Бондаренко. Брянский государственный технический университет
 Скачать 7.13 Mb.
|
4. Термообработка после сварки (табл. 12).Таблица 12Тепловой режим сварки мартенситных сталей
6.2.1. Технология сварки и свойства сварных соединений Среди способов сварки мартенситных сталей плавлением наибольшее распространение получила РДС, которая позволяет получить сварные швы однородные по химическому составу с основным металлом. Это электроды КТИ-9, КТИ-10 и ЦЛ-32 фтористо-кальциевого типа, обеспечивающие наплавленный металл с 10...12 % Cr, 0,8 % Ni и 1 % Mo, а для ЦЛ-32 еще и 1 %W. Пониженное содержание углерода (0,02...0,08 %)повышает вязкость швов. Наряду с "однородными" электродами применяют также аустенитные электроды марок ЗиО (Э-10Х25Н13Г2) и ЭЛ-395/9 (Э-11Х15Н25М6АГ2). Для АДС под флюсом используют сварочные проволоки Св-15X12НМВФБ и Св-15X12ГНМБФ и низкокремнистые безмарганцовистые солеоксидные флюсы ОФ-6 и ФН-17, позволяющие получать наплавленный металл с низким содержанием диффузионного водорода (до 3 см3/100 г). Независимо от толщины изделий сварного соединения мартенситных сталей, как правило, подвергают термообработке (табл. 12) для снятия остаточных напряжений, распада закалочных структур и улучшения механических свойств. Термообработку проводят немедленно после сварки (без охлаждения не ниже Тпод). Иногда производят "подстуживание" до 100 °С для завершения (М) – превращений. Температуру отпуска выбирают не выше Ас1. 6.3. Сварка мартенситно-ферритных сталей Высокая коррозионная стойкость хромистых сталей обеспечивается при содержании Cr пределах 12...14 %, так как при Cr > 12 % коррозионная стойкость более не увеличивается. Вместе с этим при Cr > 12 % наблюдается склонность стали к охрупчиванию и снижению прочности в связи с формированием в структуре значительного количества ферритной составляющей. Хромистые (13...14 %) стали имеют частичное (М) – превращение (рис. 35) и относятся к мартенситно-ферритным, при охлаждении которых полиморфные превращения соответствуют реакции: – + – (М) + .
Таблица 13 Химический состав мартенситно-ферритных сталей
Примечание. Содержание S 0,025 %, P 0,03 %. Таблица 14 Механические свойства и назначение мартенситно-ферритных сталей
Трудности при сварке мартенситно-ферритных сталей связаны с охрупчиванием металла и возможностью образования холодных трещин. Это обусловлено характером распада аустенита в процессе охлаждения. Диаграмма распада аустенита стали 08X13 (см. рис. 35) имеет две области превращения: в интервале 600...930 °С – соответствующем образованию ферритно-карбидной структуры, и в интервале 120...420°С – мартенситной структуры. Количество превращенного аустенита в указанных интервалах зависит от скорости охлаждения. Так, при охлаждении со средней скоростью 0,025 °С/с превращение аустенита происходит в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420°С. Повышение Vохл до 10 °С/с способствует переохлаждению аустенита до Мн = 420 °С и полному его бездиффузионному превращению в мартенсит. С увеличением доли мартенсита резко падает KCV. Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в области более низких Т границы превращения. У сталей с 0,1...0,25 % С полное мартенситное превращение возникает при Vохл = 1 °С/с. При образовании мартенситной структуры KCV CC снижается до 0,05...0,1 МДж/м2 (в 10 раз). Последующий отпуск при 650...700 °С приводит к распаду структуры закалки, выделению карбидов и повышению KCV до 1,0 МДж/м2. Формирование значительного количества –феррита в ЗТВ резко уменьшает склонность сварных соединений к образованию холодных трещин, но снижает вязкость сварных соединений. С учетом возможности восстановления KCV после термообработки стали имеют повышенное содержание С для предотвращения образования большого количества феррита в структуре, что позволяет избежать охрупчивания. Но при этом ухудшается свариваемость вследствие склонности сварного соединения к холодным трещинам в ЗТВ из-за снижения вязкости металла околошовной зоны. Дополнительное легирование сталей карбидообразующими элементами (Мо и V) снижает "эффективное" содержание С и устойчивость аустенита в процессе охлаждения, способствуя его распаду уже при 300 °С. Таким образом, повышение содержания углерода в сталях, с одной стороны, позволяет улучшить свойства сварного соединения за счет термообработки, а с другой – ухудшает свариваемость из-за охрупчивания ЗТВ. Устранить указанные трудности позволяет правильный выбор теплового режима сварки. 