Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 11
1.1 Сосуды и аппараты, работающие под давлением в нефтегазовой отрасли и свойства их сварных элементов 11
1.2 Анализ случаев отказа сосудов, работающих под давлением 18
1.3 Способы послесварочной обработки сварных соединений из углеродистых и низколегированных сталей 21
1.3.1 Термическая обработка сварных соединений 22
1.3.2 Термоциклическая обработка сварных соединений 27
1.3.3 Пластическое и сверхпластическое деформированиесварных соединений 31
1.4 Цель и задачи исследования 36
2 Материал и методы исследований 38
2.1 Подготовка образцов сварных соединений для исследований 38
2.2 Способы послесварочной обработки 41
2.2.1 Прокатка роликами сварных образцов по режиму СПД 41
2.2.2 Осадка сварных образцов в режиме СПД 42
2.2.3 Отжиг сварных образцов 48
2.2.4 Термоциклическая обработка сварных образцов 48
2.3 Методы исследований 49
2.3.1 Испытание на растяжение 49
2.3.2 Определение твердости и микротвердости 51
2.3.3 Металлографические исследования 52
2.3.4 Коррозионные испытания 53
2.3.5 Рентгеноструктурный анализ 56
3 Влияние деформационной обработки по режимам СПД намеханические свойства сварных соединений 57
3.1 Влияние схемы деформирования в режиме СПД наизменение микротвердости и твердости в области сварного шва сталей 20 и ЗОХГСА 51
3.2 Влияние прокатки роликами в режиме СПД на механические свойства зон сварного соединения сталей 20 и ЗОХГСА 63
3.3 Влияние способов послесварочной обработки намикротвердость и твердость сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА 72
4 Структурные изменения в сварных соединениях придеформационно-термической обработке 78
4.1 Влияние способов послесварочной обработки на изменениемикроструктуры сварных соединений стали 20 78
4.2 Влияние способов послесварочной обработки на изменение микроструктуры сварных соединений стали ЗОХГСА 85
4.3 Влияние способов послесварочной обработки на скоростьсплошной коррозии сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА 90
4.4 Результаты рентгеноструктурных исследований 95
Общие выводы 100
Список использованных источников 101
- Анализ случаев отказа сосудов, работающих под давлением
- Прокатка роликами сварных образцов по режиму СПД
- Влияние прокатки роликами в режиме СПД на механические свойства зон сварного соединения сталей 20 и ЗОХГСА
- Влияние способов послесварочной обработки на изменение микроструктуры сварных соединений стали ЗОХГСА
Введение к работе
Актуальность темы. Накопленный опыт эксплуатации нефтегазового оборудования показывает, что с течением времени происходит разрушение его элементов, как правило, по сварным соединениям вследствие воздействия температурных и силовых нагрузок, различных видов коррозии и других факторов. Это обусловлено тем, что для сварных соединений, выполненных сваркой плавлением, характерны структурная неоднородность и наличие концентрации остаточных напряжений.
Проблема увеличения ресурса нефтегазового оборудования, повышения его надежности является весьма актуальной ввиду острой необходимости снижения возможности возникновения аварийных ситуаций, связанных с гибелью людей, загрязнением окружающей среды, большими материальными затратами на их устранение. При этом одной из важнейших является задача повышения качества сварных соединений, в частности за счет снижения их напряженно-деформированного состояния и достижения свойств, максимально приближающихся к свойствам основного металла.
Решение этой задачи возможно путем использования термической обработки или деформационного воздействия на сварное соединение. Проблема обработки сварных соединений из углеродистых и низколегированных сталей представлена в большом количестве научных исследований, а их результаты нашли применение на практике. Однако известные методы термической обработки ввиду продолжительности и энергоемкости не всегда являются эффективными, при этом не гарантируются устранение структурной неоднородности и достижение равнопрочности сварного соединения и основного металла.
