Технология сварки хромистых сталей
При сварке хромистых сталей сварное соединение может под-закаливаться и его необходимо подвергать отжигу. То же самое рекомендуется при сварке сталей ферритного класса, так как после сварки в местах соединения при разогреве металла выше 900 С может появиться склонность к межкристаллитной коррозии. [17]
При сварке 12-процентных хромистых сталей в зоне термического влияния образуются хрупкие закаленные структуры, подобные структурам зоны термического влияния сварных соединений высоколегированных перлитных сталей. [18]
Какой состав присадочного металла используют для сварки хромистых сталей с целью уменьшения вероятности образования холодных трещин. [19]
Как упоминалось выше, главной трудностью сварки хромистых сталей является необходимость применения предварительного и сопутствующего нагрева конструкций и узлов. [20]
Изготовление рабочих колес из закаливающихся при сварке хромистых сталей требует введения ряда технологических мероприятий при их изготовлении. Сварка должна производиться с обязательным подогревом изделия до 400 - 450 при использовании стали 1X13 и 500 - 550 -при стали 2X13 с последующей его термической обработкой, желательно непосредственно после сварки. Как показал опыт сварки колес, наличие подогрева при имеющейся жесткости изделия приводит к относительно небольшой его поводке, не превышающей 0 3 мм. [21]
Термический режим сварки аустенитных сталей прямо противоположен режиму сварки хромистых сталей . Свариваемые узлы из аустенитных сталей стремятся охлаждать при сварке до возможно более низких температур. Принудительное охлаждение особенно необходимо при сварке небольших по размерам и весу сварных узлов в связи с их чрезмерным перегревом. [22]
Какие виды подогрева и в каком диапазоне температур используют при сварке хромистых сталей для предотвращения образования холодных трещин. [23]
Марки этой проволоки Св - ОХ14, Св - 1Х13, Св - 2Х13 предназначаются для сварки хромистых сталей ; марки Св - ОХ18Н9, Св - ОХ18Н902, Св - 1Х18Н9Т, Св - 1Х18Н9Б, Св - Х18Н11М - для сварки хро-моникелевых нержавеющих аустенитных сталей; марки Св - Х22Н15, Св - Х25Н13, Св - Х15Н13Г6, Св - Х20Н10Г6, Св - Х20Н10Г6А - для сварки окалиностойких аустенитных сталей. [24]
Хромистые стали могут содержать от 4 до 30 % хрома. Сварка хромистых сталей вообще сопряжена с рядом трудностей, так как они склонны к сильному короблению и закалке в момент остывания шва, что вызывает образование трещин. Чем выше содержание углерода в хромистой стали, тем хуже она сваривается. [25]
Нержавеющие хромистые стали ( содержание хрома 13 - 30 %) обладают высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью, поэтому их часто применяют при изготовлении арматуры нефтеперерабатывающих и химических заводов. Сварка хромистых сталей , в отличие от сварки простых углеродистых сталей, затруднена и требует применения более сложной технологии. [26]
Склонность хромистых сталей к закаливанию на воздухе с образованием мартенситной структуры и рост зерен в зоне термического влияния составляют основные трудности при сварке этих сталей. Сварку хромистых сталей необходимо выполнять с предварительным подогревом до температуры 200 - 400 С. [27]
Хромистые стали обладают хорошими жароупорными и коррозионными свойствами. При сварке хромистых сталей получается шов более твердый и хрупкий, чем основной металл. Поэтому сварные изделия из хромистых сталей следует подвергать термической обработке. Существенный недостаток хромистых сталей - их склонность к межкристал-литной коррозии вследствие выделения ( при нагревании до 500 - 800) из твердого раствора по границам зерен хромсодержащих карбидов и сопутствующего этому обеднения близлежащих участков зерен хромом. [29]
Хромистые стали относятся к группе нержавеющих коррозионно-стойких и кислотостойких сталей. При сварке хромистых сталей возникают следующие затруднения. С легко вступает во взаимодействие с углеродом, образуя карбиды, которые, располагаясь в толще металла, вызывают межкристаллитную коррозию, снижающую механические свойства стали. При этом чем выше содержание углерода в стали, тем активнее образуются карбидные соединения. Кроме того, хромистые стали обладают способностью к самозакаливанию ( при охлаждении на воздухе), вследствие чего при сварке металл шва и околошовной зоны получает повышенную твердость и хрупкость. Возникающие при этом внутренние напряжения повышают опасность возникно-веня трещин в металле шва. Усиленное окисление хрома и образование густых и тугоплавких оксидов являются также серьезными препятствиями при сварке хромистых сталей. [30]
Сварка хромистых сталей
Для изготовления химической аппаратуры, нефтеаппаратуры и других изделий широко используются хромистые стали, являющиеся нержавеющими и кислотостойкими и более дешевыми по сравнению с другими марками легированных сталей, обладающих этими же свойствами.
