Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 10
1.1. Развитие производства биметаллов и область их применения 10
1.2. Технологические методы получения биметаллов 12
1.2.1. Получение биметаллов сваркой взрывом 13
1.2.2. Получение биметаллов сваркой взрывом с последующей горячей прокаткой 16
1.2.3. Получение биметаллов наплавкой 16
1.2.4. Получение биметаллов заливкой 20
1.2.5. Получение биметаллов совместной пластической деформацией 22
1.3. Склонность антикоррозионной наплавки (плакировки) к отслаиванию в водосодержащих средах 28
1.4. Выводы по главе 36
2. Материал, объем и методы испытаний и исследований 37
2.1 Объем испытаний и исследований 37
2.2. УЗ-контроль плакированного листа 38
2.3. Анализ химического состава плакированного листа 38
2.4. Металлографическое исследование плакированного листа 39
2.4.1. Исследование макроструктуры плакированного листа 39
2.4.2. Определение разнотолщинности плакирующего слоя 41
2.4.3. Оценка загрязненности неметаллическими включениями 41
2.4.4. Исследование микроструктуры основного металла 41
2.4.5. Исследование микроструктуры металла плакировки 42
2.4.6. Исследование микроструктуры переходной зоны плакированного листа 42
2.4.7. Определение микротвердости в переходной зоне плакированного листа 42
2.5. Рентгеновский микроанализ переходной зоны плакированного листам... :.43
2.6. Определение стойкости металла плакирующего слоя против МКК.. 43
2.7. Определение механических свойств плакированного листа 43
2.8: Определение прочности сцепления слоев плакированного листа 46;
2.9. Определение стойкости плакирующего слоя против отслаивания-
в среде водорода .: ... 48 .
31 Выбор материала, '".'..50'<
3.1. Условия работы-изделия. 50
3:2. Требования к материалу. 50
3:3; Выбор сталей для изготовления плакированного листа ; 52
3:4. Отработка технологии сварки пакетов. .52
3.5. Выводыпо главе:... 70'
4: Исследование химического состава и структуры плакированного листа 71
4.1. Анализ химического состава плакированного листа 7 Г
4.2. Анализ структуры основного и плакирующего слоя 71
4.2.1. Исследование макроструктуры плакированного листа. 71
4.2.2. Оценка загрязненности неметаллическими включениями 75
4.2.3. Определение микроструктуры металла основного слоя ...77
4.2.4. Исследование микроструктуры металла плакировки. ...77
4.3. Особенности формирования структуры переходной зоны плакированного листа 79 .
4.4. Рентгеновский микроанализ переходной зоны плакированного листа .83
4.4.1. Определениесостава типичных неметаллических включений: в плакирующем и основном металле 83
4.4.2. Определение ликвации Cr, Ni, Mo, Ті в переходной зоне плакированного листа 93
4.5. Выводы по главе 97
5. Определение служебных свойств основного металла и плакирующего слоя 99
5.1. Исследование эксплуатационных свойств плакированного листа 99
5.1.1. Испытания металла основного слоя 99
5.1.2. Исследование свойств в z-направлении 101
5.1.3. Определение твердости НУю основного металла 101
5.1.4. Определение стойкости металла плакирующего против МКК 102
5.2 Испытания на прочность сцепления слоев плакированного листа 102 '»
5.2.1. Определение прочности сцепления слоев при испытании на срез 102
5.2.2. Определение прочности сцепления слоев при испытании статический изгиб 102
5.3. Испытания на стойкость против отслаивания плакирующего слоя в среде водорода 104
5.4. Выводы по главе 107
6. Общие выводы 108
Использованные источники
- Технологические методы получения биметаллов
- Металлографическое исследование плакированного листа
- Анализ структуры основного и плакирующего слоя
- Определение стойкости металла плакирующего против МКК
Введение к работе
Глобальные проблемы третьего тысячелетия - экономия?металлов-, ресурсосбережение и экология непосредственно связаны, с созданием новых материалов с высоким уровнем служебных свойств. Решающая роль, здесь принадлежит поверхности и поверхностным слоям, которые можно рассматривать как своеобразный композит, обладающий особым комплексом физико-механических свойств. Поверхность изделия в первую очередь подвержена всем вреднымвоздействиям. Именно поверхностный слой в значительной мере определяет прочность, трибологические и; коррозионные свойства. Состояние: поверхности, ее адгезионные и другие свойства являются определяющими в процессах производства' композиционных материалов [ 1].
