температуре до 600 °С. К ним относятся перлитные низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, работающие при температуре 450. 550 °С и хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20МФЛ, работающие при температуре 550. 600 °С в течение 100 000 ч (10 лет). Они дешевы и технологичны, из них делают отливки, прокат, поковки для изготовления сварных конструкций: турбин, паропроводов, котлов и т.п.

Теплоустойчивость сварных соединений оценивают отношением длительной прочности металла соединения и основного металла - коэффициентом теплоустойчивости.

Чтобы работать при высоких температурах, стали должны обладать жаростойкостью, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и сопротивлением ползучести: их пластическая деформация при постоянной нагрузке с течением времени должна возрастать незначительно. Все это достигается введением в состав сталей 0,5. 2,0% хрома, 0,2. 1,0 % молибдена, 0,1 . 0,3 % ванадия и — иногда — небольших добавок редкоземельных элементов. Хорошее сочетание механических свойств изделий из теплоустойчивых сталей достигается термообработкой: нормализацией или закалкой с последующим высокотемпературным отпуском. Это обеспечивает мелкозернистую структуру, состоящую из дисперсной ферритокарбидной смеси. После 100000 ч работы обработанная таким образом сталь 15ХМ имеет прочность 260 МПа (26,5 кгс/мм2) при температуре 450 °С и 62 МПа (6,3 кгс/мм2) при температуре 550 °С, а сталь 12X1МФ - 154 МПа (15,7 кгс/мм2) при температуре 500 °С и 58 МПа (5,9 кгс/мм2) при температуре 580 °С.

Физическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая отношением металла к плавлению, металлургической обработке и к последующей кристаллизации шва не вызывает затруднений. Современные сварочные материалы и технология сварки обеспечивают требуемые свойства и стойкость металла шва против горячих трещин. Однако сварные соединения склонны к холодным трещинам и к разупрочнению металла в ЗТВ - зоне термического влияния. Поэтому нужно применять сопутствующий сварке местный или предварительный общий подогрев изделия. Это уменьшает разницу температур в

зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения в металле. Уменьшается скорость охлаждения металла после сварки больше аустенита превращается в мартенсит при высокой температуре, когда металл пластичен. Напряжения, возникающие из-за разницы объемов этих фаз, будут меньше, вероятность образования холодных трещин снизится. Применяя подогрев, нужно учитывать, что излишне высокая температура приводит к образованию грубой ферритно-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений. Уменьшить опасность возникновения холодных трещин можно, производя отпуск деталей, выдерживая их при температуре 150. 200 °С сразу после сварки в течение нескольких часов. За это время завершится превращение остаточного аустенита в мартенсит и удалится из металла большая часть растворенного в нем водорода.

Разупрочнение теплоустойчивых сталей в ЗТВ зависит также от параметров режима сварки. Повышение погонной энергии сварки увеличивает мягкую разупрочняющую прослойку в ЗТВ, которая может быть причиной разрушения жестких сварных соединений при эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках. Основные способы сварки конструкций из теплоустойчивых сталей - это дуговая и контактная стыковая. Последнюю используют для сварки стыковых соединений труб нагревательных котлов в условиях завода.

Дуговую сварку производят электродами с покрытием, в защитных газах и под флюсом. Подготовку кромок деталей при всех способах дуговой сварки производят механической обработкой. Допускается применение кислородной или плазменной резки с последующим удалением слоя поврежденного металла толщиной не менее 2 мм.

Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже 0 °С с предварительным и сопутствующим сварке местным или общим подогревом. Температура подогрева зависит от марки стали и толщины свариваемых кромок. Хромомолибденовые стали при толщине кромок до 10 мм, а хромомолибденованадиевые - до 6 мм можно сваривать без подогрева. Сталь 15ХМ, например, толщиной 10. 30 мм надо подогревать до температуры 150. 200 °С, а больше 30 мм - до температуры 200. 250 °С. До 250. 300 °С подогревают сталь 12Х1МФ толщиной 6. 30 мм, а свыше 30 мм требуется ее подогрев до температуры 300. 350 °С. При многопроходной автоматической сварке под флюсом минимальную температуру подогрева можно снижать на 50 °С. Аргонодуговую сварку корневого шва стыков труб выполняют без подогрева.