При содержании хрома от 4 до 14% сталь относится к среднелегированным, а при содержании хрома более 14% — к высоко
легированным. Среднелегированные хромистые стали содержат до 0,15% углерода и применяются в конструкциях, где не требуется, высокая прочность, но необходима устойчивость против кор-> розии.
Высоколегированные хромистые стали могут содержать до 0,35% углерода; они обладают повышенной прочностью, хорошо сопротивляются коррозии и действию кислот. Для повышения устойчивости против образования окалины (газовой коррозии) при температурах до 1100° в состав хромистых сталей вводится 1—2% кремния или 0,2—0,6% алюминия. Повышение жаропрочности достигается введением в состав хромистой стали до 0,6% молибдена. Для улучшения свариваемости хромистой стали в ее состав вводят титан.
При нагревании стали до температур 400—900° хром вступает в химическое соединение с углеродом, образуя карбиды хрома, выделяющиеся по границам зерен и лишающие данную сталь ее основного свойства — сопротивляемости коррозии. При наличии в структуре стали карбидов хрома коррозия возникает не только йа поверхности, но и в толще металла, в местах расположения карбидов хрома. Такая коррозия называется межкристал - л и т н о й и является очень опасной, так как понижает прочность и придает металлу хрупкость. Чем выше содержание углерода в хромистой стали, тем легче выделяются карбиды хрома в металле сварного шва и околошовной зоны, подвергающихся при сварке нагреву до указанных выше температур.
Это свойство хромистых сталей создает основное затруднение при их сварке. Кроме того, хром придает стали способность к самозакаливанию, отчего сварной шов и соседние с ним участки становятся твердыми и хрупкими при охлаждении на воздухе после сварки. Закалка вызывает внутренние напряжения, которые способствуют образованию трещин в металле. Наряду с этим хромистые стали в 1,5—2 раза хуже проводят тепло, чем обычная малоуглеродистая сталь, и поэтому обладают повышенной склонностью к короблению при - сварке. Хром легко окисляется, образуя тугоплавкие шлаки, что также затрудняет сварку. Вследствие указанных причин хромистые стали относятся к группе ограниченно сваривающихся и требуют особых приемов сварки.
Сварку хромистых сталей производят проволокой из хромоникелевой стали Св-02Х 19Н9 и Св-Х25Н13 по ГОСТ 2246—60 с покрытием ЦЛ-2 или УОНИ-13/нж. Эти покрытия дают жидкий шлак, хорошо защищающий ванну, растворяющий окислы хрома и раскисляющий металл шва.
Вследствие повышенного электрического сопротивления проволоки из хромоникелевой стали электроды из нее при большом токе могут быстро нагреваться и усиленно плавиться. Расплавленный металл будет стекать на недостаточно нагретый основной ме-
талл, что приведет к образованию непроверенных мест и ослаблению прочности сварного соединения.
Для предупреждения указанного явления электроды берут длиной не более 250—300 мм, т. е. короче обычных. Из этих же соображений при сварке хромистых сталей применяют пониженный ток и следующие режимы сварки:
Толщина листов, мм . 3 4—5 6—8 10—11 13—16
Ток, а. 50—70 90—100 120—150 100—180 225—260
Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности. Для лучшего отвода тепла под шов кладут толстые медные подкладки, охлаждаемые водой. Для восстановления первоначальных свойств основного металла изделие после сварки подвергают термической обработке по одному из режимов, указанных в табл. 20.
