Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-59801363610.12737/22166Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеEffect of thermal cycle of welding and reheating on structural-constitutional changes of low-alloyed Cr-Ni-Mo-V steel Влияние термического цикла сварки и повторного нагрева на структурно – фазовые изменения низколегированной Cr-Ni-Mo-V cталиПолетаев Юрий ВениаминовичPoletaev Yuriy Вениаминовичanclav51@mail.ruПолетаев Валерий ЮрьевичPoletaev Valeriy Юрьевичafshor@mail.ru141020161410201616496103https://zh-szf.ru/en/nauka/article/13636/view
Целью настоящей работы является изучение воздействия тер-мического цикла сварки (ТЦС) и повторного нагрева на кине-тику охрупчивания металла зоны термического влияния (ЗТВ) сварных соединений стали 15Х2НМФА-ВРВ. Решалась задача повышения технологической прочности сварных соединений оборудования АЭС. Для это было проведено комплексное ис-следование, в ходе которого применялись различные виды ана-лиза: флуктуационный, металлографический, электронно-микроскопический, рентгеноструктурный и химический. Кроме того, были использованы моделирование металла ЗТВ, а также неразрушающий и разрушающий контроль качества сварных соединений. Установлено влияние основных параметров тер-мического цикла сварки и термической обработки на кинетику охрупчивания металла ЗТВ. Показано, что высокая погонная энергия при электрошлаковой сварке является главной причи-ной прямого разупрочнения границ наиболее крупных (0–1 балл) зерен за счет выделения сульфидов пленочной формы. Дальнейшее развитие процесса дисперсионного твердения при повторном нагреве (отпуске) способствует относительному разупрочнению и разрушению границ.
The work objective is to study the impact of the thermal welding cycle (TWC) and reheating on the metal embrittlement kinetics of the heat affected zone (HAZ) of 15H2NMFA-VRV steel joint welds. The problem of the technological strength improvement of the welded joints of the nuclear power plant equipment is solved. A comprehensive study, in which various types of analysis – fluctua-tion, metallographic, electron-microscopic, X-ray and chemical – are used, is carried out for this. In addition, HAZ metal simulation is used, as well as non-destructive and destructive testing of welded joints. The effect of the basic parameters of TWC and heat treatment on the embrittlement kinetics of HAZ metal is determined. It is shown that the high heat input under the electroslag welding is the main cause of the direct borders softening of the coarse grains (0-1) through allocating sulfide film forms. Further development of the dispersion hardening under reheating (softening) stimulates the relative weakening and borders destruction.
свариваемостьнизколегированная стальзона термического влиянияпогонная энергия сваркитермический цикл сваркиметаллографическое исследованиекрупнозернистая структура ЗТВвыпадение фаз по границам зерентермическая обработкадисперсионное твердениетрещины при термической обработкеweldabilitylow-alloyed steelheat affected zone (HAZ)rate of heat inputthermal welding cyclemetallographic testcoarse-grained structure of HAZgrain boundary precipitationthermal treatmentdispersion hardeningreheat cracking.
Для изготовления оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок используют термически упрочняемые стали перлитного класса различных систем легирования:— Ni-Mn-Mo (533 cl1, 20MnMoNi55, 10ГН2МФА),— Cr-Mo-V (15Х2МФА),— Cr-Ni-Mo (508 cl2),— Cr-Ni-Mo-V (15Х2НМФА) [1, 2].С целью повышения эксплуатационной надежности сварных соединений рекомендуют использовать чистые стали, выплавленные вакуумно-индукционным методом [1], а также на чистой шихте и дополнительно подвергнутые электрошлаковому переплаву (ЭШП) [2, 3] или внепечному рафинированию и вакуумированию (ВРВ) [4, 5].
