9.3. ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫЕ СТАЛИ

Совершенствование сварочного технологического оборудования в направлении повышения производительности требует проектирования установок со все более возрастающей единичной мощностью и, как следствие, сопровождается увеличением габаритных размеров, толщин стенок. Другой причиной увеличения габаритных размеров и массы оборудования является переход к принципиально новым технологическим процессам подготовки нефти, газа, методам глубокой очистки и переработки сырья, ожижения и газификации углей, производство оборудования для атомной промышленности.

Температурные режимы эксплуатации конструкций обусловливают необходимость применения при их изготовлении толстолистового проката теплоустойчивых сталей. Масса таких конструкций достигает 300—800 т при толщине стенки корпуса 200— 400 мм.

Низко- и среднелегированные, хромомолибденовые и хромо-молибденованадиевые стали способны сохранять повышенные механические свойства при температуре до 570 °С. Теплоустойчивость этих сталей обусловлена легированием хромом и молибденом в количествах выше критического отношения Ме/С. Это приводит к тому, что значительная доля легирующих элементов находится в твердом растворе. При этом он упрочняется и затрудняются процессы диффузии и самодиффузии химических элементов при повышенных температурах. С другой стороны, при легировании хромом, а особенно молибденом и ванадием, образуются специальные карбиды этих элементов или комплексные карбиды на основе этих элементов. Такие карбиды имеют повышенную устойчивость к коагуляции при нагреве. Этот фактор также положительно влияет на сохранение свойств низкоуглеродистых хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей при повышенных рабочих температурах.

ИЭС им. Е. О. Патона совместно с ВНИИнефтемаш и НПО Волгограднефтемаш разработана теплоустойчивая сталь улучшенной свариваемости марки 10Х2ГНМ 11]. С увеличением отношения Ме/С выше критического повышается прочность стали при повышенных температурах. Особенно это заметно по показателям кратковременных испытаний. Для длительных испытаний помимо отношения Ме/С имеет значение роль каждого легирующего элемента. На прочность стали сильнее влияет ванадий (на твердый раствор и карбиды), чем хром и молибден. Низкое содержание углерода — благоприятный фактор с точки зрения свариваемости теплоустойчивых сталей. В то же время при быстро-протекающем сварочном нагреве образующийся аустенит будет негомогенным по содержанию углерода, но не будет иметь резкой неоднородности по содержанию легирующих элементов, котя в местах, где до нагрева были карбиды, содержание леги-

Рис. 9.4. Влияние парциального давления водорода на температуры эксплуатации сталей следующих типов:

/ — 7Сг—0,5Мо или 6Сг—0,5Мо; 2 — 6Сг—О.оМо или ЗСг—0,5Мо; 3 —. 2.25СГ—Шо или 2Сг—0,5Мо; 4 — 1,25Сг—О.оМо; о — 1Сг —0,5Мо; 6 — 0,5Мо; 7 — 1,25Сг— 0,5Мо или 1Сг — 0.5Мо: 8 — углеродистая сталь; 9 — углеродистая сталь после гибки или ее сварное соединение (----обезуглероживание) (По данным Г. Нельсона)

3,5 7 10,5 п МПа

рующих элементов может быть несколько выше, чем в бывших ферритных участках. В связи с этим образующийся при сварке в ЗТВ легированный аустенит имеет повышенную устойчивость даже в зонах, обедненных углеродом, и при охлаждении после сварки может претерпевать превращение при пониженных температурах, образуя либо полностью бейнитную, либо ферритно-бейннтную структуру. Данное обстоятельство, а также то, что в сталях содержится небольшое количество углерода, определяют свойства получаемых сварных соединений. Как правило, в ЗТВ низкоуглеродистых теплоустойчивых сталей сохраняются высокая ударная вязкость и относительно невысокая твердость, уровень которых зависит от степени легирования.

Наряду с традиционными проблемами повышения производительности, сокращения длительности технологического цикла, снижения энергоемкости производства при изготовлении оборудования особую актуальность приобретают вопросы защиты металла и сварных соединений от неблагоприятного воздействия агрессивных компонентов перерабатываемых сред и, прежде всего, водорода и сероводорода. При высоких температурах в среде водорода в конструкционных сталях проявляется особый вид разрушения — водородная коррозия. Данные Нельсона, полученные на основе анализа условий эксплуатации большого числа сварочного оборудования из сталей различных систем легирования, позволяют выбрать в зависимости от рабочих параметров (температуры и парциального давления водорода) благоприятную систему легирования стали (рис. 9.4). Как видно, положительное влияние с точки зрения сопротивления металла водородной коррозии оказывают такие элементы, как хром и молибден.

Важным показателем качества толстолистового проката теплоустойчивых сталей является однородность состава и структуры. Анализ состава промышленной плавки стали типа 2,25Сг—0,5Мо *

* Результаты исследований стали типа 2,25 Сг — 0,5 Мо получены совместно с О. И. Стекловым, Л. А. Ефименко, О. А. Пушкиной, Н. И. Афониной, Е. К. Ма-ляревской, И. А. Хасаншиным, Н. Г. Дарьявашем.