.'. i
S V A Ž O V Á N Í
V
E N E R G E T I C E
P l z e ň 25,-26.září
1979
- 3OBSAH:
str,:
Vlastnosti svarových spojů oceli typu O8Cr2,25HolNiNb ING.RUDOLF G-.ADIŠ, ING.MILAN GOTTWALD, JAROSLAV IVAN3K
5
N í z k o t e p l o t n í zpracování svarových spojů o c e l i l3^Cr lftlíi DOC. ING.VA'CW PILOUS,DrSr, ING . J a n V/CLAV ,GSc., ING. JAROSLAV lOÍAFT '
16
Vliv m i k r o s t r u k t u r y na žirupevnost nízkolegovaných CrMoV svarových
kovů
ING. VÁCLAV POLDYNA, C S c , ING. JAROi,íÍR SOBOTKA,CSc..29 Z v a r i t e l n o s í o c e l í , používaných v energetike IVAN HRIVMK
i
50
K voľbe optimálneho postúpil a t a v i v a pre zváranie do úzkej medzery EVA I.ÍAL1N0V3IIA', EDUARD PIKNA Tavivá pre zváranie legovaných
64 ocelí
IHG.EDUARD PIKNA ^ GSc
77
V l i v technologie svařování na v l a s t n o s t i svarových spojů z o c e l i 17 341 ING. JAROLiÍR SOBOTiCA, CSc
97
Únavové v l a s t n o s t i m a t e r i á l o v a zvgrových spojov používaných v e n e r g e t i k e INtí.VLADIi'úÍR GREGOR, CSc
113
Přídavné m a t e r i á l y pro svařování energetických
zařízení
JAROSLAV VIDRLIA
126
• 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 S T O M B A U E H
161
- 5 VLASTNOSTI SVAROVÍ'CH SPOJU OCSLI TYPU 08Cr2,25MolNiI\Tb ING. RUDOLF GLADIŠ ING. MILAN GOTTWALD JAROSLAV IVANEK
ÚSTAV HUTNICTVÍ ŽELEZA DOBRA* 1 . ÚVOD Specifickou podmínkou provozu výměníků, t e p l a v sekundárním okruhu j a d e r n ý c h e l e k t r á r e n a rychlými r e a k t o r y jo p o u ž i t í sodíku jako t e p l o s měnného media. Mezi k o n s t r u k č n í mi m a t e r i á l y používanými v t ě c h t o p a r o g e n e r á t o r e c h j e i » c e l t y p u 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 vlastn o s t í má p r e c i p i t u j í c í fáze* Vzhledem k vysoké a f i n i t ě niobu k uhlíku a dusíku a nízké rozpustnosti niobu ve f e r i t u j e j i ž p ř i 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 Fe2Nb je možná pouze za předpokladu existence u r č i t é ho minimálního přebytku Nb, který lze vypočíst ze vztahu [2~j Nbp - Nb - (7,75. C + 6,64 N)
[hm %"[
Nb,C,N obsahy prvků v oceli
[hm %~\
(1)
Existence uvedených strukturních fází ovlivňuje nejen v l a s t n o s t i 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 v l a s t n o s t i svarových spojů [4~]» Krit i c k é místo svarových spojů se nachází v o b l a s t i přehřátí tepelně ovlivněné zóny. Změny v disperzitě sekundárních fáz í , tvorba karbidických eutekt^k v této o b l a s t i se mohou
nepříznivé p r o j e v i t nn aooáanických vjaBtnootech nejen TOS, a l e celého svarového spoja. Ifcisi tence p n i c i p i t u j í c í c h f á z í j e z á v i s l á na chemickém s l o ž e n í a tepelnom zpracování ocel i . V předloženém příspěvku jsou uvedeny 'výsledky atuclia v l i v u chpniicl^hn p i n k n i ' rcaVi. na machonické a s ó r u k t u r n í v svarového spoje o c e l i CČKJJ.1. -ľ^iVhl.FiWb
2, EXPERBIENTÁLIíi MAKOBIAL A imVdNKí SVAHOVÁNÍ Studium vlivu ciinmickdho oložení n& mechenirslcé a s t r u k t u r n í v l a s t n o s t i svarových opujů byle prevjfleno na provozních tavb-ách o c e l i O8Crí;,25MoJ,ilií\n:<. .iejiciiž chemieľcó Bloí;oní je uvedeno v tabulce č.X* D v o H;avb;; 02n*A,0 waji obsah n i o bu t é a ž ř 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 s l o ž e n í svarových kovů elektrod ,je uvedeno v t a b u l ce č . 3 . Svařování bylo prováděno s pŕedehravem 3OO-35ODG, po svaření byly svařence drženy a s i 0,5 h na t e p l o t ě 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 d i s rožiuu odpovídajícÍŮIU režimu popouštění nákladní]';o n a ^ r i
3 . VLASTMOSl1! SVABCFidr: SFOtľ 3 ř l Krátkodobě zlouSky •aio . Pro liodr.ocení krátkodobých povnostníca a plaoticl^ých v l a s t n o s t í ovarevých spojů byly provedeny : zkoušky tahem p ř i normální t e p l o t ě . aLou-Sky -/rubové houževnatosti d l e
rrrúci . '!n.—N.j,.,;'!;i
- 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 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 525°0 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 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 1,5 . 104" 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 p e v n o s t i p ř i t e č e n í základního materiálu* P ř i t e p l o t ě zkoušení 55O°C, k t e r á se b l í ž í maximální t e p l o t ě p o u ž i t í o c e l i jsou opět dosažené výsledky zlrouôek t e č e n í svarového spoje v i n t e r v a l u dovoleného rozptylového pásma pro hodnoty základního m a t e r i á l u .
