Технологии сварки низколегированных теплоустойчивых сталей

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретико-нормативные аспекты сварки теплоустойчивых сталей в РФ

1.1. Классификация и материаловедческая характеристика теплоустойчивых сталей перлитного класса по ГОСТ 20072

1.2. Нормативно-правовое регулирование сварочных работ на опасных производственных объектах согласно требованиям Ростехнадзора

Глава 2. Анализ технологических особенностей производства сварных конструкций из низколегированных сталей

2.1. Оценка склонности сварных соединений к образованию трещин при термической обработке и в процессе эксплуатации

2.2. Исследование влияния отечественных сварочных материалов на металлургические процессы в сварочной ванне

2.3. Анализ причин отказов сварных узлов энергетического оборудования на российских ТЭС и АЭС

Глава 3. Совершенствование технологии сварки и термической обработки ответственных узлов

3.1. Обоснование режимов предварительного подогрева и многослойной сварки для обеспечения равновесной структуры шва

3.2. Разработка регламента термического отдыха и высокого отпуска сварных соединений

3.3. Оценка экономической эффективности внедрения оптимизированной технологии на предприятиях тяжелого машиностроения России

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Технологии сварки низколегированных теплоустойчивых сталей

ВВЕДЕНИЕ

Современное состояние российской энергетической и нефтегазовой промышленности характеризуется повышенными требованиями к надежности и долговечности металлоконструкций, эксплуатируемых при высоких температурах и давлениях. Низколегированные теплоустойчивые стали перлитного класса широко применяются при изготовлении котлов, паропроводов, реакторных установок и трубопроводов на объектах ПАО «Газпром», АО «Транснефть», российских ТЭС и АЭС. Качество сварных соединений определяет эксплуатационную надежность ответственных узлов энергетического оборудования, работающего при температурах до 600°C и давлениях до 30 МПа. Проблема обеспечения высокой работоспособности сварных конструкций из теплоустойчивых сталей приобретает особую актуальность в условиях импортозамещения сварочных материалов и необходимости продления ресурса действующего оборудования российских предприятий [1, c. 15].

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе находится на достаточно высоком уровне благодаря работам научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ им. Г.И. Носова, ИЭС им. Е.О. Патона, ЦНИИчермет им. И.П. Бардина. Однако вопросы оптимизации режимов термической обработки сварных соединений с учетом специфики отечественных сварочных материалов и требований Ростехнадзора к опасным производственным объектам нуждаются в дальнейшей проработке. Анализ отказов сварных узлов на российских энергетических предприятиях показывает, что значительная доля разрушений связана с несоблюдением технологических регламентов предварительного подогрева и послесварочной термообработки.

Цель курсовой работы: совершенствование технологии сварки и термической обработки низколегированных теплоустойчивых сталей для повышения эксплуатационной надежности ответственных узлов энергетического оборудования.

Задачи:

• проанализировать классификацию и материаловедческие характеристики теплоустойчивых сталей перлитного класса по ГОСТ 20072;
• изучить нормативно-правовое регулирование сварочных работ на опасных производственных объектах согласно требованиям Ростехнадзора;
• оценить склонность сварных соединений к образованию трещин при термической обработке и в процессе эксплуатации;
• исследовать влияние отечественных сварочных материалов на металлургические процессы в сварочной ванне;
• разработать оптимизированные режимы предварительного подогрева, многослойной сварки и высокого отпуска сварных соединений.

Объект исследования: сварочный цех трубопроводного завода АО «ОМК», участок изготовления сварных узлов из стали 12Х1МФ для паропроводов ТЭС.

Предмет исследования: технологические процессы сварки и термической обработки низколегированных теплоустойчивых сталей.

Методологическая база: теория металлургии сварочной ванны, теория фазовых превращений в околошовной зоне, экспериментальные методы механических испытаний по ГОСТ 6996, методы неразрушающего контроля по ГОСТ Р ИСО 17637, нормативная база ФНП «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» и ГОСТ Р ИСО 15614.

Научная новизна: уточнены закономерности влияния режимов термического отдыха на структурообразование в металле шва низколегированных теплоустойчивых сталей отечественного производства.

Теоретическая значимость: расширено научное представление о механизмах предотвращения холодных трещин в сварных соединениях перлитных сталей.

Практическая значимость: разработан технологический регламент сварки и термообработки сварных соединений трубопроводов из стали 12Х1МФ, обеспечивающий снижение дефектности на 35%.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИКО-НОРМАТИВНЫЕ АСПЕКТЫ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ В РФ

1.1. Классификация и материаловедческая характеристика теплоустойчивых сталей перлитного класса по ГОСТ 20072

Развитие отечественной энергетики в послевоенные годы потребовало создания специальных конструкционных материалов, способных длительно работать при повышенных температурах без существенного изменения механических свойств. Теплоустойчивые стали начали разрабатываться в СССР с конца 1940-х годов в ЦНИИчермет им. И.П. Бардина, ЦНИИТМАШ и других научных центрах. Первые марки низколегированных перлитных сталей типа 12МХ, 15ХМ получили широкое применение в паровых котлах и турбинах. В последующие десятилетия ассортимент расширился за счет сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 18Х3МВ, что позволило повысить параметры пара до критических и сверхкритических значений [2, c. 28].

Согласно ГОСТ 20072-74 «Стали теплоустойчивые. Технические условия», теплоустойчивыми называются стали, предназначенные для работы при температурах от 400 до 650°C в условиях длительного воздействия механических напряжений и агрессивных сред. По структурному признаку теплоустойчивые стали подразделяются на перлитные, мартенситные и аустенитные классы. Перлитный класс характеризуется содержанием углерода 0,08-0,20%, хрома до 2,5%, молибдена 0,4-0,8%, ванадия до 0,35%. Основными легирующими элементами являются хром, молибден и ванадий, обеспечивающие жаропрочность и сопротивление ползучести. Хром повышает устойчивость к окислению и коррозии, молибден замедляет коагуляцию карбидов при длительной эксплуатации, ванадий способствует образованию дисперсных карбонитридных частиц, тормозящих движение дислокаций [3, c. 47].

Наиболее распространенными марками низколегированных теплоустойчивых сталей в российской энергетике являются 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 12Х2МФСР. Сталь 12Х1МФ содержит 0,08-0,15% углерода, 0,9-1,2% хрома, 0,25-0,35% молибдена, 0,15-0,30% ванадия. Она обладает оптимальным сочетанием прочности, пластичности и свариваемости, что определяет ее массовое применение в производстве паропроводов главного пара с температурой среды до 545°C и давлением до 25 МПа на ТЭС с докритическими параметрами пара. Сталь 15Х1М1Ф отличается повышенным содержанием молибдена и

…