SVAŽOVÁNÍ V E N E R G E T I C E

Transkript

1 .'. i

2 SVAŽOVÁNÍ V E N E R G E T I C E P l z e ň 25,-26.září 1979

3 - 3 - OBSAH: str,: Vlastnosti svarových spojů oceli typu O8Cr2,25HolNiNb ING.RUDOLF G-.ADIŠ, ING.MILAN GOTTWALD, JAROSLAV IVAN3K 5 Nízkoteplotní zpracování svarových spojů oceli l3^cr lftlíi DOC. ING.VA'CW PILOUS,DrSr, ING.Jan V/CLAV,GSc., ING. JAROSLAV loíaft ' 16 Vliv mikrostruktury na žirupevnost nízkolegovaných CrMoV svarových kovů ING. VÁCLAV POLDYNA, CSc, ING. JAROi,íÍR SOBOTKA,CSc..29 Zvaritelnosí ocelí, používaných v energetike IVAN HRIVMK i 50 K voľbe optimálneho postúpil a taviva pre zváranie do úzkej medzery EVA I.ÍAL1N0V3IIA', EDUARD PIKNA 64 Tavivá pre zváranie legovaných ocelí IHG.EDUARD PIKNA ^ GSc 77 Vliv technologie svařování na vlastnosti svarových spojů z oceli ING. JAROLiÍR SOBOTiCA, CSc 97 Únavové vlastnosti materiálov a zvgrových spojov používaných v energetike INtí.VLADIi'úÍR GREGOR, CSc 113 Přídavné materiály pro svařování energetických zařízení JAROSLAV VIDRLIA 126

4 4 - TÍěinek defektů na chování svarových epojů při zvýšených teplotách ING.HADGVAN PECI, C S c, dipl, t ech. MIROSLAV ŠICHO 139 Svařování konstrukčních ocelí v energetickém strojírenství DOC.ING.VA'CLAV PILOUS, DrSc, 149 Navořování regulačních orgánů parních turbín 1NG. JOSEF BŘÍŠKA,IWG.JlSÍ STOMBAUEH 161

5 - 5 - VLASTNOSTI SVAROVÍ'CH SPOJU OCSLI TYPU 08Cr2,25MolNiI\ T b ING. RUDOLF GLADIŠ ING. MILAN GOTTWALD JAROSLAV IVANEK DOBRA* ÚSTAV HUTNICTVÍ ŽELEZA 1. ÚVOD Specifickou podmínkou provozu výměníků, tepla v sekundárním okruhu jaderných elektráren a rychlými reaktory jo použití sodíku jako tep los měnného media. Mezi konstrukčními materiály používanými v těchto parogenerátorech je i»cel typu 2,25 Cr - 1 Mo s t a b i l i z o v a n á niobem* Tuto nizkolegovanou feriticlcou ocel lze zařadit do ocelí precipitačně zpevněných, neboí hlavní podíl na ovlivnění mechanicích vlastností má precipitující fáze* Vzhledem k vysoké afinitě niobu k uhlíku a dusíku a nízké rozpustnosti niobu ve feritu je již při poměrně nízkých obsazích niobu v oceli určující fází karbid, resp* karbinitrid niobu Nb(C,N) a za určitých podmínek i Lavesova fáze Fe^Nb [l]. Tvorba intermetalické f áae Fe 2 Nb je možná pouze za předpokladu existence určitého minimálního přebytku Nb, který lze vypočíst ze vztahu [2~j Nb p - Nb - (7,75. C + 6,64 N) [hm %"[ (1) Nb,C,N obsahy prvků v oceli [hm %~\ Existence uvedených strukturních fází ovlivňuje nejen vlastnosti základního materiálu, ale i svarového spoje* Přebytek niobu nad obsah daný stechionetrickým poměrem má významný vliv na svařitelnost oceli stabilizované tímto prvkem [3} a rovněž na mechanické vlastnosti svarových spojů [4~]» Kritické místo svarových spojů se nachází v oblasti přehřátí tepelně ovlivněné zóny. Změny v disperzitě sekundárních fází, tvorba karbidických eutekt^k v této oblasti se mohou