После сварки производят местный отпуск сварных соединений или общий отпуск всей сварной конструкции. Хромомолибденовые стали нагревают при отпуске до температуры 670. 700 °С с выдержкой при этой температуре 1 . 3 ч в зависимости от толщины сваренных кромок,

хромомолибденованадиевые - до температуры 740. 760 °С с выдержкой 2. 10 ч. Чем больше в стали хрома, молибдена, ванадия, тем больше должны быть температура и время отпуска. Отпуск стабилизирует структуру и механические свойства соединений, снижает остаточные напряжения, однако он не позволяет полностью выровнять структуру и устранить разупрочненную прослойку в ЗТВ.

Ручную дуговую сварку теплоустойчивых сталей ведут электродами из малоуглеродистой сварочной проволоки с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, через которое вводят в шов легирующие элементы. Этот тип покрытия хорошо раскисляет металл шва, обеспечивает малое содержание в нем водорода и неметаллических включений, надежно защищает от азота воздуха. Это позволяет получать высокую прочность и пластичность шва. Однако для электродов с таким покрытием характерна повышенная склонность к образованию пор при удлинении дуги, наличии ржавчины на поверхности свариваемых кромок и при небольшом увлажнении покрытия. Поэтому нужно сваривать предельно короткой дугой, тщательно очищать кромки и сушить электроды перед их применением при температуре 80. 100 °С. Хромомолибденовые стали сваривают электродами типа Э-09Х1М (ГОСТ 9467-75) марки ЦУ-2ХМ диаметром 3 мм и более, а также ЦЛ-38 диаметром 2,5 мм, хромомолибденованадиевые - электродами типа Э-09Х1МФ марок ЦЛ-39 диаметром 2,5 мм, ЦЛ-20, ЦЛ-45 диаметром 3 мм и более. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности узкими валиками без поперечных колебаний электрода с тщательной заваркой кратера перед обрывом дуги. Когда подогрев свариваемых изделий и их термообработка после сварки невозможны или если необходимо сваривать перлитные теплоустойчивые стали с аустенитными, допускается использование электродов на никелевой основе марки ЦТ 36 или проволоки Св 08Н60Г8М7Т при аргонодуговой сварке.

Теплоустойчивые стали сваривают дуговой сваркой плавящимся электродом в углекислом газе и вольфрамовым электродом в аргоне. Сварку в С02 из-за опасности шлаковых включений между слоями используют обычно для однопроходных швов и для заварки дефектов литья. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности с присадочной проволокой (ГОСТ 2246-70) Св 08ХГСМА для хромомолибденовых сталей или Св 08ХГСМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Для проволоки диаметром 1,6 мм сила сварочного тока 140. 200 А при напряжении дуги 20. 22 В, а диаметром 2 мм 280. 340 А при 26. 28 В.

Ручная аргонодуговая сварка используется для выполнения корневого шва при многопроходной сварке стыков труб. Автоматической сваркой в аргоне сваривают неповоротные стыки паропроводов в условиях монтажа. При аргонодуговой сварке хромомолибденовых сталей.

Автоматическую дуговую сварку под флюсом используют на поворотных стыках трубопроводов, коллекторов котлов, корпусов аппаратов химической промышленности и других изделиях с толщиной стенки 20 мм и более. Применяют низкоактивные по кремнию и марганцу флюсы ФУ-11, ФУ-16, ФУ-22. Этим достигается стабильность содержания Si и Мп в многослойных швах и низкое содержание в них оксидных включений - продуктов процесса восстановления марганца. Сварку под флюсом ведут со скоростью 40. 50 м/ч на постоянном токе обратной полярности силой 350. 400 А при напряжении дуги 30. 32 В. Высокая скорость сварки уменьшает погонную энергию, что снижает разупрочнение хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне. Применяют проволоку диаметром 3 мм Св 08МХ и Св 08ХМ для хромомолибденовых сталей и Св 08ХМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Можно применять проволоку диаметром 4 и 5 мм, увеличив соответственно силу тока до 520. 600 А и 620. 650 А при напряжении дуги 30. 34 В.

