Формирование структуры сварного соединения теплостойкой стали 12Х1МФ в зависимости от режима термической обработки
|
ВВЕДЕНИЕ..……………………...…………………………………..……9
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………….…...……….....12
1.1. Теплоустойчивые стали…………………………………………………..12
1.2. Химический состав и структура низколегированных теплоустойчивых
сталей……………………………………………………………………………..13
1.3. Свойства теплоустойчивых сталей………………………………………15
1.4. Сварка теплостойких сталей……………………………………………..15
1.4.1 Подготовка и сборка кромок теплоустойчивых сталей под дуговую
сварку……………………………………………………………………………..15
1.4.2. Предварительный подогрев теплоустойчивых сталей………………....16
1.4.3. Свариваемость теплоустойчивых сталей………………………………..17
1.4.4. Термическая обработка сварных соединений теплоустойчивых сталей.
Постановка задачи……………………………………………………………….23
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………27
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ……………………………...………....32
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ……………………………………………………….45
4.1 Расчет капитальных вложений основных фондов ……………………..45
4.2 Расчет капитальных вложений в нормируемые оборотные средства…518
4.3 Энергетика отделения и расчет вспомогательных материалов для
технологических нужд…………………………………………………………..53
4.4 Штаты термического участка………………………………………….....53
4.4.1 Баланс использования рабочего времени………………………......……55
4.4.2 Определение численности рабочих………………………...………...….57
4.5 Расчет ФЗП, ФМП, среднего заработка рабочих ………………………58
4.6 Определим фонд заработной платы ИТР ………………….................…60
4.7 Себестоимость термической обработки……….…………………...……63
4.8 Расчет экономической эффективности………………………………….64
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ………………………………...66
5.1 Производственная безопасность…………………………………………66
5.1.1 Вредные и опасные факторы……………………………………………..66
5.1.2 Анализ выявленных опасных факторов…………………………………66
5.1.3 Освещение…………………………………………………………………68
5.1.4 Вентиляция………………………………………………………………..69
5.1.5 Электробезопасность……………………………………………………..70
5.1.6 Пожарная безопасность…………………………………………………..71
5.2. Экологическая безопасность……………………………………………..76
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………….77
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности….809
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..…81
Список литературы……………………………………………………....83
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………….…...……….....12
1.1. Теплоустойчивые стали…………………………………………………..12
1.2. Химический состав и структура низколегированных теплоустойчивых
сталей……………………………………………………………………………..13
1.3. Свойства теплоустойчивых сталей………………………………………15
1.4. Сварка теплостойких сталей……………………………………………..15
1.4.1 Подготовка и сборка кромок теплоустойчивых сталей под дуговую
сварку……………………………………………………………………………..15
1.4.2. Предварительный подогрев теплоустойчивых сталей………………....16
1.4.3. Свариваемость теплоустойчивых сталей………………………………..17
1.4.4. Термическая обработка сварных соединений теплоустойчивых сталей.
Постановка задачи……………………………………………………………….23
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………27
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ……………………………...………....32
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ……………………………………………………….45
4.1 Расчет капитальных вложений основных фондов ……………………..45
4.2 Расчет капитальных вложений в нормируемые оборотные средства…518
4.3 Энергетика отделения и расчет вспомогательных материалов для
технологических нужд…………………………………………………………..53
4.4 Штаты термического участка………………………………………….....53
4.4.1 Баланс использования рабочего времени………………………......……55
4.4.2 Определение численности рабочих………………………...………...….57
4.5 Расчет ФЗП, ФМП, среднего заработка рабочих ………………………58
4.6 Определим фонд заработной платы ИТР ………………….................…60
4.7 Себестоимость термической обработки……….…………………...……63
4.8 Расчет экономической эффективности………………………………….64
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ………………………………...66
5.1 Производственная безопасность…………………………………………66
5.1.1 Вредные и опасные факторы……………………………………………..66
5.1.2 Анализ выявленных опасных факторов…………………………………66
5.1.3 Освещение…………………………………………………………………68
5.1.4 Вентиляция………………………………………………………………..69
5.1.5 Электробезопасность……………………………………………………..70
5.1.6 Пожарная безопасность…………………………………………………..71
5.2. Экологическая безопасность……………………………………………..76
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………….77
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности….809
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..…81
Список литературы……………………………………………………....83
Предметом исследования является изучение структуры
наплавленного металла шва, структуры зоны термического влияния,
механических свойств сварных образцов после воздействия различных
режимов термической обработки. Объектом исследования являются
сварные образцы теплостойкой стали 12Х1МФ.