Одним из эффективных путей повышения служебных свойств металлопродукции является: применение биметалла. Преимущества-, применения биметаллаобусловленыв первуюочередь тем, что он позволяет получать такое сочетание служебных, свойств, которое нельзя^получить в одном' отдель-но взятом металле или сплаве, например, высокую прочность вместе с коррозионной стойкостью,. ударную вязкость - с износостойкостью, прочность - с высокою электро-и теплопроводностью'и т.д.
В< связи с'этим на протяжении' последних 40 лет постоянно- возрастала потребность промышленности в s толстом плакированном (биметаллическом) листе, в необходимости его изготовления- крупными партиями: В* России, производство биметалла развивалось в- наибольшей- степени на «Ижорских заводах», которые в 60-х годах XX века стали флагманом отечественного машиностроения. В 1956-1963 годах на «Ижорских заводах» было освоено производство плакированных листов>толщиной 20-40 мм из стали марки; КД-3 методом литого плакирования. Этот способ отличался і высокой трудоемкостью, ограниченными возможностями по габаритам, а также нестабильными результатами по качеству сцепления слоев. В 1962 году был разработан принципиально новый способ - автоматическая ленточная наплавка листовой заготовки коррозионно-стойкой лентой марки 08X18Н1 ОБ с последующей
Лист 5 Листов 119
прокаткой на лист. Таким способом были получены листы и плиты толщиной 20:..170'мм, шириной до.3000 мм и длиной.до 11000 мм: Эти заготовки были использованы при изготовлении сепаратора пара и компенсатора объема для ряда атомных станций.
Сложные условия эксплуатации и/или повышенная; степень ответственности: изделий потребовали более высокого уровня служебных свойств плакированных листов. Изготовляемые в? ОАО' «Ижорские заводы» хладостойкие корпусные конструкции включают как транспортные контейнеры для перевозки отработанного ядерного топлива (ОЯТ) с весьма высокими требованиями по сопротивлению хрупкому разрушению, так и сосуды нефтехимических реакторов, которые эксплуатируются в условиях Севера.
Плакированные листы, изготовляемые в ОАО «Ижорские заводы» использовались* при производстве изделий- нефтехимического и атомного машиностроения, ледового пояса морских- платформ, для объектов, строящихся* под надзором? Российского' Морского Регистра судоходства, для коррозион-ностойких труб для систем транспортирования и сбора нефти и газа [2].
В последние годы остро возникла потребность в, плакированных листах с основным слоем из хромомолибденовых сталей: для нефтехимической отрасли. Изготовление сосудов для нефтехимических реакторов, работающих в, условиях низких климатических, температур (до -40 С), производится по требованиям кода ASME (американское объединение инженеровтмехаников) и спецификаций основанных на требованиях этого кода. Особенно сложными и ответственными изделиями являются реакторы нового поколения для глу- бокой переработки нефти. Поэтому плакированные листы для них должны иметь высокие технические характеристики, включаязаданный уровень прочности и хладостойкости основного металла, отсутствие несплошностей при ультразвуковом контроле по линии сплавления ^ основного и плакирующего слоев;, прочность сцепления слоев и равномерность толщины.плакирующего слоя, обеспечивающие длительную коррозионную стойкость в условиях агрессивной среды.
Лист б Листов 119
В результате анализа и обобщения опубликованных работ с описанием различных технологических методов плакирования установлено, что-наиболее приемлемым как с экономической, так и технической точки зрения в современных условиях является пакетный способ производства плакированных листов. Он обеспечивает получение качественных плакированных листов в большом диапазоне толщин с высокой степенью равномерности деформации слоев и реализуется в существующих условиях производств, находящихся на промышленной площадке «Ижорских заводов», не требуя дополнительных затрат на создание и освоение дорогостоящего оборудования [3].
Именно этим способом в.настоящее время-производится основная масса плакированного листа в Англии, США, Франции, ФРГ, Швеции и Японии. Отличия в производстве биметалла пакетной прокаткой на различных фирмах состоят в отдельных элементах конструкции пакетов (симметричные, несимметричные, с крышкой и т.д.), в применении метода защиты контактной* поверхности от окисления в процессе нагрева под прокат (использование геттеров, вакуумирования), в применении различных материалов подслоя, обеспечивающего снижение степени перераспределения углерода в граничной зоне сцепления-слоев.
