Повышение трещиностойкости сварных соединений трубных сталей

 © Н.А. Терещенко

Низкоуглеродистые низколегированные стали бейнитного класса широко используются при изготовлении сварных труб большого диаметра для магистральных трубопроводов. Передовые технологии термомеханической обработки, включающие контролируемую прокатку и ускоренное охлаждение, надежно гарантируют стандартный набор механических свойств для металла трубы и сварного соединения. В настоящее время к сварным трубам ответственного назначения предъявляются дополнительные требования, призванные повысить надежность эксплуатации трубопровода в экстремальных условиях. Помимо ударной вязкости способность материала сварных соединений сопротивляться развитию трещин оценивается величиной статической трещиностойкости CTOD (Сrack Trip Opening Displacement).

В работе предложен инновационный подход для повышения трещиностойкости сварных соединений трубных сталей за счет управления структурным состоянием металла в зоне термического влияния сварного соединения (рис. 1); предложены оптимальные системы легирования трубных сталей.

Рис. 1. Структура сварного соединения. Линия сплавления, выделенная пунктиром, разделяет переплавленный металл и зону термического влияния сварного шва.

Выявлено, что при одинаковых показателях свариваемости, определяемых химическим составом трубных сталей, уровень трещиностойкости сварных соединений в значительной степени зависит от размера аустенитного зерна и морфологии бейнита (рис. 2). Преимущество мелкокристаллической структуры, содержащей ограниченное количество реечного бейнита, доказано при испытаниях образцов сварных соединений с усталостной трещиной на трехточечный изгиб, воспроизводящих реальные условия эксплуатации труб.

Рис. 2. Влияние размера аустенитного зерна и объемной доли реечного бейнита в зоне термического влияния сварного соединения на параметр трещиностойкости CTOD, мм.

Совместно с ПАО «ЧТПЗ» в заводских условиях выработаны и внедрены мероприятия, гарантирующие повышенный уровень надежности сварных труб. Данные рекомендации применимы для широкого круга предприятий трубной отрасли.

Краткая формула