6 nepříznivé projevit nn aooáanických vjabtnootech nejen TOS, ale celého svarového spoja. Ifcisi tence pnicipitujících fází je závislá na chemickém složení a tepelnom zpracování oceli. V předloženém příspěvku jsou uvedeny 'výsledky atuclia vlivu chpniicl^hn pinkni' rcavi. na machonické a sórukturní v svarového spoje oceli CČKJJ.1. -ľ^ivhl.fiwb 2, EXPERBIENTÁLIíi MAKOBIAL A imvdnkí SVAHOVÁNÍ Studium vlivu ciinmickdho oložení n& mechenirslcé a strukturní vlastnosti svarových opujů byle prevjfleno na provozních tavb-ách oceli O8Crí;,25MoJ,ilií\ n :<..iejiciiž chemieľcó Bloí;oní je uvedeno v tabulce č.x* D v o H ;avb;; 02n*A,0 waji obsah niobu téažř odpovídající ntechiouetriclému poměru Nb/Cj tavba B má vysoký přebytek niobu nad stechiometrický poněr. Svarové spoje byly prcv-tvlsiiy :cučríi:i ubícn'í'ov.ýiú svařováním obalenými elektrodami, Iljo spoje V reo.i; 1/2 V,, kořen spoje byl pvová&ěn elektrodami 0 2,0 (2,5^ mm, výplň olektrodani 0 3»15 (3,25) mm, Specificky tepelný příkon pro elektrodu IC byl stanoven výpočtem v rozmesí 8,1 až 11,2 kj/cm, pro elektrody L c. M se pohyboval v rozmezí 7,1 až 18_,1 '.:J/cm, Chemická složení svarových kovů elektrod,je uvedeno v tabulce č.3. Svařování bylo prováděno s pŕedehravem 3OO-35O D G, po svaření byly svařence drženy asi 0,5 h na teplotě 35O G. Svar y byly proveden,', 1 na deskách o ťjuustce 20 mm. jejj.chž rozm?- ry a režim tepelného zpracování přod svaruváním joou uvedeny v tabulce a*í> Po s varován:'. b;;3y svařeno e žíhány dis rožiuu odpovídajícíůiu režimu popouštění nákladní]';o na^ri 3. VLASTMOSl 1! SVABCFidr: SFOtľ 3řl Krátkodobě zlousky aio. Pro liodr.ocení krátkodobých povnostníca a plaoticl^ých vlastností ovarevých spojů byly provedeny : zkoušky tahem při normální teplotě. alou-sky -/rubové houževnatosti dle rrrúci. '!n. N.j,.,;'!;i

7 - 7 - zjednodušeného schématu uvedeného v práci [5l na tělískách s ostrým vrubem, měření tvrdosti HV v jednotlivých oblastech svarového opoje a zkoušky ohybem. Mechanické zkoušky byly doplněny rozborem mikrostruktury svarového spoje. Výsledky mechanických zkoušek svarových spojů jsou souhrnně uvodeny v tabulce 8.4. Hodnoty meze kluzu 0,2 se pohybují v rozmezí 223 až 443 MPa, meze pevnosti v intervalu 435 až 609 MPa. Tyto rozdíly jsou způsobeny jednak chemickým složením a rovnej rozdílným způsobem tepelného zpracování základního materiálu, což potvrzuje i výskyt lomu vždy v základním svařováním neovlivněném materiálu. Maximální hodnota tvrdosti 325 HV byla naměřena ve svarovém kovu Al-K, tvrdosti tepelně ovlivněné zóny svarových spojů jsou v rozmezí 158 až 285 HV. Uvedené hodnoty jsou dle práce f 6} zárukou dosažení uspokojivé plasticity svarového spoje. Vrubová houževnatost svarového kovu je v rozmezí 36 až 164 J. cm, tepelně ovlivněné zóny stanovená na tělískách s vrubem uprostřed TOZ 54 až 305 J cm", základní materiál vykazuje hodnoty vrubové houževnatosti 113 až 363 J. cm" 2, S výsledky tahových zkousek dobře korespondují výsledky zkoušek ohybem. U všech hodnocených případů bylo dosaženo íjhlu ohybu 180 bez výskytu poruäení svarového spoje. Metalografickým studiem svarových spojů bylo zjiatěno, že mikrostruktura svarového kovu je tvořena vyaokopopuštěným rozpadlým bainitem. Ve väech sledovaných případech se vylučují eutektické útvary řetězcové morfologie. Karbidická eutektika byla zjištěna i v TOZ podél zóny ztavení. Na rozdíl od řetězců ve svarovém kovu zde tvoří eutektika shluky, v jejichž okolí se výrazně snižuje výskyt jemných karbidických částic. 3.2 Zkoušky tečení Podle dostupných informací je předpokládaná maximální teplota v provozovaných a projektovaných parogenerátorech 5O5 C, teoreticky je použití oceli 2,25Cr-lMo stabilizované

