Lumea materialelor - Jurnal profesional independent electronic

III. anul 1 nr
Septembrie 2002
Volumul 3 - N Ea 1 - septembrie 2002

[ENG] - Articol în limba engleză
[ENG] - Articol în limba engleză

Principalele aspecte de sudabilitate ale ultimelor dezvoltări în oțelurile rezistente la căldură

Lajos Bйres
Profesor Asociat,

Balogh Andrбs
Profesor Asociat

Universitatea din Miskolc
Departamentul de Tehnologie Mecanică

În ultimele decenii, temperatura de funcționare a centralelor electrice nou construite a crescut semnificativ, deoarece creșterea concomitentă a presiunii aburului are ca rezultat o eficiență mai favorabilă. Cu toate acestea, temperaturile de funcționare mai ridicate necesită dezvoltarea unor oțeluri compozite mai noi și mai noi, motiv pentru care smM-ul folosit și utilizat anterior în mod obișnuit a apărut în plus față de oțelurile CrMo cu W, V, Co, Ni etc., de asemenea, cu oțel.

Majoritatea oțelurilor rezistente la căldură sunt prelucrate prin sudare. Cu toate acestea, sudabilitatea acestor oțeluri este problematică și majoritatea pot fi sudate numai prin preîncălzire și post-sudare. Desigur, diferitele compoziții ale oțelurilor necesită în prealabil acest indicator de temperatură. Cu toate acestea, până în prezent nu s-a cunoscut nicio conexiune care să determine temperatura optimă de încălzire pentru oțelul de sudat care trebuie sudat, astfel încât utilizatorul trebuie să îl poată produce întotdeauna.

Conform practicii stabilite, temperatura preîncălzirii unui anumit oțel rezistent la căldură poate varia într-o gamă largă de 100… 150 ° C, temperatura de 20 ± 30 ° C în WPS este determinată de condiții și de grosimea peretelui .

În analiza daunelor puternice și chimice, sa ajuns la concluzia că se poate avea cea mai mare grijă și grijă pentru prevenirea și prevenirea fisurilor.

În cadrul programului nostru de cercetare în domeniul oțelurilor la cald, am arătat că rezistența la fisuri este legată de compoziția chimică a oțelului dat și acest efect este mult mai puternic decât grosimea peretelui. Scopul nostru a fost de a determina o relație materială bazată pe o bază materială, bazată pe un principiu plauzibil, care este potrivit pentru diferitele oțeluri compoziționale, precum și pentru gama largă de temperaturi termice menționate mai sus.

Critica diagramei Schaeffler [1] a furnizat punctul de plecare pentru conexiune. Lehetхvй feltбrt hiбnyossбgokbуl йs pontatlansбgokbуl pornire vбlt цtvцzцtt erхsen, lй g edzйsы acйlokban hegesztйs kцzben vйgbemenх procese au devenit elemzйse йs kimutathatу tйny că aceste acйlokban elхmelegнtйsi hхmйrsйkletnek relația optimбlishoz н la 10 ° C csцkkenйse hozzбvetхlegesen 8% - crește proporția martensitei format în părți ale îmbinării formate în timpul procesului de sudare și în timpul transformării conductorului de căldură.

Analiza și critica diagramei Schaeffler

Viziunea generală este că diagrama Schaeffler ilustrează interacțiunea dintre elementele austenitice și cele care formează ferită, așa cum se arată în liniile groase din Figura 3 de mai jos [2]. Diagrama arată că un oțel ales în mod arbitrar cu 12% echivalenți de crom și 9,5% echivalenți de nichel, de exemplu, se încadrează în zona martensitică, dar cu 6% mai mult transfer de Ni este complet etanș la aer. Acesta este un efect caracteristic al elementelor austenitice. Pe de altă parte, există un caz foarte interesant de oțel, a cărui compoziție poate fi calculată ca Nie = 12% și Cre = 9%, iar dacă se adaugă 7,5% crom, Cr formează ferită. Aceasta înseamnă că diagrama Schaeffler nu reprezintă corect efectul combinat al elementelor austenitice și formatoare de ferită, deoarece un efect caracteristic ambelor grupuri, dar care nu este luat în considerare, are un efect direcțional asupra stabilizării structurii țesutului austenitic. Există o singură explicație pentru fenomenul observat: toate elementele de interconectare reduc alimentarea cu oțel la căldură.