Режимы термообработки сталей после сварки
Содержание хрома встали, %
Температура нагрева, град
Выдержка, мин/1 мм толщины (ио не менее 1 часа)
Два варианта: 1) охлаждение с печью до 600° со скоростью 25 град/час, затем иа воздухе; 2) охлаждение с печью до 730° с выдержкой при этой температуре ие менее 5 мин иа 1 мм толщины, затем на воздухе Охлаждение на воздухе
Два варианта: 1) охлаждение на воздухе; 2) охлаждение до 600° с печью со скоростью 25 град/час, затем на воздухе
Охлаждение в холодной воде, затем отпуск с нагревом до 600 — 700° и медленным охлаждением
Хромистые стали с содержанием 18—30% хрома и до 0,35% углерода во избежание образования трещин подогревают до 200— 350°. Нужно особенно следить за тем, чтобы не перегревать металл шва и околошовной зоны, ведя сварку на пониженных токах с наибольшей скоростью. Особенно это опасно при сварке многослойных швов валиками малых сечений, выполняемых с охлаждением до 200° перед наложением каждого последующего слоя. Для получения менее хрупкого металла шва сварку сталей с 18—30% хрома осуществляют электродами из хромоникелевой стали Св-Х25Н13 с покрытием УОНИ-13/нж.
Если от металла шва после сварки требуется твердость, то охлаждение производят быстро в воде; при медленном охлаждении на воздухе металл шва получается менее твердым, но более вязким.
Металл толщиной свыше 8—10 мм следует сваривать в несколько слоев и, если возможно, с предварительной подваркой корня V-образного шва с обратной стороны.
СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
Аппарат для сварки: какой выбрать
Самый популярный способ крепления металлических деталей – сварка. И заниматься ею можно не только во промышленных масштабах. В быту сварочные работы используются также часто, причем речь не всегда о сварщиках, …
Расходные материалы, необходимые для сварки
Чтобы выполнить сварку прочно и качественно, недостаточно иметь только сварочный аппарат. Дополнительно потребуется подобрать расходные материалы с учетом вида свариваемого металла. Перед началом работы определите, что именно вам нужно, и …
Критерии выбора сварочных аппаратов
Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ Л ГИТ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ мартеиситных, МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ И ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ
Хром от точки плавления до низких температур имеет решетку объемно-центрированного куба, изоморфную а-желозу. В связи с этим легирование железа хромом сужает область у-растворов (рис. 127). По влиянию хрома на положение у-области в силавах Fe—Сг, а также хромистых сталях, содержащих углерод, услові. о можно выделить три группы сплавов: 1) с у ^ а-превращением; 2) без у ^ а-превращення; 3) с частичным превращением.
Хром придает сплавам с железом ряд специфических свойств. Так, при наличии в растворе ~V8 атомов хрома (~12% Сг по массе) возникающая при окислении поверхностная пленка приводит к пассивации этой поверхности. Сталь становится коррозионно-стойкой при относительно невысокой температуре. Для обеспечения окалиностойкости при более высоких температурах (800—1050° С) относительная часть хрома в сталях должна быть увеличена (примерно до 30% по массе). Для обеспечения коррозионной стойкости применительно к различным агрессивным средам концентрация хрома в сталях может быть различной.
Хром по отношению к кислороду обладает несколько большим сродством, чем железо, и образует окисел Сг203 с высокой температурой плавления. Хром также обладает большим сродством к углероду, чем железо, и является карбидообразующим элементом. Он может входить в состав карбидов типа цементит (Fe, Сг)3С и образует карбиды типов Сг7С3 и Сг23Св [иногда с частичной заменой атомов хрома другими, в частности железа, например (Fe, Сг)23С6]. Карбиды хрома термически более стойкие по сравнению с карбидом железа, они растворяются медленнее и при более высоких температурах. В связи с этим для гомогенизации твердых растворов Fe—Сг—С требуется более высокая температура (рис. 128) и более длительная выдержка, чем для углеродистых сталей (~900° С).
Температурная область существования у-растворов в хромистых сталях значительно изменяется в зависимости от содержания в них хрома и углерода (рис. 129), хотя в меньшей степени
она зависит от содержания и сплаве и других элементов — никеля, молибдена и пр. Хромистые стали при содержании менее 0,2% С и более 16% Сг не имеют у-фазы при любых температурах от комнатной до плавления и являются ферритными.
