СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТО-ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2015 года по МПК C21D9/50 

Описание патента на изобретение RU2566241C1

Изобретение относится к области технологии термической обработки металли-ческих материалов и предназначено для термообработки сварных соединений контей-нерного оборудования и узлов, работающих в условиях ударного нагружения при по-ниженных температурах.

Известны различные способы термической обработки сварных соединений из сталей перлитного класса, позволяющие снизить сварочные напряжения и повысить вязкопластические свойства сварного соединения. Однако известные технические ре-шения не обеспечивают требуемого уровня основных физико-механических и служеб-ных характеристик обрабатываемого металла, используемого для изготовления различ-ного контейнерного оборудования по транспортировке и хранению отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов.

Анализ известных технических решений по термической обработке основного металла и его сварных соединений показывает, что основным их недостатком является весьма сильное охрупчивание металла зоны термического влияния, вследствие актив-ного выделения в процессе охлаждения пластинчатого перлита и нескоагулированных карбидов цементитного типа и, в частности, третичного цементита. Формируемое при этом структурное состояние сварного соединения способствует повышению уровня ос-таточных сварочных напряжений в сварной конструкции, снижает хладноломкость ме-талла ЗТВ и, в первую очередь, его вязкопластические характеристики, что существен-но снижает работоспособность и эксплуатационную надежность сварных конструкций контейнерной техники.

Известен способ: Хромченко ФА. "Сварка оборудования электростанций". - М. Энергия, 1977 г., с. 241. Данный способ также позволяет снизить послесварочные напряжения и уменьшить коробление конструкции, для чего вся конструкция после сварки подвергается медленному нагреву, выдержке при температуре, не превышающей точку Aci, и медленному охлаждению с печью (до 300°С). Известное техническое ре-шение может быть рекомендовано для термической обработки сварных изделий и уз-лов стационарного оборудования электростанций. Однако данный способ термообра-ботки не обеспечивает получение нужного структурного состояния в экономнолегиро-ванных кремнемарганцовистых сталях и не отвечает предъявляемым требованиям по сдаточным характеристикам сварного соединения. Недостатком известного способа обработки является также и то, что он вследствие охрупчивания сварного соединения, не позволяет выйти на требуемый уровень сдаточных характеристик по ударной вязко-сти и другим критериям хладостойкости.

Известен: "Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеро-дистых феррито-перлитных сталей" (патент РФ № 2299252 от 16.11.2005 г.), который позволяет снизить послесварочные напряжения и уменьшить коробление конструкции, для чего вся конструкция после сварки подвергается нагреву до температуры, не пре-вышающей точки Асi, выдержке при заданной температуре, охлаждению с печью до температуры не превышающей более чем на 150°С температуру начала образования ко-герентного с матрицей третичного цементита, затем охлаждают со скоростью 130-150°С/ч до 250±50°С, а далее на воздухе - прототип.

Недостатком этого способа является возможность возникновения на участке деформа-ционного старения зоны термического влияния (ЗТВ) сварного соединения пониженной хладостойкоcти вследствие выделения нескоагулированных карбидов третичного цементита.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка техноло-гии термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей, позволяющей повысить хладостойкость металла зоны термического влияния, в результате чего обеспечивается повышение работоспособности сварных со-единений в условиях низкотемпературного ударного нагружения и, в частности мате-риалов различного контейнерного оборудования по транспортировке и хранению от-работавшего ядерного топлива и других радиоактивных отходов.

Технический результат достигается изменением известного режима термиче-ской обработки низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей за счет того, что нагрев сварного соединения до температуры, не превышающей точки Асi, осуществляют со скоростью не более 30-50°С/ч, выдержку при заданной температуре и последующее ох-лаждение сварного соединения осуществляют с печью. При этом изделие до темпера-туры не превышающей точки Асi нагревают ступенчато, первоначально до температу-ры 450±10°С с выдержкой 5-10 часов, а затем до температуры, не превышающей точки Асi, а охлаждение в печи проводят до температуры 150°С со скоростью не более 30-50°С/час и далее на воздухе.

Известно, что образование третичного цементита приводит к снижению значе-ний ударной вязкости металла ЗТВ, особенно тогда, когда карбиды имеют эллиптиче-скую или пластинчатую форму. Термообработка сварного соединения по известному способу (прототип) в процессе послесварочного отпуска не позволяет при проводимом нагреве осуществлять коагуляцию и сфероидизацию третичного цементита.

