Металловедение стенки нефтяного аппарата

Металл сварного шва должен иметь высокую пластичность вместе с равнопрочностью. Электроды могут быть подобраны с меньшей прочностью, но большей пластичностью [15,с.13]. При этом равнопрочность сварного шва получается за счет явления контактного упрочнения металла.

При растяжении металл сварного шва деформируется раньше основного металла. Но пластические деформации в шве являются стесненными и поэтому усилие для деформации увеличивается по сравнению с усилием для свободной деформации сварного шва (за счет контактного упрочнения металла сварного шва, являющегося прослойкой между свариваемыми основными металлами). Равнопрочность сварного шва достигается при более низкой прочности металла шва по сравнению с основным металлом, но при высокой пластичности шва и соответствующей толщине шва.

Термическая обработка

Изменения в структуре стали

Приведем теорию термообработки по данным работы [17].

В большинстве случае стали нагревается до перестроения кристаллической решетки сплава в аустенит. Например, в перлите (феррито-цементитная структура) при нагревании растворяется цементит по линии предельной растворимости на диаграмме железо-углерод. С дальнейшем нагревом концентрация углерода растет и неустойчивая структура переходит в устойчивый аустенит. В аустенит углерод поступает из карбида. Сначала происходит сдвиг границ α→γ перестроения, затем происходит механизм роста зерна. Затем происходит диффузия углерода от цементита к аустениту и тем самым сплав стабилизируется.

Добавление в сплав карбидообразующих хрома, молибдена, вольфрама, ванадия затрудняет аустенизацию так как образуется цементит с легированными добавками и карбиды легирующих элементов, которые мало растворимы в аустените. Процесс гомогенизации с легированными сталями требуется большего времени.

Зародыши аустенита образуются на границах раздела феррита с карбидом. С увеличением времени выдержки и с повышением температуры зерна увеличиваются (зерна растут за счет переходов атомов через большеугловые границы в решетке структуры). При охлаждении размер зерна не изменяется. По размерам зерен стали делятся на мелкозернистые и крупнозернистые. Карбидообразующие легирующие добавки замедляют рост зерен аустенита так как их карбиды являются барьером для диффузии. При неправильном режиме стали возможен исправимый дефект перегрева и неисправимый дефект пережога с образованием окислов на границах зерен.

При охлаждении аустенита до точки мартенсита, диффузионные процессы перехода в цементит и феррит подавляются и сталь переходит в мартенсит , то есть происходит бездиффузиозное превращение.

Аустенит может перейти в перлит по диффузионному механизму. Зародыши цементита образуются на границах зерен аустенита. Полиморфное превращение γ → α происходит по сдвиговому механизму. Затем начинается рост пластин феррита. Два процесса протекают одновременно с образованием перлита.

Мартенсит имеет структуру пресыщенного раствора твердого внедрения углерода в α-решетку железа. Кристаллы мартенсита зарождаются в дислокационных узлах решетки аустенита и в местах обедненных углеродом. Кристаллы мартенсита ориентированно связанны с аустенитом, поэтому имеют форму пластин, которые в аустените имеют упорядоченную ориентацию.

Мартенсит делится на два типа: пакетный и пластинчатый. Пакетный получается в углеродистых и легированных сталях с высокой температурой мартенситного перехода на диаграмме. В зерне мартенсита образуется несколько пакетов из параллельных кристаллов. Пластинчатый мартенсит получается для высокоуглеродистых сталей при низкой температуре мартенситного перехода на диаграмме.

Аустенит стабилизируют задержкой охлаждения при температуре выше мартенситного перехода. При охлаждении после выдержки переход в мартенсит происходит мало интенсивно.

Технологические процессы термической обработки

Термообработка сваренных оболочек корпусов аппаратов проводится в печах, при высоких габаритах колонн, проводится внепечная термообработка.

Местная термообработка широко применяется в полевых условиях монтажными организациями.

Основными технологическими процессами в термическом производстве являются :

– отжиг I и II рода,

– нормализация,

– закалка,

– отпуск.

Приведем краткое описание технологических процессов. Более подробная информация указана в работе [18].

Отжиг I рода и состоит из процессов диффузии, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений, протекающих вне зависимости от протекания фазовых превращений в стали.