10 20 50 40 S0 60 70 80 Сг, йт%
О 10 20 50 00 50 60 70 60 Сг,%по массе
Наличие хрома в сталях в связи с замедлением процессов распада у —а значительно снижает критические скорости охлаждения Поэтому мартенсит в
результате бездиффузпои - рИС - 127. Структурпая диаграмма системы ного превращения аусте - Fe—Сг нита в хромистых сталях
может быть получен при значительно меньшем содержании углерода и меньших скоростях охлаждения, чем в нелегированных углеродистых сталях (рис. 130). При более высоком содержании хрома (рис. 130, е) устойчивость аустенита настолько высока, что даже при температуре его наименьшей устойчивости (~700°С) для его распада требуется около 300 с. При непрерывном охлаждении, как это имеет место в условиях сварки, скорости охлаждения в области температур 800—650° С даже ~0,2% °С/с приводят к получению полностью мартенситной структуры.
Рис. 129. Область существования у-фазы в хромистой стали в зависимости от содержания хрома и углерода
Оптимальные механические свойства, т. е. высокую прочность при достаточно высокой пластичности такие хромистые стали
Рис. 128. Зависимость твердости хромистой стали от температуры гомогенизации и концентрации углерода:
1 — 12% Сг; 0,35% С; 2 — 12% Сг; 0,12% С;
3 — 12% Сг; 0,05% С, 4 — 12% Сг; 0,01% Cl
Рпс. 130. Диаграммы изотермического превращения хромистых сталей с различным содержанием хрома:
а — 0,4% С; 0 % Сг; б — 0,4% С; ~3,5% Сг; в — 0,11% С; 12,2% Сг
получают после двойной термообработки: закалки и высокого отпуска.
Высоколегированные хромистые стали (обычно с содержанием
10,5 — 12% Сг) при их дополнительном легировании молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием, а иногда и никелем обладают повышенным сопротивлением ползучести при работе под напряжением при повышенных температурах. Их используют как жаропрочные применительно к температурам эксплуатации до ~600° С.
Ряд высокохромистых сталей в зависимости от режима термообработки и температуры эксплуатации изделия могут изменять свои структуру и свойства, в основном приобретая хрупкость. В зависимости от химического состава стали и влияния термического воздействия в хромистых сталях наблюдаются: 475°-ная хрупкость; хрупкость, связанная с образованием ст-фазы; охрупчивание феррита, вызываемое нагревом до высоких температур. 475°-ная хрупкость появляется в хромистых сплавах и сталях при содержании 15—70% Сг после длительного воздействия температур 400—540° С (особенно -~175° С). Добавки титана и ниобия ускоряют процесс охрупчивания при 475°.
При небольших концентрациях хрома в сталях тепловая выдержка при температурах ~600—880° С не вызывает появления хрупкой при более низких температурах п-фазы. Содержание более 20—25% Сг вызывает довольно интенсивное выпадение п-фазы. Марганец, молибден и некоторые другие легирующие элементы способны расширять область существования п-фазы и интенсивность ее образования.
Выпадение п-фазы, а также процессы, вызывающие появление 475а-ной хрупкости, приводят к понижению и коррозионной стойкости хромистых сталей. Кроме того, п-фаза снижает соиротивле -
пие ползучести при высоких температурах. Исключить вредное влияние 475°-иой хрупкости и выпадения a-фазы возможно нагревом выше температур их образования (соответственно выше 550° С и примерно 900° С) с последующим быстрым охлаждением до 400° С или более низкой температуры.
Высоколегированные хромистые стали, находящиеся в феррит - ном состоянии, при температурах выше 1150° С обладают склонностью к быстрому росту зерна. Так как в таких сталях обычно присутствует и карбидная фаза, то при быстром нагреве и охлаждении, характерном для условий сварки, растворяющиеся карбиды обогащают углеродом только микрообъемы металла, прилегающие к ним, без общей гомогенизации, в результате чего в ятих участках создаются условия протекания в них превращений а —*• у, а при охлаждении — у —> а. Наиболее вероятны эти процессы вблизп границ зерен. В результате таких процессов и создающихся при этом локальных напряжений металл после быстрого охлаждения становится малопластичным при обычных температурах. Улучшения пластичности можно достичь последующим отжигом или высоким отпуском при температуре 730—790° С (в зависимости от состава стали).