Целью данной работы является рекомендация наиболее рационального
технологического процесса сварки труб 273 с толщиной стенки 26 мм из
стали 12Х1МФ на основе анализа структуры сварных соединений после
различных режимов предварительного подогрева и последующей
термической обработки.
В процессе работы исследовалась микроструктура, микротвердость и
механические свойства сварных образцов, полученные при различных
режимах подогрева и последующей термической обработке. Для
достижения цели были произведены следующие мероприятия:
обзор литературы по теме, поставка задача и цель исследования;
подготовлены образцы и проведена их сварка по различным
технологическим режимам;
анализ структуры наплавленного металла в зависимости от режимов ТО;
проведено механическое испытание сварных образцов;
анализ зоны термического влияния, построен профиль микротвердости;
анализ микротвердости области наплавленного металла шва в каждом
проходе и зоны термического влияния в области третьего прохода;
по проделанной работе сделаны соответствующие выводы.6
Определения, обозначения, сокращения и нормативные ссылки
В настоящей работе применены следующие термины с
соответствующими определениями.
Феррит – твёрдый раствор внедренного углерода и других
элементов в объемно-центрированную кубическую решетку.
Перлит – эфтектоидная смесь, состоящая из двух фаз – феррита и
цементита.
Бейнит – метастабильная смесь феррита и цементита, полученная в
результате распада аустенита при температурах ниже перлитного
превращения, но выше температуры начала образования мартенсита.
В настоящей работе применены следующие обозначения и
сокращения:
ЗТВ – зона термического влияния;
ТО – Термическая обработка;
В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 9467-75
ТУ14-3Р-55_2001
СТО 133-2008
ВВЕДЕНИЕ
Энергетика - отрасль промышленности, охватывающая выработку,
передачу и сбыт потребителям электрической и тепловой энергии.
Техническое перевооружение и реконструкция электростанций в целях
создания технического уровня их эксплуатации, повышения надежности,
экономичности и ресурса энергетических установок как действующих, таки
вновь проектируемых являются важнейшими задачами
энергомашиностроения на современном этапе научно-технического
прогресса. Необходимые показатели надежности невозможно получить без
использования основных достижений в области материаловедения и физики
металлов. Любая конструкция с точки зрения надежности, должна сохранять
способность воспринимать значительные нагрузки при наличии
повреждений. Возникающие в деталях энергооборудования повреждения
могут быть усталостными трещинами, трещинами ползучести, трещинами,
связанными с коррозионным растрескиванием. Значительная часть
телоплосилового оборудования работает при повышенных температурах под
действием умеренных напряжений. В этих условиях в материале таких
конструкций и сварных швах развиваются процессы ползучести. В
зависимости от скорости развития процессов ползучести происходит
зарождение и рост несплошностей и разрушение деталей. В зависимости от
технологии получения сварных соединений на этапе монтажа котельной
установки и температурно-силовых факторов в процессы ее эксплуатации
могут быть различные причины образования микроповреждений, которые в
дальнейшем приводят к выводу оборудования из эксплуатации. Зарождение
и развитие разрушения в сталях, применяемых в теплоэнергетике, имеет свои
особенности, связанные со структурой и фазовым составом этих сталей [1-3].
Одной из задач энергетической компании является поддержание в
стабильной и безаварийной работе установок, детали которых (в том числе и
сварные швы) должны работать до 100000 – 200000 ч. без замены при11
рабочих параметрах 560…600°С, давлении 25,5 МПа, а в наиболее мощных
установках до 650 °С и давлении 31,6 МПа.
На современных энергетических станциях в зависимости от условий
работы деталей, в качестве теплоустойчивых используют углеродистые,
низколегированные и хромистые стали. Изготовление, монтаж и ремонт
элементов теплоэнергетического оборудования сложный и трудоемкий
процесс, требующий определенной технологии и профессионального
мастерства. Особое внимание уделяется сварным соединениям, так как
наибольшее количество дефектов приходится на них.
Целью данной работы является рекомендация наиболее рационального
технологического процесса сварки труб 273 с толщиной стенки 26 мм из
стали 12Х1МФ на основе анализа структуры сварных соединений после
различных режимов предварительного подогрева и последующей
термической обработки.