LITERATURA [1]
M.GOTTWALD, V.WALDER: Vliv Nb na p r e c i p i t a c i a v l a s t n o s t i nízkolegovaných o c o l í . Sbírka p ř e d náSek "Žárupevné o c e l i pro energetiku", Velké Karlovice, ř í j e n 1978, s t r . 1 5 2
[a]
H.FABRITIUS: A r c h . E i s e n h u t t , , 47,No,5, 1976,
[3]
P.BERNASOVSKČ: Závěrečná zpráva VÚ P-P9-159-004-06/08/ 1269/208,VÓZ B r a t i s l a v a , srpen 1977
[4]
B.I.GEFFROY, L.VAL3BUS: Heat-Affected Zone P r o p e r t i e s of 2 1/4 Cr-lífo S t e e l with and without Niobium S t a b i l i z a t i o n , Sborník "Low-Carbon and S t a b i l i z e d 2 l/4Cr-lMo S t e e l s , Cleveland, Ohio 1970, s t r . 1 1 9
[5]
J.LOMBAHDINI: Zváranie XXIII, 1974, 8 . 1 , o t r , 1 5
(6J
HjtSUZUKI, H.TAMURA: Transactions of National Research I n s t i t u t e f o r Metals, Vol 5, 1963, No 3, str.167
[7]
Norma DIN - Bez.8CrMoNiNb 9 10 W. - St. - Nr. 1.6770
[8J
Š.BIACOVSIcf: Závěrečná zpráva úlohy P-09-159-O04-06/08 ev.Č.1248/209, VÓZ Bratislava
[9]
V.UXA, Z.POKORNÍ, R.MURIC: Poznatky ze svařování lOCr 2,25Mo INiNb o c e l i v I.BZKG, Sborník "Kontituce, výroba a vlastnosti nízkolego-
str.301
- 11 váných ocelí pro PG-HR", Ostravice, 1978, str.140 [lO]
P.MATUŠEK, R.GLADIŠ, V.WALDEB: Příspěvek k otázce v l i vu Nb na v l a s t n o s t i svarových apnjů u oceli typu 2,25Cr~lMo s přísadou Ni a Nb, Sb. viz 1, str,141
[li]
J.H.DONATI a k o l . : Méra.Sci.rév Metalurg., 1974, Nr.3, str.187
[l2j
K.LORENZ, E.KRANZ, H.FABBITIUS: iaepzig Fachberichtc 78, 1970, H 10, str.564.
TABULKA č.1 Chemické složeni provozních taveb Óbsah prvků
I označení tavby
Si
IVOT
A
0,062
B
0,073
0,54 0 f 43
0,23* 0,014 0,34 0,014
"t
S 0,015 0,009
V T
Cr 0,57 0,45
2,39 2,12
Mo
Nb
0,90
0,58
1,04
LU
N 0,014 0,016
Nb..př.. 0,0065 0,436
C TABULKA Č.2
Tepelné zpracování studovaných materiálů rozměr materiálu označení tavby i." m J A A B B C
20 x 200 x 20 x 200 x 20 x 180 x 20 x 200 x 20 x 150 x
150 150 150 150 170
Režim tepelného zpracování
1030°C/2h/vzduch 1030„C71h7vzduch 1030V2h/vzduch 1030"c/lh/vzduch 1030 C/lh/vzduch
A 1 A2 B1 B2 C3
• 65oVlh/vzdutíi + 750„C/2h/vzduch + 650°CAh/vzduch + 750X/lh/vzduch + 700 C/2h/vzduch
TABULKA č.3 Chemické složení svarových kovů obsah prvků
označení j elektrod ' K K L L y N N n.-
Mu 2,,0
10,056
2,,5
10,058
2,,5 3,,15
0,037 0,037
3,,25 |0,0S2
3,,15 j 0,0S5 3,,15 0,070
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
hm%
Ni 0,023 0,012 0,016 0,014 0,016 0,023 0,020
0,014 0,015 0,023 0,021 0,021 0,007 0,009
"EP"
n 2,57 n 2,50 0,26 1,85 0,30 1,68 0,24 1,85 0,10 2,57 0,08 2,52
Nb 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
Př
0,0165 -0,2555 -0,1765 -0,1811
TABULKA č.4 stav materiálu elektroda
Tahová zkouška
SK
ZM
SK
J0Z
325
j 285 150 i 173 136
85
277
154
291
122
305
64
54
50
72
36
232
A 1- K
305 490
A 2 - N
223 435
í 175
A 1- L
270 482
290
B 1- K
443 609
290
B 2- K
316 500
285
408 482
217
I C3 -
M
270 160 i 250 190
I 210 I 158
Výsledky mechanických zkoušek svarových spoju při + 20°C
2
cm" "J ]
Vrubová houževnatost
Tvrdost HV 30
150 145
Ti
363 340 330 113 90 332
i2B*C \ . i \ ' \
i.. V- -«'V HOONC TA í TU
/If Pi90 J20' C
~SK.
HOL A*>7 -tn:.
•
i V
•
•
i i
10* 8 6 4
S
2
8
•
;
•
STAV Z M A2 SVAROVÝ SPOJ A 2 - K SVAROVÝ SPOJ A 1 - K
O * *
•
•
•
•
NAPĚTÍ [MPa]
OBR.Č.l
103 8 6
STWZM, AZ SVAfíOVY SPCXJ STA/2M ,A1
1tí
10 NAPETÍlMPa]
0BR.Č.2
