Введение к работе
Актуальность проблемы. Высоколегированная аустенитная литая сталь 20Х25Н20С2 широко применяется для изготовления различных деталей и узлов термического оборудования машиностроительных и металлургических предприятий. Однако получение качественных сварных соединений данной
СТЯТТтт ?ятп\т№?НО ИЭ-*?я *?*? НИЗКОЙ ТЄХН0Д0ГИЧ2СКСЙ ПРОЧНОСТИ. НЗЛ*"ЧІМЛГ* ^ ^>
всех разрушений радиационных труб W-образной формы, изготавливаемых на ремонтно-механическом заводе (РМЗ) АО "Новолипецкий металлургический комбинат" (АО "НЛМК") из литой стали 20Х25Н20С2, из-за образования в сварных соединениях большого количества горячих трещин и других дефектов, связанных с недостатками технологии сварки, происходило по металлу сварных швов или околошовной зоны. В связи с этим стойкость данных конструкций при эксплуатации в печных секциях агрегата непрерывного отжига (АНО) листопрокатного производства (ЛПП) АО "НЛМК" не превышала 1 года.
Малая длительность эксплуатации радиационных труб приводила к неоправданному увеличению расходов не только на изготовление радиационных груб, но и на проведение периодических ремонтов АНО, необходимых для замены вышедших из строя нагревателей. В конечном итоге все эти затраты приводили к повышению себестоимости металлопроката, снижению его качества и, как следствие, к сокращению рынка сбыта готовой продукции. Поэтому актуальной проблемой являлась разработка технологии сварки и термической обработки сварных соединений литой стали 20Х25Н20С2, обеспечивающей увеличение длительности эксплуатации радиационных труб.
Цель работы: повышение длительности эксплуатации сварных радиаци-энных труб из литой стали 20Х25Н20С2 за счет совершенствования конструкции труб, разработки технологии сварки и термической обработки сварных со-гдинений.
Для осуществления поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
исследовать влияние различных технологических факторов (формы и параметров разделки кромок, предварительного подогрева, режимов сварки, химического состава сварочных материалов и др.) на склонность металла сварных соединений центробежнолитой стали 20Х25Н20С2 к образованию горячих трещин;
-
определить режимы термической обработки литой стали 20Х25Н20С2 і ее сварных соединений;
-
разработать расчетную схему и определить наиболее опасные сечения радиационной трубы АНО ЛПП; провести расчетную оценку величины напря-кений, возникающих в опасных сечениях от действия собственного веса кон-;трукции, и определить факторы, влияющие на величину напряжений в опас-шх сечениях;
-
изменить конструкцию радиационной трубы с целью перемещения
опасных сечений от сварных соединений на основной металл для избежания локальных разрушений металла околошовной зоны (ОШЗ) при эксплуатации;
5) разработать технологический процесс сварки и термической обработки сварных соединений.
Научная новизна:
Разработана расчетная схема для определения величины изгибающего момента по длине радиационной трубы W-образной формы, учитывающая влияние криволинейных участков колен. Определены опасные сечения корпуса и колен и величина возникающих в них напряжений от действия собственного веса, установлены факторы, оказывающие влияние на величину напряжений в опасных сечениях. Доказано, что уменьшение толщины стенки колен с 18 до 14 мм и корпуса с 14 до 10 мм позволяет повысить длительность эксплуатации радиационной трубы в 1,65 раза.
Разработана конструкция радиационной трубы W-образной формы, у которой механическое упрочнение корпуса и снижение напряжений в опасных сечениях на 20...25 % достигается применением ребер жесткости. Определены оптимальные форма и размеры ребер жесткости.
Установлены форма и размеры разделки кромок, режимы термической обработки заготовок, сварочные материалы, режимы сварки корневых валиков и последующих слоев многопроходных стыковых швов, обеспечивающие минимальную склонность сварных соединений литой стали 20Х25Н20С2 к образованию горячих трещин.
Определены режимы термической обработки сварных соединений, обеспечивающие повышение пластических свойств на границе шов-ОШЗ в 1,8...2,5 раза.
Разработана технология сварки и термической обработки литой стали 20Х25Н20С2, позволяющая повысить стойкость сварных соединений против разрушения в условиях длительной эксплуатации при температурах до 1050 С.
Практическая ценность работы. По результатам работы в АО «НЛМК» внедрена усовершенствованная конструкция радиационных труб W-образной формы и технология их сварки. Пять труб опытной партии к настоящему времени находятся в эксплуатации более 3 лет. Всего с 1995 по 1998 г. по разработанной технологии было изготовлено 184 трубы, а средняя длительность их эксплуатации достигла 2,6 года.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Повышение эффективности металлургического производства» (Липецк, 1995 и 1996), «Теория и технология производства чугуна и стали» (Липецк, 1995), на научных семинарах кафедры сварки Липецкого государственного технического университета.
Публикации. По результатам проведенных исследований было опубликовано 9 работ, из которых 2 положительных решения на выдачу патента РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, выво
дов; библиографического списка и приложений, изложена на 174 листах, иллго-
стрирована 13 таблицами, 57 рисунками и фотографиями. Библиография включает в себя ссылки на 100 научных и учебно-справочных источников.