наплавленного металла шва, структуры зоны термического влияния,
механических свойств сварных образцов после воздействия различных
режимов термической обработки. Объектом исследования являются
сварные образцы теплостойкой стали 12Х1МФ.
Целью данной работы является рекомендация наиболее рационального
технологического процесса сварки труб 273 с толщиной стенки 26 мм из
стали 12Х1МФ на основе анализа структуры сварных соединений после
различных режимов предварительного подогрева и последующей
термической обработки.
В процессе работы исследовалась микроструктура, микротвердость и
механические свойства сварных образцов, полученные при различных
режимах подогрева и последующей термической обработке. Для
достижения цели были произведены следующие мероприятия:
обзор литературы по теме, поставка задача и цель исследования;
подготовлены образцы и проведена их сварка по различным
технологическим режимам;
анализ структуры наплавленного металла в зависимости от режимов ТО;
проведено механическое испытание сварных образцов;
анализ зоны термического влияния, построен профиль микротвердости;
анализ микротвердости области наплавленного металла шва в каждом
проходе и зоны термического влияния в области третьего прохода;
по проделанной работе сделаны соответствующие выводы.6
Определения, обозначения, сокращения и нормативные ссылки
В настоящей работе применены следующие термины с
соответствующими определениями.
Феррит – твёрдый раствор внедренного углерода и других
элементов в объемно-центрированную кубическую решетку.
Перлит – эфтектоидная смесь, состоящая из двух фаз – феррита и
цементита.
Бейнит – метастабильная смесь феррита и цементита, полученная в
результате распада аустенита при температурах ниже перлитного
превращения, но выше температуры начала образования мартенсита.
В настоящей работе применены следующие обозначения и
сокращения:
ЗТВ – зона термического влияния;
ТО – Термическая обработка;
В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 9467-75
ТУ14-3Р-55_2001
СТО 133-2008
ВВЕДЕНИЕ
Энергетика - отрасль промышленности, охватывающая выработку,
передачу и сбыт потребителям электрической и тепловой энергии.
Техническое перевооружение и реконструкция электростанций в целях
создания технического уровня их эксплуатации, повышения надежности,
экономичности и ресурса энергетических установок как действующих, таки
вновь проектируемых являются важнейшими задачами
энергомашиностроения на современном этапе научно-технического
прогресса. Необходимые показатели надежности невозможно получить без
использования основных достижений в области материаловедения и физики
металлов. Любая конструкция с точки зрения надежности, должна сохранять
способность воспринимать значительные нагрузки при наличии
повреждений. Возникающие в деталях энергооборудования повреждения
могут быть усталостными трещинами, трещинами ползучести, трещинами,
связанными с коррозионным растрескиванием. Значительная часть
телоплосилового оборудования работает при повышенных температурах под
действием умеренных напряжений. В этих условиях в материале таких
конструкций и сварных швах развиваются процессы ползучести. В
зависимости от скорости развития процессов ползучести происходит
зарождение и рост несплошностей и разрушение деталей. В зависимости от
технологии получения сварных соединений на этапе монтажа котельной
установки и температурно-силовых факторов в процессы ее эксплуатации
могут быть различные причины образования микроповреждений, которые в
дальнейшем приводят к выводу оборудования из эксплуатации. Зарождение
и развитие разрушения в сталях, применяемых в теплоэнергетике, имеет свои
особенности, связанные со структурой и фазовым составом этих сталей [1-3].
Одной из задач энергетической компании является поддержание в
стабильной и безаварийной работе установок, детали которых (в том числе и
сварные швы) должны работать до 100000 – 200000 ч. без замены при11
рабочих параметрах 560…600°С, давлении 25,5 МПа, а в наиболее мощных
установках до 650 °С и давлении 31,6 МПа.
На современных энергетических станциях в зависимости от условий
работы деталей, в качестве теплоустойчивых используют углеродистые,
низколегированные и хромистые стали. Изготовление, монтаж и ремонт
элементов теплоэнергетического оборудования сложный и трудоемкий
процесс, требующий определенной технологии и профессионального
мастерства. Особое внимание уделяется сварным соединениям, так как
наибольшее количество дефектов приходится на них.