Известно, что в Японии плакированные листы пакетным методом получают как с никелевым подслоем, так и без него. В, последнем случае из технологического цикла исключается ряд сложных операций и дорогостоящих материалов, что снижает затраты на производство биметалла [4].
В заключение следует отметить, что рассматриваемый метод пакетной прокатки является одним из путей создания плакированного листа толщиной 10-И28 мм, шириной до 4500 мм и длиной до 12000 мм разных композиций легирования. Однако обеспечение высокого качества, особенно для* крупногабаритных листов, потребовало доработки и усовершенствования технологии сборки и сварки несимметричных вакуумированных пакетов. При этом задача получения качественного плакированного листа усложняется в случае применения в качестве основного металла стали повышенной прочности с требованиями хорошей свариваемости.
Лист 7 Листов 119
Таким образом, актуальность выполнения настоящей комплексной работы определяется необходимостью обеспечения высоких требований по уровню качества и служебных свойств плакированного листа, используемого для современных нефтехимических сосудов давления ответственного назначения.
Цель работы. Разработка технологии изготовления крупногабаритных плакированных листов из сварных вакуумированных.пакетов с основой из хромомолибденовых сталей, обеспечивающая служебные свойства плакированных листов применительно к нефтехимическим реакторам.
Для выполнения поставленной цели были определены и решены следующие задачи:
произведен выбор сталей для изготовления плакированных листов;
исследованы структурные превращения и выявлены причины возникновения* дефектов в<металле шва'пакетов в зависимости от способа сварки и марки сварочных материалов;
применены полученные результаты исследований при сварке пакетов из сталей SA387Gr.22 cl.2 (10Х2М1А) и 08Х18Н10Т;
произведены анализ химического состава и металлографические исследования плакированного листа, изготовленного по разработанной технологии;
исследовано влияние послесварочной термообработки на микроструктуру и микротвердость переходной зоны полученного плакированного листа;
исследованы механические и антикоррозионные свойства полученного плакированного листа;
произведено изготовление опытно-промышленной партии крупногабаритных плакированных листов из хромомолибденовых сталей.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Установлены закономерности структурных превращений в металле шва, происходящие при сварке пакетов из разнородных сталей 12ХМ и 08Х18Н10Т с использованием различных способов сварки и различных сварочных материалов.
Установлены особенности формирования структуры переходной зоны плакированного листа при его изготовлении методом пакетной прокатки.
Лист 8 Листов 119
Определено влияние послесварочной термообработки на микроструктуру и микротвердость переходной зоны плакированного листа SA387Gr.22 cl.2 + 08Х18Н10Т.
Разработаны принципиальные технологические параметры сборки и сварки пакетов, обеспечивающие прочность сцепления слоев плакированного листа, сопоставимую с прочностью основного металла.
Практическая значимость работы.
Произведен статистический анализ качества плакированных листов, изготовленных из пакетов^ с применением различных способов* сварки, по результатам которого разработаны рекомендации по технологии сборки и сварки несимметричных сварных вакуумированных пакетов.
Разработана и освоена технология изготовления методом пакетной прокатки крупногабаритных плакированных листов с основой из хромомо-либденовых сталей композиций 12ХМ + 08Х18Н10Т и SA387Gr.22 cl.2 + 08Х18Н10Т для листовых и штампованных заготовок нефтехимических реакторов. Получен патент на изобретение способа изготовления пакетов для производства крупногабаритных плакированных листов.
Внедрение технологии производства крупногабаритных листов методом пакетной прокатки позволило изготовить на ОАО «Ижорские Заводы» ~5 тыс. тонн биметалла.
Апробация работы. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались на 6 конференциях: на III международной научно-практической конференции молодых специалистов «Ижора - 2002», г. Санкт-Петербург, 2002г.; на научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ММК имени Ильича», Украина г. Мариуполь, 2002г.; на IV Международной научно-практической конференции молодых специалистов «Ижора - 2003»; на IX, XII и XIII международных научно-технических конференциях «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», г. Санкт-Петербург, 2003г., 2006г., и 2007г.