Перспективным с позиций достижения высокого качества сварных соединений представляется использование температурно-скоростных
режимов сверхпластической деформации. Обработка металлов и сплавов в режиме сверхпластической деформации обеспечивает малые нагрузки на инструмент и низкие энергозатраты. Несмотря на обширные исследования сверхпластической деформации в кристаллических материалах, практически отсутствуют сведения по практическому использованию сверхпластической деформации для обработки сварных соединений из углеродистых и низколегированных сталей, которые широко применяются для изготовления сварных элементов нефтегазового оборудования.
Цель работы. Исследование возможности и эффективности использования сверхпластической деформации для снижения неоднородности структуры и механических свойств сварных соединений из углеродистых и низколегированных сталей с целью повышения работоспособности элементов нефтегазового оборудования.
Задачи исследования. Для достижения цели работы были поставлены следующие основные задачи:
1) разработка методики термомеханической обработки сварных
соединений в температурно-скоростном режиме сверхпластической
деформации;
2) выявление влияния деформации в температурно-скоростном режиме
сверхпластической деформации на изменение механических свойств и
структуры в зонах сварных соединений;
3) сравнительный анализ результатов механических испытаний,
структурных исследований и коррозионной стойкости сварных соединений
после термомеханической обработки в режиме сверхпластической
деформации и после термической обработки и термоциклической обработки;
4) разработка практических рекомендаций по повышению качества
сварных соединений, приводящих к совершенствованию технологического
процесса изготовления сварных днищ и штуцеров сосудов, работающих под
давлением.
Научная новизна заключается в следующих положениях.
1 Установлена принципиальная возможность снижения структурной
неоднородности в различных зонах сварных соединений из сталей 20 и
ЗОХГСА путем их сверхпластической деформации при температуре 730±5 С
и скорости деформации 3-10" с" .
Показано, что сверхпластическая деформация (є = 20 %) сварных соединений из сталей 20 и ЗОХГСА позволяет более эффективно чем рекристаллизационный отжиг и термоциклическая обработка снижать неоднородность структуры и механических свойств основного металла и зоны термического влияния.
Установлено, что максимальное снижение микронапряжений кристаллической решетки металла в зоне термического влияния сварных соединений из сталей 20 и ЗОХГСА происходит также в ходе сверхпластической деформации (є = 20 %).
Показано, что сверхпластическая деформация (є = 20 %) сварных соединений из сталей 20 и ЗОХГСА и их рекристаллизационный отжиг приводят к снижению скорости общей сероводородной коррозии металла до близких значений.
Практическая значимость. Разработаны и приняты к внедрению в ОАО «Салаватнефтемаш» научно обоснованные энергосберегающие режимы термомеханической обработки, позволяющие снизить неоднородность механических свойств сварных соединений эллиптических днищ и штуцеров сосудов, работающих под давлением.
По структуре работа состоит из четырех глав.
В первой главе проведен литературный обзор способов изготовления элементов и условий эксплуатации крупногабаритных сосудов, работающих под давлением, проведен обзор работ, направленных на достижение
однородности свойств сварного шва, зоны термического влияния и основного металла, а также снятия остаточных напряжений в сварных соединениях, выполненных сваркой плавлением.
В заключение главы сделаны выводы, что перспективным способом обработки сварных соединений из углеродистых и низколегированных сталей может являться термомеханическая обработка в температурно-скоростном режиме сверхпластической деформации, основной особенностью которой является увеличение роли такого микромеханизма деформации, как зернограничное проскальзывание. В соответствии с этим были сформулированы цель и задачи диссертационной работы.
Во второй главе дано обоснование выбора материалов для исследований. Описаны порядок подготовки, изготовления образцов сварных соединений из сталей 20 и ЗОХГСА и методики их послесварочной обработки.
Для оптимизации режимов термомеханической обработки была произведена прокатка роликами и осадка образцов сварных соединений с величинами деформации 10 %, 20 % и 40 % в температурно-скоростном режиме сверхпластической деформации для исследуемых сталей -температуре 730 ±5 С и скорости деформации 3-Ю*3 с"1.