6.3.1. Технология сварки и свойства сварных соединений Мартенситно-ферритные стали свариваются различными способами сварки плавлением (табл. 15) с применением как однородного, так и аустенитного наплавленного металла. Из-за опасности образования холодных трещин и просто хрупкого разрушения вследствие резкого снижения KCV металла ЗТВ мартенситно-ферритные стали свариваются с предварительным подогревом. Для "смягчения" структур закалки и снятия остаточных напряжений производится последующая термообработка (табл. 15). Таблица 15 Тепловой режим сварки мартенситно-ферритных сталей
Так как для мартенситно-ферритных сталей применяются в основном аустенитные сварочные материалы, то прочность сварных соединений ниже по сравнению с основным металлом. Так, в, , , KCV сварных соединений составляет 75...90% от аналогичных показателей основного металла. Равнопрочность достигается при использовании для сварки электродов и проволок, обеспечивающих получение металла швов с мартенситной структурой (АНВ-1, АНВ-2, ЦЛ-5) (табл. 16). Стойкость сварного соединения к МКК обеспечивается рекомендуемой термообработкой. 6.4. Сварка ферритных сталей К ферритным относятся хромистые стали, не претерпевающие превращений (). Чистые железо-хромистые сплавы становятся однофазными при Сг > 13 %. В присутствии С –область смещается вправо (см. рис. 34), что обусловлено уменьшением растворенного Сг вследствие образования стабильных его карбидов. Ферритные стали являются перспективным конструкционным материалом (табл. 17, 18). Таблица 16 Механические свойства сварных соединений мартенситно-ферритных сталей
По сопротивлению коррозии ферритные стали 08Х17Т, 15Х25Т и др. не уступают аустенитным, превосходя их по стойкости и коррозионному растрескиванию. При дополнительном легировании А1 и Si они могут использоваться в условиях окисления при Т < 1200°С. Таблица 17 Химический состав ферритных сталей
Таблица 18 Механические свойства и назначение ферритных сталей
Применение ферритных сталей для изготовления оборудования, работающего в условиях ударных и знакопеременных нагрузок, затруднялось из-за высокой чувствительности к надрезу и хрупкому разрушению. Разработка новых марок ферритных сталей с малым содержанием примесей внедрения (за счет вакуумных печей и освоения технологии плавки с продувкой аргоном) позволило резко повысить KCV, и в. Применение ферритных сталей позволяет решать проблему дефицита Ni. Ферритные стали не претерпевают (М) – превращений, и структура их не может быть улучшена термообработкой. Основными трудностями при сварке таких сталей являются: 1. Склонность к резкому охрупчиванию (потеря пластичности) под действием термического цикла сварки. 2. Образование холодных трещин. 3. Возможность межкристаллитной коррозии. Высокая хрупкость сварного соединения связана с образованием в ЗТВ крупного зерна и пересыщенного С и N твердого раствора, т. к. при нагреве свыше 1150 °С происходит диссоциация карбидов хрома.
Склонность к образованию холодных трещин связана с потерей пластичности металла в процессе сварочного нагрева и в дальнейшем остается неизменной. Устранение рассмотренных трудностей при сварке можно обеспечить за счет теплового режима сварки (табл. 19), исключающего перегрев металла (сварка с малой погонной энергией, короткими участками, валиками малых сечений, с перерывами и т. п.). Таблица 19 Тепловой режим ферритных сталей
Рекомендуют также применять сварочные материалы (табл. 20), содержащие элементы-модификаторы (Ti, A1) для измельчения зерна металла шва (Св-10Х18Т, Св-05Х25Н2ТЮ). Во всех случаях целесообразно уменьшать содержание С, О2, N и других примесей внедрения. Ферритные стали приобретают склонность к МКК после нагрева свыше 900 °С и быстрого охлаждения. При этом на границах зерен выпадают карбиды хрома, а обедненные хромом периферийные участки зерен подвергаются МКК. Чтобы повысить стойкость ферритных сталей к МКК в сварное соединение вводят элементы, которые обладают большей склонностью к углероду, чем хром (Ti, Nb). Они образуют прочные карбиды и затрудняют образование карбидов хрома и железа. Отжиг при Т = 700...780 °С также обеспечивает повышение стойкости против МКК. Таблица 20 Сварочные материалы и свойства сварных соединений ферритных сталей
