МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ КВАЗИСЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Одним из направлений повышения надежности и экономичности сварных конструкций, таких как толстостенные цилиндрические со­суды высокого давления, является замена монолитного металла мно­гослойным. Такие сосуды, имеющие толщину стенки до 400 мм, уже несколько лет выпускаются ПО Уралхиммаш и успешно работают в различных эксплуатационных условиях.

Вместе с тем, как было уже отмечено в работе [3], круг многослой­ных изделий и конструкций может существенно расшириться, если будут найдены пути повышения их устойчивости и деформативности. Одним из перспективных направлений решения этой задачи является создание так называемых квазислоистых материалов [3, 4, 7—11].

Выла поставлена задача [3] соединить между собой тонкие листы в многослойной цилиндрической обечайке так, чтобы они не теряли устойчивости в элементах конструкции и в то же зремя, скрепленные вместе, сохраняли бы все достоинства многослоя.

В результате исследований, выполненных в последнее время

Институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР совместно с рядом научных организаций и заводов, показано, что одним из воз­можных способов получения квазислоистого материала (КСМ) яв­ляется горячая прокатка многослойных (МС) пакетов, набранных из отдельных листов или непрерывнолитых заготовок (рисунок, а). Кроме того, материал с аналогичными КСМ свойствами может быть получен путем прокатки стального листового слитка, армированного непосредственно в процессе его разливки в изложнице вкладышами специальной конструкции (рисунок, б). Такой металл назвали арми­рованным квазимногослойным [9], квазимонослойным [10] и квази - монолитным [4, 11, 13—15] материалом (АКМ).

Листы КСМ и АКМ, благодаря наличию сцепления между слоями, достигаемому в результате высокотемпературного нагрева и горячей деформации многослойных пакетов и армированных слитков при про­катке, выполняемых в соответствии с требованиями, которые обе­спечивают протекание процесса автовакуумной сварки давлением (АСД) [2, 5], по внешнему виду ничем не отличаются от обычного монослойного (монолитного) материала. Они не расслаиваются при гибке или холодной вальцовке, а конструкции, сваренные из КСМ и АКМ материалов, обладают более высоким сопротивлением распро­странению трещин по сравнению с монослойным материалом равной толщины.

Главная особенность таких материалов состоит в том, что под действием статической нагрузки они ведут себя точно так же, как обычный монослойный (монолитный) металл, а при ударном, ви­брационном, динамическом нагружении — подобно слоистому метал­лу [4]. Эта интереснейшая особенность квазимонолитного металла особенно сильно проявляется при низких температурах [11].

Замечательные свойства квазислоистых и квазимонолитных ста­лей открывают широкие возможности коренного улучшения качества и повышения надежности конструкций и изделий.

Так, в результате проведенных в 1980—1981 гг. опытно-про­мышленных работ показана высокая эффективность использования армированной квазимонолитной стали в производстве прямо - и спи­ральношовных газопроводных труб диаметром 1420 X 17,5—21,6 мм для магистральных газопроводов в северном исполнении на рабочее давление 7,5—10,0 МПа [10, 13—15].

Одним из наиболее перспективных объектов для применения КСМ и АКМ сталей являются толстостенные сосуды высокого давле­ния, для которых проблема стойкости против хрупкого разрушения в связи с повышением толщины стенки и категории прочности мате­риала сосуда приобретает первостепенное значение.

В опытно-промышленных условиях уже реализованы две основ­ные технологические схемы производства сосудов высокого давления из КСМ и АКМ сталей. Первая из них предусматривает получение толстолистового КСМ и АКМ металла и последующее изготовление из него штампосварных сосудов высокого давления. Кроме штампов­ки, при изготовлении сварных обечаек сосудов может применяться также холодная или горячая вальцовка заготовок. Технология про­изводства штампосварных сосудов высокого давления из КСМ или АКМ металла практически не отличается от обычно принятой тех­нологии для многослойного листа и осуществляется на имеющемся оборудовании. Так, на ПО Уралхиммаш успешно отштампована партия днищ диаметром 1500 мм из стали 09Г2СФ-АКМ толщиной 155 мм, которая в настоящее время проходит всесторонние испыта­ния.

Вторая технологическая схема позволяет совместить изготовление квазислоистого металла с формированием цилиндрической заго­товки сосуда и выгодно отличается от первой схемы тем, что обечайка получается без продольных сварных швов. Сущность этой техноло­гической схемы состоит в том, что многослойную кольцевую заго­товку из рулонной стали нагревают в печи, а затем с целью получе­ния сцепления между слоями осуществляют раскатку такой заготов­ки на радиальнопрокатном стане или на мощных четырехвалковых Вальцах. Поскольку диаметр МС заготовки в процессе горячей дефор­мации увеличивается, то для раскатки применяют МС заготовки с ди­аметром меньшим, чем требуемый диаметр обечайки сосуда.

По этой технологической схеме Институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР совместно с Кулебакским металлургиче­ским заводом была изготовлена партия многослойных цилиндриче­ских заготовок из конструкционных низколегированных сталей 10Г2С1, 09Г2СФ и 12ХГНМ толщиной 9—44 мм и диаметром 1020— 1420 мм [8].

В результате совместных работ с Таганрогским котельным заво­дом показана принципиальная возможность получения квазислои­стого металла 09Г2СФ путем горячей раскатки с помощью четырех­валковых вальцев фирмы «Фрёрип».

Разработка и внедрение технологий производства сосудов вы­сокого давления на основе квазислоистых и армированных квазимо - нолитных материалов позволит получить значительный экономиче­ский эффект благодаря коренному улучшению качества и повышения надежности конструкций и изделий самого ответственного назначе­ния.