Для проведения сравнительных исследований влияния термомеханической обработки в режиме сверхпластической деформации на структуру, механические и коррозионные свойства сварных соединений с широко используемыми видами термической и термоциклической обработок использовались образцы после отжига со временем выдержки 30 минут при температуре 730±5 С и образцы после двух циклов термоциклической обработки в интервале температур (880...730)±5 С. Данные образцы имеют сопоставимые затраты времени на проведение послесварочной обработки и температурный режим по сравнению с термомеханической обработкой в режиме сверхпластической деформации.
Также в данной главе описаны методика измерения микротведости и твердости, порядок подготовки образцов и методика механических испытаний на растяжение, последовательность металлографических исследований, дано обоснование и методика проведения исследований по стойкости сварных соединений сплошной коррозии, которую вызывает сероводород, содержащийся в нефти и газе ряда месторождений, представлена методика рентгеноструктурного анализа.
В третьей главе приведены результаты механических испытаний. Проведенные измерения на образцах сварных соединений в исходном состоянии выявили большой разброс значений микротвердости и твердости в зоне термического влияния. При этом превышение максимальных значений твердости в зоне термического влияния относительно основного металла для стали 20 достигает 27 %, для стали 30ХГСА - 29 %.
Анализ значений твердости по зонам сварного соединения показал, что осадка и прокатка роликами в режиме сверхпластической деформации в равной степени оказьшают влияние на изменение микротвердости и твердости в различных зонах сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА.
Анализ результатов измерений по зонам сварных соединений из сталей 20 и ЗОХГСА после деформации в режиме сверхпластической деформации выявил, что минимальный разброс значений твердости в зоне термического влияния, а также минимальная разница в средних значениях твердости основного металла и зоны термического влияния наблюдаются после прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации с величиной деформации 20 % по сравнению с деформациями 10 % и 40 %.
Анализ значений твердости по зонам сварного соединения сталей 20 и ЗОХГСА после отжига показал одинаковый характер изменения их значений в сторону уменьшения. Термоциклическая обработки сварных образцов стали ЗОХГСА приводит к повышению значений твердости во всех зонах сварного соединения, а термоциклическая обработка сварных образцов стали
20 приводит к повышению твердости только в основном металле. Минимальный разброс значений твердости в каждой из зон сварного соединения наблюдается после термоциклической обработки и прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации. При этом минимальная разница в средних значениях твердости основного металла и зоны термического влияния сварных соединений обеих марок сталей наблюдается после прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации с величиной деформации 20%.
В четвертой главе приведены результаты структурных изменений и коррозионных испытаний сварных соединений в результате деформационно-термической обработки.
Анализ микроструктур исходных сварных соединений стали 20 показал, что основной металл и зона термического влияния всех сварных соединений состоит из феррита и перлита, для микроструктуры сварного шва характерна дендритная структура зерен, ориентированных вдоль отвода тепла из зоны плавления металла при охлаждении. При этом на участке перегрева зоны термического влияния было отмечено возникновение крупных зерен размером до 48 мкм. После отжига, как в основном металле, так и в зоне термического влияния существенных изменений размера зерна не происходит. После термоциклической обработки и прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации со степенью деформации 20 % происходит уменьшение среднего размера зерна в основном металле и на участке крупного зерна в зоне термического влияния. В результате этого средний размер зерен стали 20 в сварном соединении после термоциклической обработки колеблется от 6 мкм до 7 мкм, после прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации - от 7 мкм до 8 мкм. По полученным фотографиям микроструктур сварных соединений стали ЗОХГСА прослеживается уменьшение степени дисперсности ферритно-цементитной структуры в зоне термического влияния образцов после
прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации с величиной деформации 20 %.
