Влияние постсварочной термической обработки на механические свойства и характер разрушения сварных соединений стали Р91

Abstract

Жаропрочная сталь Р91 с высоким содержанием хрома используется при изготовлении элементов котлов и паропроводов, работающих под давлением пара до 31 МПа и при температурах до 600 °C. Однако повышенная диффузионная ползучесть, обусловливающая образование в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного соединения трещин III или IV типов, значительно снижает срок эксплуатации сварных конструкций из данной стали. Цель работы – разработка технологии, включающей до и постсварочную термическую обработку стали, позволяющую обеспечить равенство значений микротвердости сварного шва и ЗТВ при сохранении ее высокой ударной вязкости. В работе исследовано влияние режимов постсварочной термической обработки стали Р91 на механические свойства и характер разрушения при испытании на ударный изгиб ослабленного участка в зоне термического влияния. Получены экспериментальные зависимости усилия разрушения от времени при ударе маятника и прогиба образцов от усилия разрушения, с использованием которых определены: энергия зарождения трещины, полная энергия разрушения, максимальная величина прогиба образца до разрушения, максимальное усилие и усилие разрушения, время до разрушения. Показано, что сочетание пятикратной досварочной термоциклической обработки (ТЦО) в диапазоне температур 700–1050 °С с дальнейшей TIG сваркой с тепловложением не более 4,4 кДж/см в каждый проход и пятикратной постсварочной ТЦО в диапазоне 700–1050 °С с последующей пятикратной ТЦО в диапазоне 300–700 °С позволяет повысить значения ударной вязкости до 96,8 Дж/см2 в ослабленном участке зоны термического влияния, что значительно превышает величину ударной вязкости (29 Дж/см2) в ослабленном участке ЗТВ при стандартной термической обработке. При этом за счет дои постсварочной ТЦО удалось добиться максимальной стабильности значений микротвердости в ЗТВ.