Для получения коагуляции и сфероидизации цементитных включений была про-ведена выдержка в процессе нагрева при температуре 450°С. Для оценки влияния сту-пенчатого нагрева на форму карбидов было выполнено металлографическое исследова-ние тонкой структуры стали марки 09Г2СА-А. Исследование проводилось на просвечи-вающем электронном микроскопе Tecnai G230 S-TWIN производства фирмы FEI при ус-коряющем напряжении 200 кВ, регистрацию изображений структуры производили с по-мощью цифровой CCD-камеры Gatan Ultrascan-1000, которой оснащен просвечивающий электронный микроскоп.

Выполненные исследования показали, что в результате отпуска при темпера-туре 450°С происходит наряду с коагуляцией и сфероидизацией третичного цементита (фиг. 1).

Как указано в предлагаемом способе, первоначально, при проведении послесва-рочного отпуска, в процессе нагрева проводят выдержку при температуры 450°С в те-чение 5-10 часов, а затем дальнейший нагрев изделия до температуры, не превышаю-щей точку Асi . При этом в процессе выдержки происходит коагуляция карбидов це-ментитного типа, а при последующем нагреве его частичное растворение. При после-дующем охлаждении за счет пересыщения стали по углероду происходит обогащение третичного цементита по углероду и его коагуляция.

Необходимо учитывать и то, что цементит при замедленном охлаждении в печи наиболее интенсивно выделяется в диапазоне температур от 350 до 250°С. В связи с этим, в этом же диапазоне необходимо осуществлять охлаждение сварных конструкций со скоростью не более 30-50°С/ч.

Заявителем был выполнен комплекс лабораторных, стендовых и опытно-промышленных работ по отработке новых высокоэффективных технологий сварки и термической обработки создаваемой новой высоконадежной контейнерной техники. В частности, было выполнено сварное соединение из низкоуглеродистой феррито-перлитной стали марки 09Г2СА-А, химический состав которой приведен в табл.1. В процессе проведения послесварочного отпуска на стадии нагрева была выполнена вы-держка при температуре 450°С в течение 5-10 ч.

В табл. 2 представлены результаты металлографических исследований по выяв-лению влияния термической обработки на распределение и размер карбидных частиц на участках зоны термического влияния: на расстоянии 1,5 мм от линии сплавления (участок нормализации) и участке термодеформационного старения - 6 мм от линии сплавления, а также на основном металле.

Как видно из полученных результатов, на расстоянии 1,5 и 6 мм от линии сплав-ления сварного шва, а также на основном металле плотность выделения мелких кар-бидов снижается, что оказывает положительное на процесс коагуляции коагуляцию карбидных фаз и ударную вязкость.

Ожидаемый технико-экономический эффект предлагаемого технического реше-ния выразится в возможности создания новых образцов специальной техники за счет повышения эксплуатационной надежности и долговечности сварных соединений, бла-годаря повышению их хладостойкости.