На основании анализа изменения скорости коррозии сварных образцов был сделан вывод, что различные способы послесварочной обработки сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА, кроме термоциклической обработки сварных соединений стали ЗОХГСА, позволяют в равной степени снизить скорость общей сероводородной коррозии.
Рентгеноструктурные исследования позволили провести оценку
микронапряжений кристаллической решетки металла в зоне термического
влияния сварных соединений. Установлено, что для сварных соединений из
стали 20 все виды послесварочной обработки приводят к снижению
микронапряжений, причем их минимальные значения наблюдаются после
прокатки роликами в режиме сверхпластической деформации (є = 20 %). Для
сварных соединений из стали ЗОХГСА после отжига и термоциклической
обработки уменьшение микронапряжений не наблюдается, а прокатка
роликами в режиме сверхпластической деформации (є = 20 %) позволяет
* максимально снизить микронапряжения.
Работа выполнена на кафедре «Сервис бытовых машин и приборов» Уфимского государственного института сервиса под руководством доктора технических наук Щипачева Андрея Михайловича, которому автор выражает искреннюю благодарность.
Анализ случаев отказа сосудов, работающих под давлением
Современный уровень технического прогресса позволяет создавать сосуды и аппараты, которые обладают высокой надежностью. Основой для этого служит комплекс мер, применяемых на стадии проектирования, монтажа и эксплуатации. В процессе проектирования проводится детальный анализ основных режимов работы конструкций, и принимаются меры по обеспечению ее прочности во всех рассматриваемых случаях. Однако такой анализ не всегда может явиться достаточной гарантией работоспособности изделий. Основной причиной всех случаев нарушения работоспособности является недостаточность имеющихся представлений о неблагоприятных ситуациях, возможных для данных сосудов в связи с особенностями их эксплуатации, технологией изготовления и используемыми конструкционными материалами. Типичной формой предельного состояния сосудов, работающих под давлением, является разрушение или повреждение как результат развития трещины. Обьиным местом нахождения трещин являются сварные швы или их окрестности. Возникновение аварийных ситуаций, как крайней формы проявления отказов, должно быть исключено для оборудования нефтегазовой отрасли, особенно для больших сосудов со сварными днищами, работающих под давлением. Это вязано с тем, что восстановление таких сосудов после аварий требует привлечения огромных трудовых и материальных ресурсов, которые во много раз превышают плановые затраты на капитальный ремонт, а сами аварии и их последствия становятся потенциально опасными как для человека, так и для природы /36/. Аварии, как правило, происходят мгновенно и неожиданно для обслуживающего персонала, что влечет за собой значительные потери сырья нефтепродуктов в результате пожаров, испарений и разливов, загрязнений атмосферы и почвы токсичными, взрывоопасными и горючими веществами. В работах /5, 18/ и в периодической печати приводятся сведения об авариях, которые нанесли большой материальный ущерб предприятиям нефтегазовой отрасли и явились причиной гибели людей.
Сведения по отказам и неисправностям крупногабаритных сосудов очень трудно анализировать, даже если этот анализ будет проводиться за весь период их эксплуатации, т.к. появление отказов и неисправностей зависит в большей степени от условий работы. Это, прежде всего, влияние свойств и составов жидкостей (газов), их агрессивность, а также рабочих условий (давлений, температур, тепловых потоков, количества циклов загрузки и разгрузки и т.д.). Информация об отказах и неисправностях конструкций не отличается достаточной полнотой и абсолютной достоверностью в силу специфичности самих объектов и из-за недостатков системы сбора и обработки информации /57/.
В большинстве случаев крупногабаритные конструкции являются уникальными объектами, изготавливаемыми по индивидуальным проектам для конкретных производств. Большие габариты и масса обуславливают высокую стоимость объекта. Поэтому невозможно провести полноценные испытания на надежность.
На сбор статистического материала по отказам и неисправностям крупногабаритных конструкций за весь период эксплуатации требуется значительное время, а также обеспечение сохранности собранных данных в течение длительного периода для последующего их анализа и систематизации.