Лист 9 Листов 119
Технологические методы получения биметаллов
Потребность в конструкционных материалах, обладающих высокой стойкостью в коррозионных средах, в условиях трения, абразивного износа, в сочетании с высокими, стабильными механическими свойствами обусловила необходимость создания сваркой взрывом двух- или многослойных композиций, в которых основной, несущий слой выполняется из недорогой углеродистой или низколегированной стали, а наружный слой, взаимодействующий с рабочей средой, - из высоколегированнойхтали [12-16].
Наиболее целесообразно и, экономически оправданно применение такой сварки для соединения композиций, которые невозможно или весьма трудно получить другими методами. К таким композициям относятся сталь + свинец, сталь + серебро, сталь + титан, сталь + медь и сталь + латунь в виде крупногабаритных листов [17].
Принципиальное преимущество сварки взрывом - незначительное повышение температуры в зоне сварки, вследствие чего механические и коррозионные свойства свариваемых металлов не изменяются [9].
Процесс сварки взрывом, по существу, характеризуется тремя основными параметрами: скоростью детонации взрывчатого вещества Двв, нормальной скоростью VBB, развиваемой метаемой пластиной при соударении с основанием, и углом увв их встречи (рис. 1.1).
Согласно современным представлениям [19-21], условием образования соединения металлов при сварке взрывом является реализация в области соударения интенсивной пластической деформации, благодаря которой обеспечивается, во-первых, смятие микронеровностей и разрушение оксидных пленок на свариваемых поверхностях, их самоочищение и образование физического контакта, во-вторых, дополнительная активация поверхностей, необходимая для образования новых атомных связей, в-третьих, необратимое поглощение начальной кинетической энергии, подогрев металлов и ослабление растягивающих напряжений при разгрузке и упругом восстановлении.
В «работе [22] приведены результаты исследования-получения тонколистовых биметаллических материалов с применением в схеме нагружения промежуточных клинообразных элементов из инертного материала, позволяющих варьировать скоростью точки контакта. Показано, что микроструктура сварных соединений свидетельствует о высоком качестве полученного биметалла, сварной шов имеет безволновой характер, что является- оптимальным с технологической точки зрения, с учетом последующей механической и других видов обработок полученных полуфабрикатов. Отмечено, что применение в схеме сварки материалов взрывом клинообразных элементов из инертного материала позволило получить устойчивое сварное соединение ряда тонколистовых композиционных материалов высокого качества по всей площади контакта.
В работе [23] рассмотрен способ получения биметалла «сталь + титан» сваркой взрывом, включающий зачистку свариваемых поверхностей, сборку пакета с применением-плакирующего листа из титана, покрытого со стороны плакирования защитным слоем, и основного листа из стали, со сварочным зазором, между ними и обеспечением нависаний, установку пакета на опору, заполнение сварочного зазора защитным газом, размещение заряда взрывчатого вещества на плакирующем листе и его инициирование по длинной стороне генератором плоского фронта, отличающийся тем, что к основному листу на одном уровне с плакируемой поверхностью по всему периметру приваривают технологические пластины из стали толщиной 0,7-1,0 от толщины плакирующего листа и шириной, равной его нависанню, при этом поверхность технологических пластин зачищают до металлического блеска, а приварку производят прерывистым швом с шагом более 100 мм со стороны, противоположной плакированию.
На рисунке 1.2 представлены общий вид (а) и микроструктура (б) биметалла, полученного сваркой взрывом. Как видно из рисунков, для этого способа характерна волнообразная линия сцепления слоев с длиной волн 0,5-1,5 мм. При этом неравномерная линия сцепления часто имеет такие дефекты как поры и непровары.
Таким образом, метод сварки взрывом имеет следующие недостатки: - трещины и прожоги, получаемые при неправильной подготовке заготовок; - нестабильную (волнообразную) линию сплавления, морфология которой зависит от параметров сварки; - невозможность получения равномерного по толщине плакирующего слоя на большой площади, т.е. на крупногабаритных изделиях; - сварка взрывом требует создания специальных полигонов, т.е. значительных затрат при освоении данного метода.
Поскольку стоимость операции сварки взрывом напрямую связана с площадью свариваемых поверхностей, то при изготовлении плит более экономично использование комбинированной технологии сварки взрывом с последующей горячей прокаткой [9].