При испытаниях надрезанных образцов на удар хрупкие разрушения переходят в вязкие при повышении температур испытания. Снижает температурный интервал перехода в хрупкое состояние некоторое увеличение содержания в стали углерода и для ферритных сталей — азота (примерно в количествах 1/100 от концентрации хрома). Такие добавки уменьшают склонность к росту зерна при высоких температурах и улучшают сварочные свойства сталей.
В соответствии с влиянием хрома и углерода (при обычном содержании сопутствующих примесей) на кристаллическую ре-
уу'чіолуферритная '(мартенситно- .фёрритная *
Рис. 132. Смещение петли у-раство ров в системе Fe—Сг—С в зависимости от содержания Сг и С
Рис. 131. Схематическая диаграмма хромистой стали (тройной системы Fe—Сг-С)
шетку по структуре при обычных (близких к комнатной) температурах хромистые стали различают как мартенситиые, мартеп- ситно-ферритные и ферритные (рис. 131). Влияние хрома и углерода на выклинивание у-областп для наиболее распространенных составов высокохромистых сталей показано на рис. 132.
Таолици 04. Составы, основные свойства высокохромистых сталей
Содержание элементов, % по
Средне - и высоколегированные хромистые стали (до 12—13% Сг иС^ 0,05 - г - 0,06%), имеющие область аустенита при высоких температурах, после охлаждения даже с умеренными скоростями при комнатной температуре приобретают мартенситную структуру.
При более высокой концентрации хрома (больше ~16% при 0,06% С) сталь в процессе нагрева не будет целиком переходить в состояние аустенита, а будет иметь некоторое количество непре - вращенной ферритной фазы. Последующее ее охлаждение приведет к получению смешанной мартенситно-ферритной структуры, причем увеличение содержания хрома в стали (при С = const) способствует относительному увеличению ферритной составляющей в структуре.
Дальнейшее увеличение содержания хрома при малой концентрации углерода приведет к тому, что сталь при любых температурах сохранит ферритную структуру. Такая структура получается и при любой скорости охлаждения. Различие может быть только в относительном количестве выпавших карбидов.
Жаропрочная до 600 °С окалиностойкая до 750 СС Жаропрочная до Г>00 °С
Коррозионно-стойкая, жаропрочная до 550 °С
Коррозионно-стойкая, жаропрочная до 500 вС
Коррозионно-стойкая, жаростойкая Жаростойкая до 1100 °С
Лопатки паровых турбин, клапаны, трубы, болты
Оборудование азотнокнс - лозных и консервных заводов
Оборудование азотнокислотных заводов, детали в средах средней агрессивности
Оборудование азотнокислотных копсерпиых заводов, бытовые детали Некоторые элементы котельных установок Аппаратура для гипохлорида натрия, азотной и фосфорной кислот
Химическая аппаратура, цилиндры газовых турбин Диски компенсаторов, лоиатки и другие нагруженные детали Рабочие и направляющие лопатки паровых турбин Роторы, диски, лопагки, болты
Лоиатки паровых тунбин, клапаны, трубы, болты
Таким образом, при ~0,05—0,06% С стали с содержанием до 12—13% Сг будут относиться к мартенситному классу; при 13— 16% Сг — к мартенситно-ферритному, а при Сг > 16% — к фер - ритному. При большей концентрации углерода соответственно граничные значения по хрому смещаются в область его больших концентраций.
Свариваемость хромистых сталей и свойства сварных соединений в значительной степени зависят от того, к какому классу относится свариваемый металл. Свариваемость мартенситио-феррит - ных сталей практически приближается к сталям мартенситного класса. Составы наиболее распространенных высоколегированных хромистых сталей, выпускаемых в СССР и их примерное назначение., приведены в табл. 64.
Свойства сварных соединений высокохромистых сталей, наиболее близкие к свойствам катаного или кованого основного металла, могут быть получены только в тех случаях, если химический состав металла швов подобен свойствам свариваемого металла и после сварки возможна термообработка в виде высокого отпуска. Однако это не всегда выполнимо, особенно в условиях монтажа или ремонта.