Технологическая инструкция содержит основные требования и технологические рекомендации на послесварочную термообработку в части применения новых оптимальных, технически обоснованных режимов высокого отпуска сварных деталей, узлов, аппаратов и трубопроводов, работающих под давлением, из углеродистых, низколегированных и двухслойных сталей на их основе

929.25090.00323

Открытое акционерное общество
«ВОЛГОГРАДСКИЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ
ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОГО И НЕФТЯНОГО АППАРАТОСТРОЕНИЯ»
(ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры»)

СОГЛАСОВАНО

Зам. генерального директора
ОАО «ВНИИнефтемаш»
канд. техн. наук
___________ В.П. Ермолаев
«25» ___03________ 2003 г.

Зам. генерального директора
ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры»
канд. техн. наук
______________ В.Л. Мирочник
«19» ___03____________ 2003 г.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
на послесварочную термообработку - промежуточный и высокий
отпуск аппаратов из углеродистых, низколегированных,
теплоустойчивых и двухслойных сталей
на их основе

Зав. отделом № 30
канд. техн. наук
________ А.Н. Бочаров

Зав. лабораторией № 30л
канд. техн. наук
________ Н.М. Королев

Зав. отделом № 23
В.А. Бабкин

Зав. лабораторией № 55
ВИ. Курило

Руководитель разработки,
ведущий научный сотрудник
канд. техн. наук
В.А. Крошкин

Научный сотрудник
А.А. Павлов

Настоящая технологическая инструкция содержит основные требования и технологические рекомендации на послесварочную термообработку в части применения новых оптимальных, технически обоснованных режимов высокого отпуска сварных деталей, узлов, аппаратов и трубопроводов, работающих под давлением, из углеродистых, низколегированных и двухслойных сталей на их основе.

Технологическая инструкция не содержит рекомендаций, нарушающих требования Правил Госгортехнадзора РФ ПБ 03-384-00 , ОСТ 26-291-94 и РТМ 26-44-82 «Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и ее элементов» с Изменением № 1.

Технологические рекомендации распространяются на проведение послесварочной объемной термообработки в газовых и электропечах, местной термообработки, термообработки при внепечном объемном нагреве негабаритных аппаратов, а также на термообработку при температуре отпуска ниже минимально установленной в настоящей технологической инструкции.

Ремонт аппаратов, находящихся в эксплуатации и выполняемый с применением сварки, может проводиться по технологическому процессу на послесварочную термообработку, разработанному в соответствии с рекомендациями настоящей технологической инструкции с учетом требований ОСТ 26-291-94 .

Применение в технологической инструкции новых технически обоснованных рекомендаций позволило оптимизировать режимы послесварочной термообработки вида промежуточного и высокого отпуска деталей, аппаратов и, за счет этого, снизить время, расход газа, электроэнергии на 25 - 30 %, уменьшить износ печи и затраты на ее ремонт.

1.1. Послесварочная термическая обработка узлов, аппаратов и трубопроводов должна производиться по технологическим процессам или производственным инструкциям, разработанным предприятием-изготовителем или монтажной организацией в соответствии с требованиями настоящей технологической инструкции.

1.2. Сварные соединения деталей, узлов и аппаратов из сталей перлитного класса и двухслойных сталей на их основе, выполненные дуговой и электрошлаковой сваркой, подвергают высоким отпускам, которые в зависимости от этапа проведения, а также температуры и продолжительности выдержки подразделяются на промежуточные и окончательные.

1.3. Для сварных соединений, подлежащим высоким отпускам, обязательным является проведение окончательного отпуска (одного или нескольких) вне зависимости от проведения промежуточных отпусков.

1.4. Промежуточные отпуска проводят в случаях, предусмотренных ПТД, после выполнения сварных соединений, которые в процессе дальнейшего изготовления аппаратов подлежат окончательному отпуску.

1.5. Рекомендуемые в настоящей технологической инструкции оптимальные режимы высокого отпуска - температура и продолжительность выдержки, установлены на основе экспериментальных исследований, выполненных в ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», по релаксации остаточных напряжений при нагреве в широком диапазоне температур углеродистых и низколегированных сталей и их сварных соединений, а также анализа опыта применения нормативных требований Правил ASME на послесварочную термообработку сварных сосудов и аппаратов, РД котлостроения и атомного машиностроения, материалов Международного Института Сварки.