6.4.1. Технология сварки и свойства сварных соединений Для ферритных сталей назначают подогрев, исходя из значения в исходном состоянии. Обычно Ткр составляет 150...200 °С (табл. 19). Но подогрев уменьшает скорость охлаждения и увеличивает время пребывания при Т = 475 °С. В этой связи сварку рекомендуют вести с ускоренным охлаждением. Ускоренное охлаждение повышает пластичность и вязкость сталей с низким уровнем примесей внедрения. Так, у стали типа 01X30, содержащей 0,008 % С и 0,022 % N, после сварки и быстрого охлаждения > 0,5 %, KCV > 2,8 МДж/м2. В качестве присадочных материалов для РДС, АДС, АрДС преимущественно применяют сварочные электроды и проволоку, обеспечивающие наплавленный металл типа Х25Н13 с аустенитной структурой С (табл. 20). При наличии требований по МКК применяют присадочные металлы, легированные Nb, Ti или Al. В связи с невозможностью измельчения структуры ферритных сталей термообработкой хрупкость их сварных соединений является необратимой. Отжиг при Т = 760 С является универсальным для этих сталей. При этой температуре полностью релаксируются остаточные напряжения и устраняется восприимчивость к МКК. Если при сварке применяются однородные электроды и проволоки с обычным содержанием примесей, то пластичность и ударная вязкость металла шва крайне низкие. Лишь в случае низкого содержания примесей (ЭП882-ВИ, ЭП904-ВИ, аргон и сварочная проволока Св-02Х19Ю3Б) у металла шва могут быть > 22 % и KCV > 0,5 МДж/м2. Ударная вязкость ЗТВ металла сварных соединений этих сталей также составляет не менее 0,5 МДж/м2. Контрольные вопросы к главе 6 1. Каковы общие рекомендации при сварке хромистых сталей? 2. Назовите основную трудность при сварке хромистой стали и укажите, как с ней бороться. 3. Какие трудности возникают при сварке мартенситно-ферритных сталей? 4. Назовите основные трудности при сварке ферритных сталей. 5. Пути повышения стойкости ферритных сталей против МКК. 7. СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ Аустенитные хромоникелевые стали сочетают достаточную прочность с высокой пластичностью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью и жаропрочностью. Эти стали называют металлами атомного века. Такое сочетание ценных свойств обеспечивается введением в хромистую нержавеющую сталь никеля, который, нейтрализуя действие хрома как ферритообразователя, способствует получению устойчивой структуры аустенита. Кроме Сг и Ni, в эти стали вводят Ti, Nb, Mn, Al, W, Mo и другие легирующие элементы, которые улучшают свариваемость или эксплуатационные свойства сталей (табл. 21, 22). Различают 2 группы хромоникелевых аустенитных сталей: – стали типа 18-10 (Х18Н9Т, Х18Н12М2Т, Х18Н11Б и др.); – стали типа 25-20 (Х25Н20С2, Х23Н18, Х23Н13 и др.). Стали типа 18-10 – нержавеющие и кислотостойкие, сохраняют свои свойства до Т = 700...750 °С, а при непродолжительной работе и до более высоких Т. Стали типа 25-20 – окалиностойкие, жаропрочные и могут работать в агрессивной среде при Т = 1100...1115 °C. По типу легирования и характеру упрочнения аустенитные стали классифицируют на 2 группы: 1. Гомогенные стали, не упрочняемые термообработкой (Х14Н16Б, Х18Н12Т, 1Х16Н13М2Б, 1Х14Н18В2БР и др.), способные длительно работать при Т < 500 °С. Развитие процессов ползучести гомогенных аустенитных сталей ослаблено вследствие высокого легирования твердого раствора, деформирующего кристаллическую решетку из-за различия в размерах атомов, что повышает внутреннее трение в решетке и сопротивление сдвигу в кристаллите, а также ослабляет диффузию по их объему; 2. Гетерогенные стали, упрочняемые термообработкой (Х12Н20Т3Р, Х15Н18В4Т, 40Х18Н25С и др.), закалкой и старением. В результате такой термообработки стали образуют карбидные, карбонитридные, интерметаллидные среды, обеспечивающие длительную работоспособность под напряжением при более высоких Т. Эти фазы не растворяются при длительном высокотемпературном нагреве, являются барьером для движения дислокаций, снижают интенсивность пограничной диффузии и повышают температуру рекристаллизации. Наиболее стабильные фазы Fe2W, Fe2Mo, Fe2Ti и др. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