8 - 8 - Nb limitováno teplotami 520 až 56O G. Z těchto důvodů je nezbytné podrobit kritické místo konstrukce, kterým JG svarový spoj, dlouhodobému zkoušení při vyšších teplotách. Dlouhodobá pevnost svarových spojů v oblasti pracovních teplot byla sledována zkouškami tečení do lomu tavby A prováděných na zkušebních tyčích kruhového průřezu, Zkoušení probíhalo při 525 C (Al-K, A2-K) a 55O C (A2-K). Výsledky dlouhodob./ch zkousek jsou v závislosti log doby do lomu na log aplikovaného napstí uvedeny v obrázcích 1 a 2. V uvedených obrázcích jsou pro porovnání uvedeny i výsledky creepových zkousek základního materiálu - oceli A po identickém, výchozím tepelném zpracování o střední hodnoty meze pevnosti při tečení dle normy [7j, resp. výsledky převzaté z práce [12]. Výskyt lomů u zkoušek tečení je převážně ve svařováním neovlivněném základním materiálu. Lomová tažnost při teplotě zkouäení v intervalu 12,5 až 28,9 % a při 55O C 12,8 až 32,8 % je důkazem vyhovující plasticity při tečení svarového spoje. U vzorku tavby A2-K po creepové expozici 55O C, 10^ hodin byl proveden metalografický rozbor a měření mikrotvrdosti v jednotlivých oblastech svarového spoje. Mikrostruktura základního materiálu i tepelně ovlivněné zóny po dlouhodobé expozici nedoznala výraznějších změn. Ve svarovém kovu došlo v průběhu creepové expozice ke zhrubnutí karbidických částic. Hodnoty mikrotvrdosti měřené po creepu jsou ve všech oblastech svarového spoje vyšší oproti výchozímu stavu. 4. ZHODNOCENÍ VÍSLEDIC& Mechanické vlastnosti svarových spojů oceli typu 08Cr2,25MolNiNb jsou ovlivněny hlavně chemickým složením oceli i přídavného materiálu pro svařování, režimem tepelného zpracování základního materiálu i svěřence* Požadované minimální hodnoty meze kluzu 0,2 dle (7l lze dosáhnout u svaro-

9 - 9 - vých spojů taveb a obsahem niobu na úrovni stabilizačního poměru, přestabilizováných i u tavby s výrazně nižším obsahem uhlíku volbou teploty popouštění základního materiálu a žíhání svařence v oblasti 65O-7OO C, Rovněž hodnoty meze pevnosti dosažené a svar.spojů jsou v doporučovaném rozmezí 470 až 610 MPa. NejvySších hodnot tvrdost' bylo u svarových spojů väech studovaných taveb dosaženo v oblastech svarového kovu. Poměrně vysoké hodnoty tvrdosti svarového kovu (max, 325 HV) väalc nemají obecně negativní vliv na plastické vlastnosti spoje vyjádřené zde hodnotami vrubové houževnatosti. Jak vyplývá z výsledků vrubové houževnatosti uvedených v tabulce 5.4 jsou dosahovány nižší hodnoty RV v oblastech svarového kovu K a M a v případě tavby s vysokým přebytkem Nb i v oblasti tepelně ovlivněné svarem. Nižší hodnoty vrubové houževnatosti s umístěním vrubu ve svarovém kovu jsou hlavně u svarových kovů s vyšším obsahem uhlíku, což je v souladu s vý3ledky [8,s\. Karbonitridická eutektika zjištěna ve svarovém kovu mohou mít rovněž vliv na snížení plastických vlastností této oblasti. Existence těchto eutektických útvarů ve svarovém kovu způsobuje rovněž vznik trhlin při tahových zkouškách za zvýšených teplot [Í03» Snížením obsahu uhlíku ve svai-ovém kovu N se příznivě projevilo ve zvýšení hodnot vrubové houževnatosti* Nízké hodnoty vrubové houževnatosti tepelně ovlivněná zóny tavby s přebytkem Nb jsou způsobeny vyloučením eutektických karbonitridů niobu s výskytem Lavesovy fáze FegNb v této zóně, což je potvrzením výsledků práce [li]. Z dosavadních výsledků dlouhodobých zkoušek tečení do lomu vyplývá, Že při teplotě 525 C (viz obr.č.2) jsou doby do lomu zkušebních tyčí svarových spojů do 1, " h delší než hodnoty pro základní materiál po normalizaci a popuštění. Při dalších časech zkoušení nejsou výsledky svarových spojů mimo dovolené rozptylové pásmo dle ISG pro střední hodnoty

