Виды послесварочной термообработки

В монтажных и ремонтных условиях для сварных соединений трубопроводов и оборудования применяют следующие виды термообработки: высокий отпуск, нормализацию, термический отдых и аустенизацию.

Высокий отпуск

Это вид термообработки, которая следует за закалкой. При закалке стали, весь углерод остается связанным в кристаллической решетке. Если мы снова нагреем металл, но до температуры ниже критической точки АС1 (температура образования аустенита), и быстро охладим, то будут образовываться закаливающие мартенситные структуры. При дальнейшем нагреве произойдет распад мартенсита с образованием феррито-цементитной смеси. Такой нагрев после закалки называется отпуском. В результате снижается прочность и твердость, но повышается пластичность и вязкость металла. Высокий отпуск производится в диапазоне температур от 600°С до 750°С. Мы уже говорили о том, что зона сварки и зона термического влияния могут очень быстро охлаждаться от очень высоких температур – как при закалке. Это особенно заметно в тонких слоях металла. Таким образом, испытание на твердость может быть хорошим тестом на качество и эффективность послесварочного нагрева. Степень снижения твердости зависит от температуры нагрева: чем выше температура, тем твердость станет ниже Она также зависит от времени выдержки. Большинство листового проката и труб, которые подвергаются послесварочному нагреву, поставляются в закаленном и отпущенном состоянии (термическое улучшение). Поэтому надо внимательно следить, чтобы не перегреть металл, для сохранения заданных механических свойств. При высоком отпуске сварное соединение нагревают до температуры на 50-100°С ниже температуры критической точки АC1, выдерживают в течение 2 – 5 ч и затем медленно охлаждают. При этом на 70-90% снижается уровень сварочных напряжений, происходят структурные изменения в сварном шве и зоне термического влияния, заключающиеся для низколегированных сталей в распаде закалочных структур, что в конечном итоге приводит к заметному снижению твердости, повышению пластичности и хладостойкости металла. При проведении высокого отпуска большое значение имеет точность соблюдения регламентируемого режима термообработки. Отклонение от заданного режима может привести к существенному ухудшению механических и специальных свойств сварного соединения.

Нормализация

При этом режиме термообработки сварное соединение нагревают до температуры на 30-50 °С выше температуры критической точки АС3, выдерживают в течение заданного времени и охлаждают на воздухе. Цель нормализации – измельчить зерно и улучшить механические свойства сварного соединения, а также снизить уровень сварочных напряжений. Нормализации чаще всего подвергают сварные соединения тонкостенных труб из низколегированных сталей перлитного класса, которые в исходном состоянии (после сварки) имеют крупнозернистую структуру с пониженными пластическими свойствами.

Нормализация с последующим высоким отпуском

При восстановительной термообработке паропроводов теплоэлектростанций из стали 12Х1МФ применяют термообработку по режиму, включающему нормализацию с последующим высоким отпуском, для снижения уровня эксплуатационных и сварочных напряжений, а также восстановления структуры и свойств металла, изменившихся в процессе длительной эксплуатации. Этот режим термообработки применяется при использовании электрошлаковой сварки.

Термический отдых

Этот вид термообработки применяется для сталей аустенитного класса. Сварное соединение нагревают до 150-180 °С и затем выдерживают в течение нескольких часов. При термическом отдыхе уменьшается содержание водорода в сварных соединениях, а также несколько снижается уровень сварочных напряжений. Термический отдых обычно назначают для сварных соединений толстостенных конструкций, для которых трудно выполнить высокий отпуск в нормированное.

Аустенизация

Коррозионная стойкость стали часто зависит от углерода, выделяющегося из стали в виде карбидов при нагреве в диапазоне температур 500-800°С. При аустенизации сварное соединение нагревают до 1020-1100 °С, выдерживают в течение заданного времени и охлаждают на воздухе. В результате аустенизации получают однородную аустенитную структуру, улучшаются механические свойства стали, снижается уровень сварочных напряжений и исключается возможность межкристаллитной коррозии. Соблюдение температуры нагрева имеет большое значение для работоспособности сварного соединения. Когда термообработка протекает при температурах ниже регламентируемых, получить однородную аустенитную структуру невозможно, что может привести к межкристаллитной коррозии, а превышение заданных температур может вызвать рост зерна в сварном соединении и тем самым снизить пластичность и повысить склонность металла к растрескиванию.