В работе [24] рассмотрена технология изготовления биметаллических плит методом горячей прокатки слябов, сваренных взрывом. Отличительная особенность способа - получение плоской границы соединения металла плакирующего слоя с основным металлом в результате сварки взрывом. Для достижения такого соединения потребовалась разработка нового взрывчатого вещества со скоростью детонации 1800 м/с. Отсутствие волны и завихрений ликвидирует несплошность соединения и центры зарождения дефектов. В композиции сляба для стабилизации свойств предусмотрен промежуточный слой, материалом плакирующего слоя является- титан или цирконий; площадь под прокатку составляет не более 6 м2.
К недостаткам указанного способа можно отнести его высокую стоимость, низкую производительность и ограниченное применение получаемой заготовки в сравнении с пакетной прокаткой.
Металлографическое исследование плакированного листа
Оценку микроструктуры производили металлографическим методом после электролитического травления образцов-в 10% растворе щавелевой кислоты и после травления в реактиве Мураками при увеличениях до хЮОО, а оценку величины зерна - по ГОСТ 5639 методом сравнения с эталонными шкалами при увеличении хЮО.
Исследование микроструктуры переходной зоны биметалла г производилось металлографическим методом в состоянии после основной термообработки и после дополнительного отпуска минимальной продолжительности на шлифах, вырезанных из зоны сцепления биметалла в состоянии после травления по п.п. 2.5.4 и 2.5.5.
Измерение микротвердости Нц проводилось по ГОСТ 9450 в переходной зоне плакированного листа с использованием микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке 50г с шагом 10 мкм.
Поверхность испытуемого образца подготавливалась таким образом, чтобы быть свободной от загрязнения на участке нанесения отпечатка. Шероховатость» испытуемой поверхности образца обеспечивалась не- грубее Ra=0,32 мкм, определяемой по ГОСТ 2789-73. Испытание на микротвердость вдавливанием по методу восстановленного отпечатка производилось при нанесении на испытуемую поверхность образца отпечатка под действием статической нагрузки, приложенной к алмазному наконечнику в течение опре деленного времени-(не менее 3 сек.). После удаления нагрузки и измерения параметров полученного отпечатка число микротвердости вычислялось по таблицам перевода микротвердости.
Исследование проводилось методом рентгеновского микроанализа с использованием сканирующего электронного микроскопа «VEGA ІГ LMU» фирмы «TESGAN» с анализирующей приставкой «OXFORD».
Испытание производилось по ГОСТ 6032, метод АМУ с провоцирующим; нагревом на продольных образцах размером 3x20x80мм.
Сущность метода состояла в следующем: Образцы выдерживались в, кипящем водном растворе сернокислой меди и серной кислоты в присутствии металлической меди (стружка). Продолжительность выдержки в кипящем растворе - 8,00 ± 0,25ч. После выдержки в растворе образцы промывались водой и просушивались. По окончании испытаний для обнаружения МКК образцы изгибались на угол 90 ±5 по ГОСТ 14019 на поверхностную сторону наплавки. Осмотр изогнутых образцов производился с помощью лупы при увеличении х7-12. Отсутствие трещин на образцах, изогнутых после испытания, за исключением продольных трещин и трещин непосредственно на кромках, свидетельствует о стойкости металла плакирующего слоя против МКК.
Определение механических свойств металла основного слоя производилось по стандарту ASTM А-370 в соответствии с требованиями кода ASME секция II и Спецификации, представленными в таблице 2.3. Испытания на растяжение при температурах 20 и 460 С и на ударный изгиб при минус С производились на поперечных образцах, отобранных из Уг толщины проката. Испытания на растяжение производились на 5-кратных образцах по ASTM А-370 с диаметром рабочей части 12,5 мм (рис.2.1 и 2.2), а на ударный изгиб - на образцах Шарпи по ASTM А-370 с острым надрезом (рис.2.3).
Испытание на статический изгиб металла плакированного листа производилось в соответствии с требованиями Спецификации и стандарта ASTM А-264. Испытание производилось до угла 180 при диаметре оправки d=2a с растяжением и сжатием плакирующего слоя поперечных образцов (рис.2.6).
По требованиям стандарта ASTM А-264 по крайней мере, в двух испытаниях из трех может наблюдаться отделение плакировки не более чем на 50% от обеих кромок изогнутой части. При большей степени отделения плакировки материал должен быть забракован.
Испытание на сдвиг (срез) плакирующего слоя производилось в соответствии с требованиями Спецификации SM-921 и стандарта ASTM А-264 на продольных образцах (рис.2.7).
