АПРОБИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОБЛОКОВ ИЗ НОВЫХ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ

Проведенный аналитический обзор показал, что применение термомеханической обработки высокохромистых сталей мартенситного класса может обеспечить повышение прочностных свойств как при кратковременных, так и длительных испытаниях на ползучесть и долговременную прочность за счет увеличения плотности дислокаций как мест зарождения мелкой дисперсии карбонитридов МХ, развития более мелкой реечной структуры и увеличения плотности мелких частиц. Необходимо проведение научных исследований, направленных на разработку присадочного материала для сварки высокохромистых сталей мартенситного класса, обладающих высоким сопротивлением ползучести, а также способа термомеханической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса с целью повышения уровня длительной прочности при температуре выше 620°С. Разработаны план проведения исследований, режимы сварки и термомеханической обработки 9%Cr-стали. Получены листы 9%Cr-стали 100 х 150 мм х 15 мм. Методом аргоно-дуговой сварки с использованием сварной проволоки из высокохромистой стали типа 10Х9К3В2НМАФБР получены сварные соединения 9%Cr-стали. Проведена термическая обработка сварных соединений: отпуск при температуре 760°C в течение 2 ч с последующим охлаждением на воздухе. Скорость нагрева и охлаждения сварных соединений в печи не превышала 100°C/мин. Анализ поперечного сечения сварного соединения показал наличие качественного соединения без признаков трещин и пор. Показано, что 9%Cr-сталь имеет структуру мартенсита отпуска без содержания δ-феррита во всех зонах сварного соединения. Зона сплавления характеризуется повышенной более чем в 2 раза плотностью дислокаций и меньшим размером (115 нм) карбидов M23C6. В зоне термического влияния размер исходных аустенитных зерен составляет 8 мкм, что на 40% меньше, чем в остальных зонах. Выявлено распределение частиц двух фаз в зонах основного металла и термического влияния преимущественно по границам структурных элементов, а в зоне сплавления - равномерное. Показано, что зона термического влияния является наиболее слабым участком исследуемого сварного соединения 9%Cr- стали при испытании на растяжение, поскольку разрушение происходит в этой зоне. Временное сопротивление разрыву сварного соединения составляет 0,8 от временного сопротивления разрыву свариваемой стали. Повышенная на 25% твердость в зоне сплавления (297 HV) обусловлена различием в химическом составе свариваемой стали присадочной проволоки и наличием высоких внутренних напряжений в этой зоне. Ударная вязкость в зонах основного металла и термического влияния высокая (240 - 250 Дж/см²), в то время как в зоне сплавления она снижена до 24 Дж/см². Установлено, что в зонах основного металла и термического влияния сварного шва 9%Сr-стали разрушение происходит по вязкому механизму, а в зоне сплавления преобладает хрупкий излом. В образце с расположением надреза по линии сплавления выявляются две характерные зоны вязкого и хрупкого разрушения. Проведена термомеханическая обработка 9%Cr-стали, имитирующая процесс гибки труб и состоящая из операций всесторонней ковки (Т = 1150°С), нормализации (Т = 1050°С, 2 ч, охлаждение на воздухе), ковки (Т = 900°С, степень деформации 80%), изотермического отжига (Т = 900°С, 3 ч) и отпуска (Т = 770°С, 3 ч, охлаждение на воздухе). Проведение термомеханической обработки 9%Cr-стали в разработанном режиме позволило сформировать более мелкодисперсную реечную структуру по сравнению со структурой после стандартной термической обработки и привело к сохранению прочностных свойств при комнатной температуре и их повышению при температурах 500 - 650°С, небольшому увеличению ударной вязкости по сравнению со свойствами после традиционной термической обработки. По результатам кратковременных испытаний на длительную прочность установлено, что время до разрушения сварного соединения 9%Cr-стали уменьшается по сравнению с основным материалом.