10 meze pevnosti při tečení základního materiálu* Při teplotě zkoušení 55O C, která se blíží maximální teplotě použití oceli jsou opět dosažené výsledky zlrouôek tečení svarového spoje v intervalu dovoleného rozptylového pásma pro hodnoty základního materiálu. LITERATURA [1] M.GOTTWALD, V.WALDER: Vliv Nb na precipitaci a vlastnosti nízkolegovaných ocolí. Sbírka přednásek "Žárupevné oceli pro energetiku", Velké Karlovice, říjen 1978, str.152 [a] H.FABRITIUS: Arch.Eisenhutt,, 47,No,5, 1976, str.301 [3] P.BERNASOVSKČ: Závěrečná zpráva VÚ P-P /08/ 1269/208,VÓZ Bratislava, srpen 1977 [4] B.I.GEFFROY, L.VAL3BUS: Heat-Affected Zone Properties of 2 1/4 Cr-lífo Steel with and without Niobium Stabilization, Sborník "Low-Carbon and Stabilized 2 l/4cr-lmo Steels, Cleveland, Ohio 1970, str.119 [5] J.LOMBAHDINI: Zváranie XXIII, 1974, 8.1, otr,15 (6J HjtSUZUKI, H.TAMURA: Transactions of National Research Institute for Metals, Vol 5, 1963, No 3, str.167 [7] Norma DIN - Bez.8CrMoNiNb 9 10 W. - St. - Nr [8J Š.BIACOVSIcf: Závěrečná zpráva úlohy P O04-06/08 ev.č.1248/209, VÓZ Bratislava [9] V.UXA, Z.POKORNÍ, R.MURIC: Poznatky ze svařování locr 2,25Mo INiNb oceli v I.BZKG, Sborník "Kontituce, výroba a vlastnosti nízkolego-

11 váných ocelí pro PG-HR", Ostravice, 1978, str.140 [lo] P.MATUŠEK, R.GLADIŠ, V.WALDEB: Příspěvek k otázce vlivu Nb na vlastnosti svarových apnjů u oceli typu 2,25Cr~lMo s přísadou Ni a Nb, Sb. viz 1, str,141 [li] [l2j J.H.DONATI a kol.: Méra.Sci.rév Metalurg., 1974, Nr.3, str.187 K.LORENZ, E.KRANZ, H.FABBITIUS: iaepzig Fachberichtc 78, 1970, H 10, str.564.

12 TABULKA č.1 Chemické složeni provozních taveb I označení tavby A B C 0,062 0,073 IVOT 0,54 0 f 43 Si 0,23* 0,34 0,014 0,014 "t Óbsah prvků S 0,015 0,009 V T 0,57 0,45 Cr Mo Nb N Nb..př.. 2,39 2,12 0,90 1,04 0,58 LU 0,014 0,016 0,0065 0,436 TABULKA Č.2 Tepelné zpracování studovaných materiálů označení tavby A AB B C rozměr materiálu i." m J 20 x 200 x x 200 x x 180 x x 200 x x 150 x 170 Režim tepelného zpracování 1030 C/2h/vzduch 65oVlh/vzdutíi 1030 C71h7vzduch C/2h/vzduch 1030V2h/vzduch CAh/vzduch 1030"c/lh/vzduch + 750X/lh/vzduch 1030 C/lh/vzduch C/2h/vzduch A 1 A 2 B 1 B 2 C3 TABULKA č.3 Chemické složení svarových kovů označení j elektrod ' K K L L y N N 2,,0 3,,25 2,,5 3,,15 3,,15 2,,5 3,,15 10,056 0,0S2 10,058 j 0,0S5 0,070 0,037 0,037 Mu 0,78 0,90 0,68 0,74 0,63 1,11 I 1,11! Si j 0,39 i 0,37 [0,44 [0,48 j 0,37 i 0,53! 0,47 0,023 0,012 0,016 0,014 0,016 0,023 0,020 obsah prvků 0,014 0,015 0,023 0,021 0,021 0,007 0,009 Ni n n 0,26 0,30 0,24 0,10 0,08 hm% "EP" 2,57 2,50 1,85 1,68 1,85 2,57 2,52 1,03 1,0 0,81 0,90 0,75 0,76 0,91 0,61 0,36 0,45 0,43 0,63 0,69 0,55 0,024 0,022 0,015 0,015 n n n Nb Př 0,0165-0,2555-0,1765-0,1811 n.-

13 TABULKA č.4 stav materiálu elektroda Tahová zkouška SK Tvrdost HV 30 ZM Vrubová houževnatost SK J0Z cm "2 "J ] A 1 - K A 2 - N A 1 - L B 1 - K B 2 - K I C3 - M í j 285 i i 250 I 210 I T i Výsledky mechanických zkoušek svarových spoju při + 20 C

14 i2b*c \. i \ ~SK. HOL A*>7 -tn:. ' \ i.. V- -«'V /If i V HOONC TA í Pi90 J20' TU C 10* 8 6 i i ; 4 2 S 8 STAV Z M A 2 O SVAROVÝ SPOJ A2-K * SVAROVÝ SPOJ A1- K * NAPĚTÍ [MPa] OBR.Č.l

15 STWZM, AZ SVAfíOVY SPCXJ STA/2M,A1 1tí 10 NAPETÍlMPa] 0BR.Č.2