Целью данной работы является рекомендация наиболее рационального
технологического процесса сварки труб 273 с толщиной стенки 26 мм из
стали 12Х1МФ на основе анализа структуры сварных соединений после
различных режимов предварительного подогрева и последующей
термической обработки.
В результате проделанной работы были исследованы структуры
наплавленного металла шва, ЗТВ, а также механические свойства сварных
соединений из теплостойкой стали 12Х1МФ выполненные по 6
технологическим режимам (за пять проходов ручной дуговой сваркой
покрытыми электродами и подвергшиеся различным режимам
предварительного подогрева и последующей ТО). На основе полученных
результатов были сделаны следующие выводы.
1. Сварка без подогрева приводит к формированию трещин в
наплавленном металле корневой части сварного соединения. Началом
формирования трещин могут служить различного рода дефекты,
например, поры и крупные не металлические включения. Последующая
термическая обработка не исключает данного рода сформированного
дефекта.
2. Введение в технологический процесс сварки только подогрева не
обеспечивает понижение уровня твердости по объему наплавленного
металла. Микроструктура особенно в объеме корня шва сохраняется
метастабильной с незначительным количеством отдельных ферритных
зерен. В объеме наплавленного металла второго прохода данные
структурные составляющие сохраняются в соотношении 50:50.
3. Подогрев и последующая термическая обработка при 740оС
выравнивает уровень микротвердости по всему объему сварного
соединения. Структура имеет дендритное строение по границам
которых находится ферритная прослойка.
4. Дополнительная термическая обработка сварного соединения в виде
высокого отпуска при 740оС приводит к формированию практически
однородной феррито-перлитной смеси в зоне термического влияния,
микротвердость которой практически не превышает уровень HV
основного металла. Это позволяет получить равнопрочное сварное
соединение с основным металлом. Разрушение при статическом82
нагружении происходит по основному металлу. Уровень прочности и
пластичности находится в интервале значений характерных для
исходного материала (ТУ 14-3Р-55-2001).
5. На основе всего комплекса результатов рекомендуется наиболее
рационального технологического процесса сварки труб 273 с
толщиной стенки 26 мм из стали 12Х1МФ: подогрев250оС перед
сваркой и последующая термическая обработка сварного соединения в
виде высокого отпуска при 740оС с выдержкой 2 часа и последующим
охлаждение на спокойном воздухе.
наплавленного металла шва, ЗТВ, а также механические свойства сварных
соединений из теплостойкой стали 12Х1МФ выполненные по 6
технологическим режимам (за пять проходов ручной дуговой сваркой
покрытыми электродами и подвергшиеся различным режимам
предварительного подогрева и последующей ТО). На основе полученных
результатов были сделаны следующие выводы.
1. Сварка без подогрева приводит к формированию трещин в
наплавленном металле корневой части сварного соединения. Началом
формирования трещин могут служить различного рода дефекты,
например, поры и крупные не металлические включения. Последующая
термическая обработка не исключает данного рода сформированного
дефекта.
2. Введение в технологический процесс сварки только подогрева не
обеспечивает понижение уровня твердости по объему наплавленного
металла. Микроструктура особенно в объеме корня шва сохраняется
метастабильной с незначительным количеством отдельных ферритных
зерен. В объеме наплавленного металла второго прохода данные
структурные составляющие сохраняются в соотношении 50:50.
3. Подогрев и последующая термическая обработка при 740оС
выравнивает уровень микротвердости по всему объему сварного
соединения. Структура имеет дендритное строение по границам
которых находится ферритная прослойка.
4. Дополнительная термическая обработка сварного соединения в виде
высокого отпуска при 740оС приводит к формированию практически
однородной феррито-перлитной смеси в зоне термического влияния,
микротвердость которой практически не превышает уровень HV
основного металла. Это позволяет получить равнопрочное сварное
соединение с основным металлом. Разрушение при статическом82
нагружении происходит по основному металлу. Уровень прочности и
пластичности находится в интервале значений характерных для
исходного материала (ТУ 14-3Р-55-2001).
5. На основе всего комплекса результатов рекомендуется наиболее
рационального технологического процесса сварки труб 273 с
толщиной стенки 26 мм из стали 12Х1МФ: подогрев250оС перед
сваркой и последующая термическая обработка сварного соединения в
виде высокого отпуска при 740оС с выдержкой 2 часа и последующим
охлаждение на спокойном воздухе.