ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Низколегированные стали контролируемой прокатки нашли широкое применение для производства труб большого диаметра для газо- и нефтепроводов. В последние десятилетия были сделаны существенные разработки по созданию сталей новых систем легирования для производства труб. Актуальность работы по созданию сталей нового типа обусловлена их применением в строительстве объектов ответственного назначения. При разработке сталей стремятся к совершенствованию химического состава и технологии производства трубных сталей, что позволит получить высокие показатели прочности, пластичности, вязкости в сочетании с улучшенной свариваемостью. Однако разработку сталей невозможно вести раздельно с развитием технологии их контролируемой прокатки, основной задачей которой, как завершающей стадии технологического передела, является получение дисперсной структуры, что в совокупности с карбонитридным упрочнением обеспечивает благоприятное соотношение прочностных, пластических и вязких свойств.

Магистральные трубы во время эксплуатации работают в условиях, существенно отличающихся от работы других металлических конструкций. Это связано с суровыми природно-климатическими условиями районов их применения, воздействием постоянных (газ) или циклических (нефть) нагрузок, а также с аккумулированием большого количества упругой энергии сжатого газа. Большие усилия были направлены на разработку теории надежности работы газовых магистралей. В целях предупреждения хрупких и вязких лавинных разрушений к трубам предъявляются жесткие требования в отношении механических свойств и сопротивления зарождению и распространению трещины.

Прочность трубопроводов и их эксплуатационная надежность определяются уровнем свойств и качеством труб, а также уровнем нагрузок, вызванных внутренним давлением транспортируемого вещества. Требования, предъявляемые к металлу труб сводятся к тому, что он должен иметь возможно более высокую прочность ( временное сопротивление разрыву, поскольку оно является основной расчетной характеристикой), обладать вязкостью и сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению при температурах строительства и эксплуатации, а также иметь хорошую пластичность и свариваемость.

В качестве материала для исследований использовались данные по химическому составу, технологическим параметрам и механическим свойствам листов из стали 10Г2ФБ, полученных путем контролируемой прокатки. Анализировали изменение следующих показателей механических свойств: предела текучести (ПТ, Н/мм2), временного сопротивления разрыву (ВС, Н/мм2), ударной вязкости при отрицательных температурах ( KCV-20 0С, KCU-60 0С). На образцах из сталей классов Х70 и Х65 изучалась микроструктура по сечению.

На рисунке 1 приведены микроструктуры стали Х70 и Х65 в различных зонах по толщине листов.

а, г- микроструктура стали в приповерхностной зоне листа, б, д- на расстоянии 5…7 мм от поверхности,
в, е - в центре сечения по толщине листа: х 500
Рисунок 1 – Микроструктура стали Х70 (а, б, в) и Х65(г, д, е)

Структура сталей является преимущественно феррито-бейнитной, что обусловлено реализацией ускоренного охлаждения. Бейнит образуется вместо перлита, который образовался бы в структуре в случае последеформационного охлаждения на воздухе. Характерно наличие структурной неоднородности в виде структурной полосчатости, когда чередуются полосы феррита и бейнита. Степень структурной неоднородности снижается по мере удаления от поверхности листа. Вследствие возникновения структурной неоднородности по сечению листов может прослеживаться анизотропия показателей механических свойств. В приповерхностной зоне листов на глубину до 2-3 мм. наблюдается структура, характеризующаяся наличием деформированных зерен феррита, чередующихся с полосами бейнита (темные полосы). По границам зерен феррита и в относительно небольшом количестве – внутри зерен, наблюдаются выделения карбидов.

Ниже приведены уравнения регрессии, характеризующие изменение механических свойств стали 10Г2ФБ в зависимости от химического состава и параметров контролируемой прокатки. В качестве учитываемых в уравнениях параметров используются: среднемассовая температура нагрева сляба (Тсрм, 0С), длительность нагрева в печи, температура конца черновой прокатки (Тк.чер., 0С), температуры начала (Тн.ч, 0С) и конца (Тк.ч, 0С) прокатки в чистовой клети стана.

Прочностные свойства:

ВС=1168,23+610,13[C]+35,11[Mn]+106,28[Si]-1100,32[S]-242,45[P]+331,63[Al]-375,31[Mo]+72,53[V]+
+460,33[Nb]-218,76[Ca]+0,14[Тсрм]+4,43[tн]+0,04[Тк.чер]-0,75[Тн.ч]-0,53[Тк.ч]±14,Н/мм2;R=0,70

ПТ=875,2+356,22[C]+39,2[Mn]+84,14[Si]-1325,01[S]-6,17[P]+375,51[Al]-412[Mo]-106,54[V]+436,28[Nb]-
-73,7[Ca]+0,18[Тсрм]+3,1[tн]+0,02[Тк.чер]-0,44[Тн.ч]-0,58[Тк.ч]±14,Н/мм2;R=0,58

Из анализа уравнений следует, что положительно на предел прочности и предел текучести влияют такие элементы, как C, Mn, Si, Al, Nb, то есть с увеличением содержания этих элементов в изучаемых пределах, этот показатель возрастает. Отрицательное влияние на прочностные характеристики оказывают S и P, а также Mo и Ca. Ванадий может оказать положительное влияние на ВС, но отрицательное на ПТ. Что касается технологических параметров прокатки, то повышение прочности наблюдается при повышении Тсрм, tн. Повышение Тн.ч и Тк.ч способствует разупрочнению стали.

Показатели вязкости стали:

KCV =-1115,55-695,68[C]+153,96[Mn]-5,5[Si]-6705,26[S]-684,56[P]+122,21[Al]+2480[Mo]-633,49[V]-
-332,93[Nb]+4718,35[Ca]-0,26[Тсрм]-4,4[tн]-0,02[Тк.чер]+1,07[Тн.ч]+1,01[Тк.ч]±39, Дж/см2;R=0,56

KCU=-1052,74-883,1[C]+117,33[Mn]-61,17[Si]-5293,02[S]+302,54[P]+518,48[Al]+1230,36[Mo]-510,38[V]-
-482,5[Nb]+5526,5[Ca]-0,08[Тсрм]-0,96[tн]-0,11[Тк.чер]+1,42[Тн.ч]+0,47[Тк.ч]±40,Дж/см2; R=0,51

Как видно из этих уравнений, повышение ударной вязкости при отрицательных температурах следует ожидать при повышении концентрации в стали: Mn, Al, Mo, Ca, но уменьшении содержания C, S, V, Nb . Повышение показателей вязкости можно достигнуть за счет повышения Тн.ч и Тк.ч и снижения Тсрм,tн, Тк.чер. Различия во влиянии на показатели KCV-20 0C и KCU-60 0С имеют Si и P, увеличение содержания которых способствует повышению KCU-60 0С , но вызывает снижение KCV-20 0C.

Список источников

  1. Дорохин В.М. Оценка анизотропии механических свойств и трещи-стойкости листов и труб большого диаметра / В.М. Дорохин, В.П. Горбатенко, Ю.Д. Морозов, Г.А. Филиппов, О.Н. Чевская, С.Ю. Лях //Сталь.-2001.-№1.-С.65-69.
  2. Остсемин А.А. Трещиностойкость и ударная вязкость прямо- и спиральношовных труб / А.А. Остсемин, В.Л. Дилльман //Сталь.-2001.-№ 10.-С.44-48.
  3. Матросов Ю.И. Разработка и технологический процесс производства трубных сталей в ? ?І веке / Ю.И. Матросов, Ю.Д. Морозов, А.С. Болотов, Ф. Хайстеркамп // Сталь.-2001.-№ 4.-С.58-62.
  4. Проблемы совмещения горячей деформации и термической обработки стали / А.А. Баранов, А.А. Минаев, А.Л. Геллер, В.П. Горбатенко –М.:Металлургия, 1985.-128 с.
  5. Колодяжная М.Г.Влияние химического состава и технологических факторов на механические свойства стали 10Г2ФБ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.sworld.com.ua....