Если все же такая информация имеется, то в этом случае методы математической статистики могут применяться для анализа работоспособности крайне ограниченно. Даже при наличии нескольких конструктивно идентичных объектов, функционирующих с одинаковыми рабочими параметрами, будет неоправданным упрощением говорить об их однородности и определять статистически те или иные характеристики надежности.
Тем не менее, имеющийся статистический материал по отказам и неисправностям представляет значительную ценность, поскольку позволяет определить основные причины потери работоспособности и наметить восстановительные или профилактические мероприятия /36/.
Ниже на рисунке 1.1 приведены распределения причин отказов и неисправностей вертикальных цилиндрических резервуаров средней вместимости, эксплуатируемых в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» за 2001 год.
Анализ приведенных данных позволяет выявить основные причины отказов и неисправностей, характерных для данного вида оборудования предприятий нефтегазовой отрасли. Поврежденность крупногабаритных составляющих элементов, таких как днище и корпус, проявляется гораздо чаще. При этом, нельзя не считаться с поврежденностью таких элементов, как патрубки, трубы, отводы и т.д.
Весь комплекс мер, направленных на уменьшение разнородности свойств сварного соединения и уменьшения уровня сварочных напряжений, условно можно отнести к конструктивным и технологическим. К конструктивным мерам относят те, которые принимаются уже на стадии проектирования конструктором. Технологические меры преимущественно осуществляются технологом в процессе изготовления конструкции и ее узлов.
Наиболее рациональное проведение температурного цикла при сварке, последовательность проведения сварочных операций, правильный подбор свойств свариваемого и электродного материала, подогрев соединения перед сваркой - все эти мероприятия могу существенно влиять на качество сварных соединений. При этом невозможно полностью избежать концентрации напряжений, связанных с дефектами сварного шва. Высокие градиенты температуры при сварке обуславливают возникновение структурных превращений металла шва и зоны термического влияния при охлаждении, а также высоких остаточных напряжений.
Следовательно, наиболее эффективным способом обеспечения однородных свойств сварного соединения и снятия остаточных напряжений являются технологические меры. Для снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях применяются: термическая обработка, нагружение равномерным гидравлическим давлением или растягивающими силами, взрывная и вибрационная обработка, прокатка роликами. Кроме этого используются термомеханическая обработка и местный нагрев. Выбор метода обуславливается эффективностью воздействия его на работоспособность сварной конструкции и технической оснащенностью предприятия.
В настоящее время исследованы и применяют несколько видов последующей термической обработки сварных соединений для выравнивания механических свойств зоны термического влияния и снижения остаточных напряжений /7, 12, 13, 26, 31, 32, 37, 53, 84, 94, 96, 97/. При этом применяют как общий нагрев конструкции, так и местный неравномерный нагрев.