Другие режимы высокого отпуска (температура печи при посадке в нее сварных узлов и аппаратов, скорость нагрева, условия охлаждения и др.) устанавливаются, как правило, технологическими производственными процессами, составленными с учетом требований настоящей технологической инструкции и РТМ 26-44-82 .

1.6. Послесварочная термообработка аппаратов из двухслойных сталей производится по режимам отпусков, рекомендуемых в настоящей технологической инструкции для марки стали основного слоя, если нет специальных требований в рабочем проекте на аппарат. За толщину сваренных деталей и узлов принимается номинальная толщина двухслойной стали. При этом следует, по возможности, избегать многократного нагрева.

1.7. При высоком отпуске сварных соединений деталей и узлов из теплоустойчивых хромомолибденовых сталей типа 12ХМ скорость нагрева в температурном интервале от 550 до 700 °C должна быть не менее 60 °C/ч.

1.8. Сварные соединения из разнородных сталей в сочетании между собой, углеродистые, кремнемарганцовистые, хромомолибденовые подлежат отпуску, если, согласно табл. 2.1 марка стали и толщина хотя бы одной детали входящей в сварное соединение определяет необходимость его проведения. Режим отпуска устанавливается по более легированной марке стали.

2.1. Объемный высокий отпуск сварных деталей, узлов и аппаратов производится в камерных и шахтных печах. В отдельных случаях, например, отпуск негабаритных аппаратов, производится посредством нагрева изнутри теплоносителем по режиму высокого отпуска.

2.2. Печные агрегаты, в которых аппараты проходят послесварочную термообработку, должны обеспечивать распределение температуры по рабочей части печи в пределах допуска на нее, указанного в режиме высокого отпуска.

При нагреве аппарата в пламенных печах недопустимо прямое попадание пламени на изделие. Температура в печи во время загрузки в нее узлов и аппаратов не должна превышать 350 °C.

2.3. При объемной термообработке - отпуске скорость нагрева узла, аппарата до 350 °C не регламентируется. Выше 350 °C любая скорость нагрева при толщине стенки до 30 мм, но не более 200 °C/ч. При большей толщине - скорость нагрева не более 150 °C/ч. Скорость охлаждения - до 300 °C с печью, затем на воздухе. При температуре окружающего воздуха выше 18 °C допускается охлаждение с температуры отпуска производить на воздухе.

2.4. Все печные агрегаты, в которых аппараты проходят послесварочную термообработку, должны обеспечивать необходимое распределение температуры по поду и высоте печи.

2.5. После ремонта печи, а также при замене нагревателей, производят регулировку ее с контрольной проверкой распределения температуры в нагревательной камере. На основании проверки устанавливается рабочая зона, в пределах которой нужно располагать узлы и аппараты при проведении высокого отпуска.

2.6. Объем контроля качества деталей, узлов и аппаратов, прошедших послесварочную термообработку, устанавливается ТУ на изделие.

2.8 Минимальная продолжительность выдержки, при проведении объемного высокого отпуска аппарата, устанавливается по сварным соединениям деталей, узлов наибольшей номинальной толщины (независимо от номинальной толщины деталей других сварных соединений).

2.9 Минимальную продолжительность выдержки при проведении высокого отпуска угловых, тавровьтх и нахлесточньих сварных соединений допускается устанавливать по расчетной высоте углового шва (по суммарной расчетной высоте двухстороннего углового шва), принимая указанную высоту за номинальную толщину сваренных деталей.

2.10. Максимальная продолжительность выдержки при проведении высокого отпуска сварных узлов, аппаратов и трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей не должна превышать рекомендуемую продолжительность выдержки более чем на один час.

2.11. При проведении высокого отпуска сварных деталей, узлов, аппаратов из теплоустойчивых хромомолибденовых сталей, максимальная продолжительность выдержки может превышать рекомендованную в таблице 2.1 более чем на один час, если это необходимо для обеспечения установленной твердости металла шва, в случае применения хромомолибденованадиевых сварочных материалов, согласно ОСТ 26-291-94 .

Таблица 2.1 - Рекомендуемые режимы высокого отпуска при объемной и местной термообработке сварных деталей, узлов и аппаратов.

Читайте также: