ОТПУСКНАЯ ХРУПКОСТЬ И ХРУПКОСТЬ В УСЛОВИЯХ ПОЛЗУЧЕСТИ

Сварное технологическое оборудование в нефтехимической и энергетической отраслях промышленности эксплуатируется во многих случаях при повышенных температурах (от 350 до 550 °С). Данные, представленные на рис. 7.3, показывают, что после длительной выдержки металла при указанных температу­рах снижается его сопротивление хрупкому разрушению. Причем с увеличением напряжений, приложенных к образцам, процесс снижения сопротивления металла хрупкому разрушению интен­сифицируется (рис. 7 4). Влияние температуры нагрева и дли­тельности выдержки в различных температурных интервалах на

Рис. 7.4. Зависимость кристаллической составляющей (а) и работы удараKV (б) стали типа 1,25 Сг—-0,5 Мо от условий эксплуатации:

1 —< Т = 0. 0 = 0; 2 — ї = 144 ч, 0 = 0: 3 — т = 500 ч. 0 = 0; 4 — ч = 144 ч, а —

= 167 МПа; 5 — г = 300 ч, р = 157 МПа; « — т = 500 ч. а — 157 МПа [83 ]

критическую температуру хрупкости низколегирован­ной стали показано на рис. 7.5. На основе анализа подобного рода кривых было предложено выявлять склон­ность металла к проявлению отпускной хрупкости посред­ством ступенчатого охлаж­дения. Наиболее распростра­ненным является режим сту­пенчатого охлаждения фир­мы GESCT: нагрев со ско­ростью 60 сС/ч до 593 °С, выдержка в течение 1 ч, ох­лаждение со скоростью 5,5 °С/ч до 537 °С, выдержка в течение 15 ч, охлаждение со скоростью 5,5° С/ч до 523° С, выдержка в течение 24 ч, охлаж­дение со скоростью 5,5 °С/ч до 496 °С, выдержка в течение 60 ч, охлаждение со скоростью 3 °С/ч до 468 °С, выдержка в течение 125 ч, охлаждение со скоростью 3 °С/ч до 316 °С и охлаждение до нормальной температуры на спокойном воздухе.

Степень охрупчивания металла в результате такой термооб­работки оценивают параметром ТЕР, характеризующим смеще­ние критической температуры хрупкости ‘гБ0 или условной крити­ческой температуры хрупкости V?0,e7, определяемым по ударной вязкости КСV = 0,67 МДж/м2 [83]:

TEP = Wt 0,67 + 1,5А<с, в7, (7.11)

где Л<0 67 = V/o,67+C ° —- V/o, E7>

с’ ° и V/о,67 — условные температуры перехода в хрупкое состояние, определенные соответственно после и до ступенчатого охлаждения по указанному выше режиму.

Условием достаточной сопротивляемости металла тепловому охрупчиванию считается ТЕР 38 °С.

Влияние термообработки по режиму ступенчатого охлаждения на критическую температуру хрупкости хромомолибденовых сталей показано ниже:

1 Сг—0,5 Мо 1,25 Сг—0,5 Мо 2,25 Cr—1 Мо

Сопротивляемость сталей отпускной хрупкости зависит как от содержания Сг и Мо в составе стали, так и их соотношения. Наименее склонны к отпускной хрупкости стали типа 1 Сг— 0,5 Мо, 1,25 Сг — 0,5 Мо и 9 Сг—1Мо. Стали типа 2,25 Сг — 1 Мо, 3 Сг — 1 Мо и 5 Сг—0,5 Мо обнаруживают повышенную склонность к отпускной хрупкости.

Современные представления о механизме отпускной хрупкости, основанные на данных исследований с применением метода оже- спектроскопии, связывают с процессами зернограничной сегре­гации вредных примесей (Р, Sn, Sb, As) и, как следствие, со сни­жением когезивной прочности границ зерен, сменой внутризерен — ного механизма разрушения межзеренным. Причем степень отри­цательного влияния на сопротивление металла отпускной хруп­кости вредных примесных элементов в околошовном участке ЗТВ выше, чем в основном металле, из-за укрупнения зерна аустенита и резкого уменьшения вследствие этого удельной поверхности границ зерен.

Отрицательное влияние примесных элементов усиливается с увеличением в составе стали марганца и кремния. Условие обеспечения сопротивления металла отпускной хрупкости учиты­вается фактором Ватанабе:

/ — (Mn + Si) (Р + Sn) -104 < 200 %. (7.12)

Фактор Брускато предложен для оценки сопротивления от­пускной хрупкости металла шва:

X = (ЮР + 5Sb + 4Sn + As)-100 < 25 ppm [13]. (7.13)

В работе [83] оценивали склонность к отпускной хрупкости образцов-имитаторов околошовного участка ЗТВ сварных соеди­нений стали типа 1,25 Сг—0,5 Мо. После имитации термических циклов сварки образцы подвергали двум режимам последующей термообработки: отпуск при 675 °С, отпуск при 720 °С. Затем образцы подвергали выдержке при температурах эксплуатации 500 и 550 °С, изменяя время выдержки от 500 до 2000 ч, а потом определяли критическую температуру хрупкости VT50. Часть образ­цов подвергали ступенчатому охлаждению до выдержки при тем­пературах эксплуатации, а затем определяли VY50. Результаты испытаний представлены в табл. 7.3.

Выбирая рациональный режим последующей термообработки, можно существенно снизить склонность металла к отпускной хрупкости.

Наряду с явлением отпускной хрупкости сталей, которую определяют по снижению ударной вязкости или повышению кри­тической температуры перехода в хрупкое состояние после дли­тельной выдержки образцов в температурном интервале отпуск­ной хрупкости, различают хрупкость металла в условиях ползу-