Бакалдин, В. И. Основные проблемы и пути их решения при разработке проекта корпуса реактора ВВЭР-1500 / В. И. Бакалдин, В. В. Петров, В. Г. Федосов // Тяжелое машиностроение. - 2006. - № 2. - С. 2-5.Bakaldin, V.I., Petrov, V.V., Fedosov, V.G. Osnovnye problemy i puti ikh resheniya pri razrabotke proekta korpusa reaktora VVER-1500. [Main problems and their solutions under the development of project VVER-1500.] Russian Journal of Heavy Machinery, 2006, no. 2, pp. 2-5 (in Russian).Касаткин, Б. С. Стали и сварочные материалы для изготовления корпусов ядерных реакторов / Б. С. Касаткин, А. К. Царюк // Автоматическая сварка. - 1976. - № 7. - С. 50-54.Kasatkin, B.S., Tsaryuk, A.K. Stali i svarochnye materialy dlya izgotovleniya korpusov yadernykh reaktorov. [Metals and welding materials for manufacturing nuclear reactor pressure vessels.] Avtomaticheskaya Svarka, 1976, no. 7, pp. 50-54 (in Russian).Крутасова, Е. И. Надежность металла энергетического оборудования / Е. И. Крутасова. - Москва : Энергоиздат, 1981. - 240 с.Krutasova, Е.I. Nadezhnost´ metalla energeticheskogo oborudovaniya. [Reliability of power equipment metal.] Moscow: Energoizdat, 1981, 240 p. (in Russian).Хромченко, Ф. А. Диагностика и ресурс сварных соединений паропроводов ТЭС / Ф. А. Хромченко, В. А. Лаппа, Р. Н. Калугин // Сварочное производство. - 2001. - № 7. - С. 21-25.Khromchenko, F.A., Lappa, V.A., Kalugin, R.N. Diagnostika i resurs svarnykh soedineniy paroprovodov TES. [Di-agnostics and life of welded joints of TPP steam pipes.] Svarochnoe Proizvodstvo, 2001, no. 7, pp. 21-25 (in Russian).Покатаев, С. В. Влияние продолжительности затвердевания отливок из Мn-Ni-Mo-cтали с различным со-держанием серы на формообразование и размеры сульфидов / С. В. Покатаев, Г. В. Валова, Н. М. Новикова // НИИ-ЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ. - 1982. - № 5. - С. 6-10.Pokataev, S.V., Valova, G.V., Novikova, N.M. Vliyanie prodolzhitel´nosti zatverdevaniya otlivok iz Mn-Ni-Mo-ctali s razlichnym soderzhaniem sery na formoobrazovanie i razmery sul´fidov. [Effect of solidification of castings of Mn-Ni-Mo-Steel with different sulfur contents on shaping and dimensions of sulfides.] NIIEINFORMENERGOMASh, 1982, no. 5, pp. 6-10 (in Russian).Протоковилов, И. В. Управление формированием сварных соединений при ЭШС / И. В. Протоковилов, В. Б. Порохонько // Автоматическая сварка. - 2012. - № 10. - С. 54-59.Protokovilov, I.V., Porokhonko, V.B. Upravlenie formirovaniem svarnykh soedineniy pri EShS. [Management of welded joints formation at ESW.] Avtomaticheskaya Svarka, 2012, no. 10, pp. 54-59 (in Russian).Земзин, В. Н. Термическая обработка и свойства сварных соединений / В. Н. Земзин, Р. З. Шрон. - Ленин-град : Машиностроение, 1978. - 367 с.Zemzin, B.N., Shron, R.Z. Termicheskaya obrabotka i svoystva svarnykh soedineniy. [Heat treatment and proper-ties of welded joints.] Leningrad: Mashinostroenie, 1978, 367 p. (in Russian).Brandi, S.-D. Electroslag and electroslag welding / S.-D. Brandi, S. Liu, R.-D. Thomas // AWS Welding handbook. - 2012. - Vol. 6A. - P. 365-379.Brandi, S.-D., Liu, S., Thomas, R.-D. Thomas Electroslag and electroslag welding. AWS Welding handbook, 2012, vol. 6A, pp. 365-379.Vinckier, A. Reheat cracking in welded structures during stress relief heat treatments/ A. Vinckier, A.-J. Dhooge // Heat Treating. - 1979. - Vol. 1. - P. 72.Vinckier, A., Dhooge, A.