Анализ структуры основного и плакирующего слоя
Структура плакирующего слоя стали 08Х18Н10Т, прилегающая к линии сплавления, представляет собой мелкодисперсный аустенит с повышенной травимостью границ зерен, что указывает на интенсивное карбидообра-зование (рис.4.7 и 4.8).
Линия сплавления выявляется как сплошная полоса повышенной тра-вимости, представляющая собой «карбидную гряду» шириной 10-15 мкм в состоянии после основной термообработки (рис.4.7), состоящей из закалки 950 С 2ч 55мин. и отпуска 650 С 8ч, и 15-20 мкм после дополнительного отпуска 620-630 С 13ч 15мин. + 680-690 С 7ч 42мин. (рис.4.8).
Ширина науглероженнои зоны после основной термообработки составляет 75-100. После дополнительного отпуска эта зона уменьшается до 50 мкм, интенсивность травления также уменьшается. Увеличение ширины «карбидной гряды» и уменьшение ширины и интенсивности науглероженнои зоны связано с диффузионными процессами, проходящими в процессе дополнительного отпуска.
Со стороны основного слоя стали SA387Gr.22 cl.2 к линии сплавления прилегает обезуглероженнаяі область, отличающаяся, разнозернистостью. Её структура изменяется от преимущественного феррита в состоянии после основной термообработки до феррито-карбидной смеси после дополнительного отпуска. Ширина обезуглероженной зоны составляет 100-150 мкм.
Результаты исследования микроструктуры подтверждаются результатами замера микротвердости.
Распределение микротвердости представлено на рисунке 4.9. Установлено, что максимальный уровень твердости имеет «карбидная гряда» — 430 и 412 HJJ. в состоянии после основной термообработки и дополнительного отпуска минимальной продолжительности соответственно.
После основной термообработки состоящей из закалки (950ч С 2ч 55мин.) и отпуска (650 С 8ч) наблюдается несколько повышенный уровень твердости в науглероженнои зоне со стороны плакирующего слоя 08Х18Н10Т и пониженный уровень твердости в обезуглероженной зоне со стороны основного металла SA387Gr.22 cl.2. После дополнительного отпуска (620-630 С 13ч 15мин. + 680-690 С 7ч 42мин.) распределение твердости в переходной зоне биметалла становится более равномерным, что объясняется диффузией углерода.
Таким образом, метод пакетной прокатки обеспечивает получение оптимальной структуры переходной зоны с малой шириной «карбидной гряды». Это способствует повышению трещиностойкости этой зоны и как следствие повышению прочности сцепления слоев плакированного листа.
В металле плакирующего слоя были обнаружены одиночные неметаллические включения, а также включения расположенные группами (рис.4.10). В таблице 4.3 приведен количественный состав неметаллических включений, обнаруженных при исследовании плакирующего слоя.
Как видно из рисунков 4.11-4.14 и таблицы 4.3 в исследованном плакирующем слое неметаллические включения встречаются двух типов:
1) огранённые и неправильной формы карбонитриды титана (рис.4.11, 4.12, 4.14) размером до Юмкм. Карбонитриды, как правило, состоят из двух фаз (рис.4.10 и табл.4.3): светло-серая, типа нитрид титана и серая, типа кар бонитрид титана. В некоторых карбонитридах по краям встречаются мелкие частицы карбосульфидов титана.
2) вытянутые одиночные и в виде строчек карбосульфиды титана (рис.4.13) размером до 25х 2 мкм.
Неметаллические включения в основном металле имеют преимущественно округлую форму и являются оксисульфидами (рис.4.14-4.17 и табл.4.4) размером до 30 мкм, которые состоят из трёх фаз: 1) р-кальциевого глинозёма Са06А12Оз; 2) шпинели MgO-Al 203; 3) сульфида кальция и марганца.
На рисунке 4.18 показаны линии вдоль которых определялись концентрация элементов Cr, Ni, Mo, Ті в переходной зоне плакированного листа. На рисунках 4.19 и 4.20 приведены графики распределения содержания.этих элементов. На рисунке 4.19 (шаг между точками графика мкм) хорошо вид-на разница1 по концентрации Cr, Ni, Mo в основном и металле плакирующего слоя. Биметалле плакирующего слоя на глубине до 400 мкм от линии сплавления встречаются резкие максимумы Сг, связанные скорее всего с попаданием зонда в точки с выделившимися крупными карбидами (около 1 мкм). Также в металле плакирующего слоя встречаются резкие всплески содержания Ті, что связано с попаданием зонда в карбонитриды или карбосульфиды титана. На рисунке 4.20 представлено распределение элементов с более мелким шагом (шаг между точками графика 2 мкм) в переходной зоне. На рисунке 4.18а хорошо видна карбидная гряда, находящаяся в металле плакирующего слоя (рис.4.20). Распределение содержания Сг на участке карбидной гряды плавное, что свидетельствует о том, что карбиды на этом участке очень мелкие ( 1 мкм).