Прокатка роликами сварных образцов по режиму СПД
Прокатка роликами сварных образцов по режиму СПД Для прокатки роликами использовались образцы с размерами, представленными на рисунке 2.1. Прокатка роликами образцов сварного соединения была проведена с величинами деформации 10 %, 20 %, 40 % при температуре 730±5 С - оптимальной температуре сверхпластической деформации для конструкционных сталей с постоянной скоростью деформации 3-Ю 3 с"1 /21. Установка состоит из следующих основных элементов /46/: - силовой рамы и механизмов нагружения испытательной машины - системы автоматического управления фирмы «ЮТЕСН»; - персонального компьютера "Pentium 133". Испытательная машина СНТ-10БД включает тумбу, с расположенными в ней механизмами нагружения, нижнюю плиту, траверсу и четыре колонны, образующих силовую раму. Для поддержания заданной скорости деформирования при осевом перемещении в установке используется электропривод типа «Кемрон». Данный привод имеет встроенные системы защиты от обрыва цепи тахогенератора, короткого замыкания, превышения оборотов, ограничения максимального момента и др. Для измерения осевого усилия и выдачи на вторичную аппаратуру электрических сигналов, пропорциональных измеряемым параметрам на основе датчиков типа 1798 ДСТУ2, разработан и изготовлен специалистами ИПСМ РАН узел силоизмерителей. Датчик, воспринимающий осевое усилие, устанавливается в разрыве пассивной тяги с помощью переходных втулок и накидных гаек. Своей верхней частью он закреплен в упоре, который воспринимает от пассивной тяги осевое усилие, но не препятствует ее вращению. Конструктивно упор представляет собой подшипниковый узел, состоящий из радиального и упорного подшипников качения. Измерение осевой деформации образца осуществляется с помощью сельсин-датчика Ве-
Машина сложного нагружения может управляться либо с пульта ручного управления, либо с компьютера. Управление при замене образцов и другие несложные манипуляции осуществляются с пульта ручного управления. Пульт управления соединен с блоком электроавтоматики. Блок электроавтоматики осуществляет выбор режима работы, блокировки,
связанные с ограничением перемещения, включение - выключение приводов. Для изменения скоростей деформации в ручном режиме в состав блока автоматики включен цифроаналоговый преобразователь кода, набираемого с декадного переключателя скоростей, которые выведены на переднюю панель шкафа управления.
Система регистрации машины позволяет сохранять результаты в двух вариантах: в виде диаграмм на ленте, либо в виде текстового файла. Самописец подключается к выходу цифроаналогового преобразователя -ПАП карты DBK2, в который информация заносится с управляющей программы. Одновременно с заданной периодичностью выходные параметры заносятся в виде текстового файла в компьютер.
Для высокотемпературных испытаний на машине использовано нагревательное устройство от универсальной испытательной машины У 10, в котором дополнительно создана система автоматического регулирования всех трех секций нагревателей, а также с целью увеличения скорости нагрева заменен источник питания на трансформатор типа ОСУ-40/0,5-УХЛ4. Печь закрепляется на колонне силовой рамы машины сложного нагружения при помощи клеммовых соединений. Клеммовые соединения дают возможность перемещать нагревательную печь в вертикальном направлении.
На описанной выше установке была проведена осадка образцов сварного соединения в температурно-скоростном режиме сверхпластической деформации также с величинами деформации 10 %, 20 %, 40 %. Постоянство скорости деформации было обеспечено путем автоматической коррекции осевой скорости деформирования пропорционально текущей высоте образца.
Регистрация параметров испытаний производилась в цифровом виде. В процессе испытания в каждый момент времени регистрировали следующие параметры: текущее время (/), абсолютное уменьшение высоты {АН) и осевое усилие (Р). Количество записей в минуту - 60. Обработка полученных данных производилась с помощью программного пакета "Microsoft
На рисунках 2.6 и 2.7 представлены некоторые зависимости изменения абсолютной высоты образцов сварного соединения из сталей 20 и 30 ХГСА от осевого усилия. Для исследования влияния отжига и выявления роли сверхпластической деформации на структуру и свойства сварных соединений образцы помещали в трубчатую электрическую печь сопротивления марки Т 40/600, нагретую до температуры 730±5С. Контроль температурного режима осуществлялся с помощью термоэлектрических термометров типа Г/777, выпускаемых промышленностью по ГОСТ 6616-74. Для исследований влияния отжига на структуру и свойства сварных соединений выдержка образцов при указанной выше температуре составляла 30; 60; 180; 300 и 600 минут соответственно с последующим охлаждением на воздухе. Для сравнительных исследований влияния отжига и деформационной обработки в режиме СПД использовались образцы после отжига со временем выдержки 30 минут. Образцы с данным временем выдержки при температуре отжига имеют соизмеримые затраты времени на проведение послесварочной обработки по сравнению с деформационной обработкой.