-J. Reheat cracking in welded structures during stress relief heat treatments. Heat Treating, 1979, vol. 1, p. 72.Nakamura, H. Stress-Relief Cracking in Heat-Affected Zone / H. Nakamura, T. Naiki, H. Okabayashi // Doc. of International Institute of Welding : Annual Assembly. - Kyoto, 1969. - № IIW-IX-648-69 / IIW-X-531-69. - 30 p.Nakamura, H., Naiki, T., Okabayashi, H. Stress-Relief Cracking in Heat-Affected Zone. Doc. of International In-stitute of Welding: Annual Assembly. Kyoto, 1969, no. IIW-IX-648-69 / IIW-X-531-69, 30 p.Ito, Y. Study on stress relief cracking in welded low alloy steels. Report 2 / Y. Ito, M. Nakanishi // Journal of the Japan welding society. - 1972. - Vol. 41, № 1. - P. 59-64.Ito, Y., Nakanishi, M. Study on stress relief cracking in welded low alloy steels. Report 2. Journal of the Japan welding society, 1972, vol. 41, no. 1, pp. 59-64.Полетаев, Ю. В. Влияние надреза на склонность сварных соединений к межзеренному разрушению / Ю. В. Полетаев, В. Ю. Полетаев, Д.В. Рогозин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2015. - Т. 15, № 3 (82). - С. 28-34.Poletaev, Yu.V., Poletaev, V.Yu., Rogozin, D.V. Vliyanie nadreza na sklonnost´ svarnykh soedineniy k mezhzerennomu razrusheniyu. [Notch effect on the liability of welded joints to intergranular fracture.] Vestnik of DSTU, 2015, vol. 15, no. 3 (82), pp. 28-34 (in Russian).Полетаев, В. Ю. Влияние химической активности флюса для электрошлаковой сварки на стойкость метал-ла шва против трещин при термической обработке / В. Ю. Полетаев, Ю. В. Полетаев, А. Н. Грицина // Инновационные технологии в машиностроении и металлургии : сб. статей VII науч.-практ. конф. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2015. - С. 258-271.Poletaev, V.Yu., Poletaev, Yu.V., Gritsina, A.N. Vliyanie khimicheskoy aktivnosti flyusa dlya elektroshlakovoy svarki na stoykost´ metalla shva protiv treshchin pri termicheskoy obrabotke. [Chemical activity effect of flux for electroslag welding on resistance against cracking of the weld metal under heat treatment.] Innovatsionnye tekhnologii v mashinostroenii i metallurgii: sb. statey VII nauch.-prakt. konf. [Innovative technologies in machine building and metallurgy: Proc. VII Sci.-Pract. Conf.] Rostov-on-Don: DSTU Publ. Centre, 2015, pp. 258-271 (in Russian).Hobeev, A. E. Influence of weld joints Damaging at the Stage of Manufacturing on Operating Reliability / A. E. Hobeev, Yu. V. Poletaev // Material issues in design, manufacturing and operation of nuclear power plants equipment : proceedings of the 7th international conference. - Saint Petersburg, 2002. - Vol. 1. - P. 438-447.Hobeev, A. E., Poletaev, Yu.V. Influence of weld joints damaging at the stage of manufacturing on operating reli-ability. Material issues in design, manufacturing and operation of nuclear power plants equipment: Proc. 7th Int. Conf. Saint Petersburg, 2002, vol. 1, pp. 438-447.Мураль, В. В. Диффузия серы в гамма-железе / В. В. Мураль, А. П. Фокин // Металловедение и термиче-ская обработка металлов. - 1978. - № 6. - С. 18-21.Mural, V.V., Fokin, A.P. Diffuziya sery v gamma-zheleze. [Diffusion of sulfur in gamma-iron.] Metal Science and Heat Treatment, 1978, no. 6, pp. 18-21 (in Russian).Полетаев, Ю. В. Длительная малоцикловая прочность сварных соединений и выбор аустенитно-стабильных сталей / Ю. В. Полетаев. - Новочеркасск : ЛИК, 2010. - 281 с.Poletaev, Yu.V. Dlitel´naya malotsiklovaya prochnost´ svarnykh soedineniy i vybor austenitno-stabil´nykh staley. [Long-term low-cycle strength of welded joints and selection of austenitic-stable steels.] Novocherkassk: LIK, 2010, 281 p. (in Russian).Шоршоров, М. Х. Фазовые превращения и изменения свойств стали при сварке. Атлас / М. Х. Шоршоров, В. В. Белов. - Москва : Наука, 1972. - 219 с.Shorshorov, М. K., Belov, V.V. Fazovye prevrashcheniya i izmeneniya svoystv stali pri svarke. Atlas. [Phase transitions and changes of steel properties during welding. Atlas.]. Moscow: Nauka, 1972, 219 p. (in Russian).