1. бbra. Conținutul de martensită la temperatura sub Ms (1. Steven și Haynes: C 35 acil; 2. Kauhausen: X20 CrMo 12 1 acil)

În conformitate cu Figura 1 [3], în timpul temperaturii Ms, structura țesutului conține martensită care crește liniar cu temperatura de astăzi, aproximativ în așa fel încât temperatura M s -126 ° C să îndepărteze întregul țesut. În exemplul anterior, adăugarea de 6% Ni sau 7,5% Cr a redus temperatura M s cu 126 ° C. Rezultă că 1% lipire Ni reduce temperatura Ms cu 126/6 = 21 ° C, 1% Cr 126/7,5 = 16,8 ° C.

Efectul elementelor de conectare

Elementele menționate mai sus reduc temperatura M s, deci temperatura M s a oțelurilor nealiate este cea mai mare. Fie M sC să denote această temperatură. Conform Figura 2, atâta timp cât o mică modificare a conținutului de C sub 0,07% determină o scădere foarte mare a măsurării Ms h х, schimbarea este doar o creștere moderată de 0,1%.

Figura 2 nu poate fi inserată

2. бbra. Relația dintre temperatura Ms și conținutul de oțel C

Rezistența efectului de austenitizare a oricărui element chimic se caracterizează prin cantitatea de reducere a temperaturii M s adăugată la oțel în cantitate de 1%. La un conținut scăzut de carbon, efectul carbonului este de 30 de ori mai puternic decât în conformitate cu studiile pe nichel și Ornig [4]. La 0,2% C, acest raport este de 15 ori mai mare.

Temperatura MsC a oțelurilor nealiate, exprimată în ° C, poate fi calculată cu ușurință din următoarele relații de regresie:

Temperatura Ms a oțelurilor aliate, așa cum se menționează în legătură cu Figura 1, sub 18% din echivalenții de crom, în funcție de cele mai importante elemente de aliere, este după cum urmează:

Conform relației (4), temperatura Ms este o funcție a variației concentrațiilor de lipire a oțelului. Schimbarea M aparținând schimbării elementare a variabilelor independente poate fi obținută prin diferențierea coezivă a parității:

După diferențiere:

Efectul de reducere M s al elementelor de formare a feritei este liniar, prin urmare efectul lor simultan poate fi exprimat prin următoarea ecuație bine cunoscută:

Efectul Ni și Mn Ms asupra temperaturii este, de asemenea, liniar, modificarea conținutului de carbon este mică comparativ cu celelalte elemente, prin urmare efectul combinat al elementelor austenitice este bine aproximat:

Un oțel este considerat austenitic dacă temperatura lui M s este sub 0 ° C. Luând în considerare această condiție, pentru orice oțel echivalent cu crom, suma poate fi exprimată din ecuația (4).

Punctul dat de coordonatele NieB și Cre ale oțelului în diagrama Schaeffler se află pe linia mărginită de câmpul austenitic. Un punct aparținând oricărui conținut de carbon este situat pe o linie paralelă cu prima. Deoarece Nie = NieB cu un conținut de carbon de 0,1%, efectul carbonului poate fi de 30 de ori mai mare decât cel al nichelului, Figura 3 poate fi construită [5, 6]. Structura țesăturii unui anumit oțel sau sudură cu conținut de carbon este austenitică numai dacă punctul corespunzător compoziției sale cade pe linia hexagonală aparținând conținutului de C dat.

Gow, Harder [7] și Nekhendzy [8] au arătat că la oțelurile cu un conținut de Cr mai mic de 10%, capacitatea relativă austenitică a Ni și Mn se schimbă puternic și când oțelul este de cel puțin 1,75 Conține% Mn și 1% Cr, 1% nichel Efectul de scădere al dozei de mangan poate fi crescut doar. Această constatare este, de asemenea, în concordanță cu efectul descris în diagrama simplificată a țesăturii Guillet a oțelurilor Mn și Ni.

Setarea anterioară înseamnă că sub 10% Cr e diagrama Schaeffler este distorsionată în proporții crescânde, adică oțelurile nealiate nu pot fi trase direct în diagramă, așa cum sa făcut până acum, de ex. legături eterogene au fost făcute la examinarea structurii tisulare așteptate. Datorită liniarității Cre și a faptului că la sudarea oțelurilor nealiate cu umplutură austenitică, conținutul de Cr al cusăturii depășește 10%, diagrama Schaeffler poate fi utilizată doar pentru a prezice țeserea cusăturii dacă este de 0,1%.