Влияние прокатки роликами в режиме СПД на механические свойства зон сварного соединения сталей 20 и ЗОХГСА
Влияние способов послесварочной обработки на изменение микроструктуры сварных соединений стали ЗОХГСА
Механические характеристики различных зон сварного соединения в исходном состоянии и после прокатки роликами в режиме СПД рассчитьшались согласно ГОСТ 1497-84 в виде условных растягивающих напряжений по положению определенных точек на диаграмме растяжения, которую записывали на самописце установки. Результаты испытаний на одноосное растяжение представлены в таблицах 3.3 и 3.4. Построение зависимостей механических характеристик, которые представлены на рисунках 3.3 - 3.6, осуществляли по средним значениям механических параметров. Характер изменения значений предела прочности и условного предела текучести по зонам сварного соединения сталей 20 и ЗОХГСА в исходном состоянии и после прокатки роликами в режиме СПД с различной степенью деформации представлен на рисунках 3.7 - 3.10. Из представленных рисунков видно, что наибольшая разница в средних значениях предела прочности основного металла и зоны термического влияния наблюдается у образцов сварных соединений в исходном состоянии. Для сварных образцов стали 20 данная разница составляет 19 %, для стали ЗОХГСА - 22,2 %. При этом необходимо отметить разброс значений условного предела текучести у образцов сварных соединений в исходном состоянии обеих марок сталей. Максимальная разница в значениях предела прочности основного металла и сварного шва так же наблюдается у образцов в исходном состоянии, для стали 20 данная разница составляет 30 %, для стали ЗОХГСА около 16 %. Максимальные значения предела прочности основного металла сварных соединений обеих марок сталей наблюдаются при деформации 10 %. С увеличением деформации до 20 % значения предела прочности основного металла снижаются, при дальнейшем увеличении деформации до 40 % значения предела прочности практически не изменяются. Минимальная разница в значениях предела прочности основного металла сварного соединения относительно исходного состояния наблюдается при деформации 20 % и составляет для стали 20 - 6,3 %, для стали ЗОХГСА - 5,2 %. Минимальная разница в значениях условного предела текучести основного металла сварного соединения относительно исходного состояния наблюдается также при степени деформации 20 % и составляет для стали 20 - 6,0 %, для стали ЗОХГСА - 4,6 %.
При деформации 10 % значения предела прочности в зоне термического влияния сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА практически не изменяются. При увеличении деформации до 20 % наблюдается стабильное снижение предела прочности, которое остается практически неизменным при дальнейшем увеличении деформации. При этом минимальная разница в значениях предела прочности основного металла и зоны термического влияния наблюдается при деформации 20 % и составляет для сварных соединений стали 20 - 3,0 %, для сварных соединений стали ЗОХГСА - 4,2 %. При дальнейшем увеличении деформации до 40 % разница в значениях предела прочности основного металла и зоны термического влияния не изменяется.
Результаты испытаний на растяжение образцов из сварного шва стали 20 показывают, что условный предел текучести имеет сложный характер изменения. Результаты испытаний на растяжение образцов из сварного шва стали ЗОХГСА показывают, что условный предел текучести возрастает с увеличением деформации.
Рассмотрение зависимостей прочностных свойств, полученных при растяжении образцов из различных зон сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА (основной металл, зона термического влияния и сварной шов) после прокатки роликами в температурно-скоростном режиме СПД позволяет сделать следующие выводы: максимальное разброс прочностных свойств по зонам наблюдается у сварных соединений в исходном состоянии; при достижении деформации 20 % наблюдаются практически одинаковые прочностные свойства основного металла и зоны термического влияния; при увеличении деформации до 40 % условный предел текучести всех зон сварного соединения увеличивается, при этом достигнутый уровень равнопрочности сохраняется.
Зависимости изменения относительного удлинения различных зон сварных соединений сталей 20 и ЗОХГСА после прокатки роликами в температурно-скоростном режиме СПД представлены на рисунках 3.11 и 3.12.