Похожие патенты RU2566241C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТОПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ 2005
  • Рыбин Валерий Васильевич
  • Филимонов Герман Николаевич
  • Оленин Михаил Иванович
  • Быковский Николай Георгиевич
  • Щербинина Наталья Борисовна
  • Галяткин Сергей Николаевич
  • Воробьева Наталья Юрьевна
  • Подкорытов Роман Александрович
  • Скутин Виталий Сергеевич
  • Лазарева Татьяна Васильевна
  • Гусельникова Татьяна Михайловна
  • Галка Сергей Семенович
  • Кучеров Александр Илларионович
  • Евдокимова Надежда Степановна
  • Носов Юрий Юрьевич
  • Сурин Сергей Юрьевич
RU2299252C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ФЕРРИТО-ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ 2009
  • Оленин Михаил Иванович
  • Быковский Николай Георгиевич
  • Бережко Борис Иванович
  • Стольный Виктор Иванович
  • Михайлов-Смольняков Максим Сергеевич
RU2414517C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ФЕРРИТО-ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ 2009
  • Оленин Михаил Иванович
  • Быковский Николай Георгиевич
  • Бережко Борис Иванович
  • Стольный Виктор Иванович
  • Михайлов-Смольняков Максим Сергеевич
  • Лебедева Надежда Васильевна
  • Сабреев Дмитрий Валерьевич
RU2427653C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА 2012
  • Тетюева Тамара Викторовна
  • Иоффе Андрей Владиславович
  • Ревякин Виктор Анатольевич
  • Суворов Павел Вячеславович
  • Мовчан Михаил Александрович
  • Денисова Татьяна Владимировна
  • Чистопольцева Елена Александровна
RU2479637C1
Способ термодиффузионного цинкования крепежных деталей из сталей бейнитного класса с одновременным повышением их хладостойкости 2015
  • Оленин Михаил Иванович
  • Горынин Владимир Игоревич
  • Кабанов Евгений Борисович
  • Бережко Борис Иванович
  • Ованесьян Константин Константинович
  • Митрошина Оксана Юрьевна
RU2607505C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТОПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ 2008
  • Оленин Михаил Иванович
  • Быковский Николай Георгиевич
  • Бережко Борис Иванович
  • Калиничева Надежда Васильевна
  • Евдокимова Наталья Витальевна
  • Лебедева Надежда Валерьевна
RU2373292C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ, НЕЛЕГИРОВАННЫХ И МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 2003
  • Зимин Н.В.
  • Иванов В.Н.
  • Гуревич С.Г.
  • Будкин Г.В.
RU2235628C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ 2013
  • Рогожкин Владимир Владимирович
  • Бычков Михаил Александрович
  • Жолобов Владимир Алексеевич
  • Горынин Владимир Игоревич
  • Оленин Михаил Иванович
  • Тимофеев Борис Тимофеевич
RU2559598C2
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОВАНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ХРОМОМОЛИБДЕНОВАНАДИЕВОЙ СТАЛИ 2010
  • Титова Татьяна Ивановна
  • Шульган Наталья Алексеевна
  • Семернина Ирина Федоровна
  • Беньяминова Яна Юрьевна
  • Теплухина Ирина Владимировна
  • Баландин Сергей Юрьевич
  • Гордиенков Юрий Степанович
  • Чугунов Николай Анатольевич
RU2431686C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОПРОЧНЫХ СВАРИВАЕМЫХ СТАЛЕЙ 1998
  • Лутон Майкл Дж.
  • Коо Джайоунг
  • Бангару Нарасимха-Рао В.
  • Питерсен Клиффорд В.
  • Тамехиро Хироси
  • Асахи Хитоси
  • Хара Такуя
  • Сугияма Масааки
RU2210603C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 566 241 C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТО-ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к области термической обработки и предназначено для термообработки сварных соединений контейнерного оборудования и узлов, работающих в условиях длительной эксплуатации под воздействием ударного нагружения и пониженных температур. Для получения необходимой структуры сварного соединения, обеспечивающей повышение характеристик работоспособности в условиях низкотемпературного ударного нагружения осуществляют термическую обработку сварного соединения путем его нагрева до температуры, не превышающей точки Ac1 со скоростью не более 30-50°C/ч, выдержки при заданной температуре, и последующего охлаждения с печью, при этом осуществляют ступенчатый нагрев, сначала до температуры 450±10°C с выдержкой 5-10 ч, а затем до температуры 650±10°C, а охлаждение в печи проводят до температуры 150°C со скоростью не более 30-50°C/ч и далее на воздухе. 2 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 566 241 C1

Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей, включающий нагрев до температуры, не превышающей точку AC1, выдержку при заданной температуре и последующее охлаждение сварного соединения с печью до температуры 150°C со скоростью не более 30-50°C/ч и далее на воздухе, отличающийся тем, что нагрев сварного соединения осуществляют со скоростью не более 30-50°C/ч ступенчато, сначала до температуры 450±10°C с выдержкой 5-10 ч, а затем до температуры, не превышающей точку AC1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2566241C1

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРИТОПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ 2005
  • Рыбин Валерий Васильевич
  • Филимонов Герман Николаевич
  • Оленин Михаил Иванович
  • Быковский Николай Георгиевич
  • Щербинина Наталья Борисовна
  • Галяткин Сергей Николаевич
  • Воробьева Наталья Юрьевна
  • Подкорытов Роман Александрович
  • Скутин Виталий Сергеевич
  • Лазарева Татьяна Васильевна
  • Гусельникова Татьяна Михайловна
  • Галка Сергей Семенович
  • Кучеров Александр Илларионович
  • Евдокимова Надежда Степановна
  • Носов Юрий Юрьевич
  • Сурин Сергей Юрьевич
RU2299252C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ СВАРНЫХ ШВОВ 2007
  • Кюммель Лутц
  • Беренс Хольгер
  • Ленгсдорф Кристиан
  • Юргенс Роберт
RU2413010C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ 1992
  • Бляблина В.В.
  • Харабуга Д.Г.
  • Швер З.М.
RU2023028C1
Способ изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна 1989
  • Ветер Владимир Владимирович
  • Кострыкин Геннадий Алексеевич
  • Соболев Виктор Борисович
  • Харин Евгений Валентинович
  • Шмулинзон Анатолий Рувимович
  • Калимуллин Альберт Ахметович
SU1613499A1
DE 10152685 A1, 08.05.2003

RU 2 566 241 C1

Авторы

Оленин Михаил Иванович

Горынин Владимир Игоревич

Бережко Борис Иванович

Галяткин Сергей Николаевич

Воробьева Наталья Юрьевна

Гусельникова Татьяна Михайловна

Мурашев Владимир Васильевич

Даты

2015-10-20Публикация

2014-07-08Подача