3. бbra. Diagrama Béres este o formă modificată a diagramei Schaeffler

Dacă conținutul de carbon este mai mare de 0,1%, diagrama Schaeffler scade fracția de martensită cu aproximativ 15%. Pe baza acestei recunoașteri, autorii au propus o modificare a diagramei Schaeffler.

Generalizarea teoriei

O reevaluare a rezultatelor lui Eichelmann și Hull [9] duce la concluzia că creșterea concentrației elementelor constitutive întărește capacitățile austenitice. În plus, se știe că la oțelurile cu mai puțin de 5% Ni, temperatura de transformare scade mai repede cu conținutul de Ni decât cu un conținut de Ni peste 5%.

Pe baza liniei de raționament anterioare, putem obține o metodă de iterație care poate fi aplicată în practică prin generalizarea ecuației (4). În [10, 11, 12] am dat temperatura Ms și compoziția exactă a mai mult de 300 de oțeluri. Folosind această bază de date, am definit o nouă relație între compoziția oțelului și temperatura M s.

Forma generalizată a funcției propuse, care se aplică tuturor tipurilor de oțel, cu excepția oțelurilor micro-aliate, este după cum urmează:

Formula generală pentru echivalenții de crom în relația (9) este în general utilizată [5]:

Valorile regresiei combinate a lui x, y și z sunt date în Tabelul 1. Ipotezăm că coeficienții de regresie nu sunt independenți de concentrație, dar nu am reușit încă să îi definim mai precis, deoarece produsele din oțel sunt singurele care pot fi vândute pe piață. Prin urmare, lipsesc de ex. în timp ce datele măsurate pentru diferitele compoziții Cr + Si.

De asemenea, este clar din Tabelul 1, compilat pe baza bazei de date compilate din literatura citată, că Co nu afectează temperatura Ms și că cuprul acționează independent de concentrația sa.

Deoarece informațiile despre temperatura Ms sunt foarte importante atât pentru sudori, cât și pentru profesioniștii în tratamentul termic, mulți cercetători au căutat să determine temperatura Ms în mod empiric [3]. Analizând aceste corelații, am constatat că ecuațiile M s raportate sunt valabile numai într-un interval îngust de concentrație și că valorile de temperatură calculate nu se încadrează în intervalul de valori. Efectul combinat, bazat pe fundamentele noastre teoretice și teoretice adecvate, oferă rezultate mult mai precise. Pentru a ilustra acest lucru, se utilizează câteva caracteristici statistice obținute în timpul prelucrării eșantionului de 300 de elemente: coeficient de corelație 0,9898, abaterea medie a temperaturilor măsurate și calculate este de 0,82 ° C, abaterea maximă este de 10 ° C.

Relația dintre radiatorul Ms și radiatorul de preîncălzire pentru sudură

Pentru a explora relația indicată în titlu, am folosit două oțeluri de oțel cu rezistență ridicată la cald (Tabelul 2 [14]). Comparația dintre măsurat și M și temperatura calculată din compoziție au arătat doar diferențe foarte mici. În practică, concentrația fiecărui element variază între limitele standard ale compoziției, în caz extrem compoziția unei doze până la limita inferioară standard și a alteia până la limita superioară. Pentru oțelurile menționate mai sus, am calculat expansiunea temperaturii M s, presupunând că toate aceste articole cad la limitele inferioară și superioară. Din datele din tabelul 3 se poate observa clar că pentru fiecare oțel temperatura M s variază de la 70 ° C la 70 ° C, în funcție de compoziția chimică, care variază între limitele standard ale compoziției. La proiectarea tehnologiei de sudare, elementul de încălzire T e, care este utilizat în mod obligatoriu în scopul crăpării și crăparii, are o mare importanță la acest nivel vertical.

La sudarea oțelului laminat la cald de înaltă rezistență X20 CrMoV 12 1, literatura recomandă o temperatură de încălzire de 200 ... 300 ° C pentru a reduce riscul de rep. În funcție de compoziția efectivă a lotului de oțel, temperatura Ms calculată poate fi de 254 ° C și, din cauza condițiilor tehnologice, temperatura de încălzire a sudurii este de 300 ° C. În loc de sudură martensitică în astfel de condiții extreme, sudarea cicatricială are loc în stare austenitică la 46 ° C peste temperatura Ms. Deoarece structura austenitică are proprietăți bune de rezistență, nu există riscul de fisurare în timpul sudării. Cu toate acestea, după încălzire, temperatura scade la valori stratificate, iar austenita este complet convertită în martensită. Pe măsură ce schimbarea structurii țesăturii determină formarea de solicitări interne, sensibilitatea la fisuri a articulației crește.