Определение стойкости металла плакирующего против МКК
Определение твердости основного металла производилось в соответствии с требованиями Спецификации от поверхности листа (со стороны основного слоя). Результаты испытаний представлены в таблице 5.1. Установлено, что уровень твердости основного металла в состоянии после дополнительных отпусков минимальной и максимальной продолжительности не превышает 200,8 HVw, что полностью удовлетворяет требованиям Спецификации (HVio не более 248).
Дополнительно на металле плакирующего слоя 08Х18Н10Т в состоянии после основной термообработки произведены испытания на стойкость против МКК. Испытания производили по ГОСТ 6032, метод АМУ с провоцирующим нагревом на продольных образцах размером 3x20x80 мм.
Отсутствие трещин на испытуемой, поверхности образцов, изогнутых после кипячения на угол 90 , свидетельствовало о стойкости металла плакирующего слоя 08X18Н10Т листа против МКК.
Общий вид образцов после испытания представлены на рисунке 5.1. Результаты испытания свидетельствуют о высоком сопротивлении срезу плакировки, которое находится на уровне 400-485 МПа, что в 2 раза превышает требуемое значение стсреза 200МПа.
Таким образом, метод пакетной прокатки обеспечивает хорошее сцепление слоев, соответственно, высокие значения сопротивления срезу плакирующего слоя, которые сопоставимы с пределом текучести основного металла (с0)2=440-470МПа).
В результате испытания на статический изгиб до угла загиба 180 установлена высокая пластичность основного металла и плакирующего слоя (рис.5.2).
На растянутой поверхности всех образцов после испытаний на изгиб не обнаружено никаких фиксируемых нарушений сплошности. Кроме того, в зоне сцепления слоев плакированного листа отслоений, микронадрывов и других дефектов не обнаружено.
Таким образом, прочность сцепления слоев при испытании на статический изгиб соответствует требованиям ТУ 5.961-11847-2004, подтверждая хорошую технологическую пластичность и высокое качество плакированного листа, полученного методом пакетной прокатки.
Как известно;, отслаивание плакирующего слоя- внутренней поверхно сти нефтехимических реакторов происходит за счет интенсивной диффузии водорода; содержащегося врабочей среде:реакторов; через защитный; аусте нитный» слой; и: его накопления ъ\ переходной зоне: плакированного1 листам
Особенно опасен этот «накопившийся» водород в условиях расхолаживания реакторам при перезагрузке, т.к. при этом коэффициент диффузии водорода; резко уменьшается:
Исходя-из; изложенного, испытания на і стойкость» против; отслаивания плакирующего; слоя; в среде водорода; высоких параметров проводились в специальных автоклавах, в которых имитируются: условия; работы,, а также: перезагрузки нефтехимического реактора. Для этого в автоклавах создавался вакуумі и подавался-; водород под давлением; 10- г!,1 МПш В" течение 48 часов при температуре испытания«430-440?С образцы выдерживались в; автоклаве, а затем:охлаждались ВШЄМІдо;200?С со, скоростью 208-230 С/час, далее охлаждение образцов происходило на воздухе. После вылеживания в течение не менее 10 суток на. образцах производился- УЗ-контроль,-зоны. сцепления пла-кировки с основным металлом..
Условия и результаты испытаний представлены: в таблице 5.2, вид образцов после испытаний:-нарисунке:5;3і.:
Результаты, испытаний плакированного листа композиции SA3 87Gr.22 сГ.2 + 08X18НГ0Т показали, что никаких отслоенийше наблюдалось даже при предельных, условиях испытаний: максимальное давление, максимальная; скорость охлаждения (табл; 5:2.,.рис:5.3;). Это подтверждает хорошую прочность сцепления слоев? и? гарантирует работоспособность плакированного листа в условиях эксплуатации.