În caz contrar, temperatura lotului de oțel M s poate fi de 324 ° C, în timp ce temperatura de încălzire este de numai 200 ° C. În acest caz, are loc sudarea cu martensită. Dacă scăderea temperaturii scade la Ms-124 ° C, se creează o structură complet martensitică în linia de sudare, ceea ce explică gradul de rezistență la fisurare în timpul sudării.

Pentru a elimina problema anterioară, a fost dezvoltat gradul de oțel X10 CrNiVNb 9 1. Acest oțel are deja o temperatură mai mare M s datorită conținutului său redus de carbon din punct de vedere al sudurii. Dacă temperatura oțelului este menținută la o temperatură de 250 ° C pentru acest oțel, cicatricea va fi o martensită abruptă, cu mult sub temperatura Ms. Acest lucru nu cauzează de obicei nicio dificultate, deoarece martensita cu conținut scăzut de carbon este ușoară și relativ netedă și, prin urmare, riscul de fisurare este redus. Cu toate acestea, în ciuda tendinței mai mici de a sparge, nici capătul minții nu poate fi lăsat în afara acestui oțel.

Temperatura optimă pentru preîncălzire

Pentru a determina temperatura optimă pentru preîncălzire, trebuie avut în vedere principiul că duritatea maximă și conținutul de martensită ale conductorului de căldură trebuie să fie independente de compoziția chimică a unui anumit tip de oțel. Kitыzцtt cйl e l mйleti megalapozбsa cйljбbуl kнsйrletekkel meghatбroztuk a austenitesнtйs utбn kьlцnbцzх, M s lehыlt elхmelegнtйsi hхmйrsйkletekre kйtfйle mai jos (rйgi йs Cont Nou) melegszilбrd acйl fron kнtуszilбrdsбgбt йs цsszevetettьk generat hхhatбsцvezetben conținutul martensita. Scopul acestui studiu nu este să descrie cursul studiului, așa că doar rezultatul final va fi descris acum. [16].

Atunci când se dezvoltă oțeluri martensitice, ar trebui să se presupună din experiența practică că la sudarea acestor oțeluri, temperatura de preîncălzire este de obicei mai mică decât cea a oțelului M s. După sudare, lipirea ulterioară la rece devine martensitică în masă completă și atinge netezimea dorită doar atunci când este eliberată.

Cantitatea de martensită dintr-o anumită compoziție de lot de oțel la cald depinde doar de diferența dintre preîncălzire și temperatura Ms, deci este importantă temperatura oțelului rezistent la căldură M s care trebuie sudat.

MS hхmйrsйklet йs felhasznбlva цsszetйtele kцzцtti erхs korrelбciуt bazat pe acйladag konkrйt 300 elemы mintбra din gressziуs цsszefьggйst hatбroztunk la care szбmнtуkйpletek publikбlt korбbban împotriva akбr eltйrйsйvel 100 ° C deja aveți nйhбny ° C pontossбgъ, adică hegesztйsi elхmelegнtйsi hхmйrsйklet tervezйsйre aplicație s.

Din semnul negativ al coeficientului de regresie, se poate concluziona că majoritatea receptorilor au ca efect reducerea temperaturii de M s. Doar comportamentul lui Co și Cu diferă de caracterul general.

Din conceptul original al diagramei Schaeffler, am arătat că atâta timp cât efectul relativ al elementelor formatoare de ferită este constant, efectul austenitic al principalelor elemente formatoare austenitice (Mn, Cr,) nu este independent de concentrație . Această caracteristică este bine eliminată la oțelurile cu un conținut de cel mult 1% Cr prin modificarea relativă a valorilor x și y.

Să presupunem că efectul de reducere a temperaturii elementelor Ms - similar vârfului de rezistență la crom - în oțelurile corozive - nu se modifică continuu, ci treptat.

Generalitatea metodelor noastre de încălzire propuse pentru determinarea temperaturii de încălzire demonstrează că acestea sunt valabile nu numai pentru oțelul zincat la cald cu rezistență ridicată, ci și pentru coroziunea martensitică.