Применение швов состава, аналогичного свариваемому, без усложнения технологии (предварительного и сопутствующего подогрева) и последующей термообработки во многих случаях приводит к появлению в сварных швах и в зоне термического влияния трещин и к низкой деформационной способности сварных соединений.
Поэтому в таких случаях приходится отказываться от получения швов, подобных по составу свариваемой хромистой стали. Более работоспособные сварные соединения получаются при аустенитной или аустенитно-ферритной структуре металла сварных швов, обычно хромопикелевых с достаточным количеством аустенизаторов, в основном никеля и марганца. При таких швах последующая термообработка по режиму, благоприятному для измененного сварочным термодеформационным циклом основного металла, как правило, ухудшает свойства металла шва и вызывает резкие перепады остаточных напряжений вблизи границы сплавления. Поэтому термообработку для таких сварных соединений обычно не применяют.
Однако даже при получении швов состава, подобного составу основного металла, необходимо учитывать, что часть наиболее ценных свойств сварных соединений может быть получена, когда шов по составу несколько отличается от свариваемой стали, например имеет меньшую концентрацию углерода, содержит некоторое количество титана и т. д. В связи с тем, что такое регулирование состава металла шва легче обеспечивается при дуговой сварке, эти виды сварки наиболее распространены при изготовлении и ремонте изделий из высокохромистых сталей. До последнего времени большинство сварочных работ с этими сталями выполняют ручной дуговой сваркой стальными покрытыми электродами. Наряду с этим используют дуговую сварку плавящимся электродом в углекислом газе, в инертных газах (аргоне, аргоногелиевых смесях) и сварку под специальными флюсами.
В связи с тем, что растворяющийся при сварке в расплавленном металле водород значительно усиливает склонность к образованию холодных трещин в хрупком металле швов и околошовной зоны, для ручной сварки высокохромистых сталей не следует применять электродные покрытия, содержащие в качестве газообразующих органические соединения. В этом случае используют электродные покрытия фторпстокальцпевого TTlHUj при которых
газовая защита сварочной зоны образуется за счет распада карбонатов покрытия, в основном мрамора.
Образующиеся при этом высококальциевые шлаки благоприятны для удаления из сварочной ванны серы и фосфора — вредных примесей, ограничиваемых в высокохромистых сталях в большей степени, чем в обычных углеродистых (см. табл. 64). Окислительное влияние газовой фазы (С02 и продуктов ее распада) компенсируется использованием электродов, содержащих раскислители в металлическом стержне или чаще в покрытии.
Для уменьшения возможного поглощения водорода при сварке электроды перед сваркой следует прокаливать при повышенных температурах (450—500° С, длительность 2 ч). Сварку выполняют постоянным током обратной полярности.
Весьма благоприятные металлургические условия при сварке высокохромистых сталей создает сварка в инертных защитных газах, как правило, в аргоне и в некоторых смесях на его основе. Причем в основном используют сварку неплавящпмея вольфрамовым электродом, а присадочный материал подбирают аналогичным желаемому составу наплавленного металла. При этом виде сварки в шов удается вводить почти без потерь такие весьма активные элементы (улучшающие свойства металла шва), как титан и алюминий. Однако по причинам понижения производительности сварки и ее низкой экономичности применение этого метода обычно ограничивается изготовлением изделий малых толщин и выполнением корневого валика в многослойных швах металла больших толщин, например в изделиях турбостроения.
В связи с тем, что ценный для свойств металла шва азот (для большинства таких сталей) при содержании его более 0,08% может вызывать пористость, его количество в металле шва следует ограничивать, обеспечивая хорошую газовую защиту расплавленного металла от воздуха, и не допускать большего его количества в защитном газе.
Сварка плавящимся электродом в углекислом газе хотя и обеспечивает обычно достаточное оттеснение воздуха от сварочной зоны, однако оказывает значительное окислительное воздействие на металл. Для борьбы с недопустимым окислением металла шва в электродную проволоку необходимо вводить специальные раскислители в количествах, достаточных для предохранения от выгорания основных элементов, определяющих свойства металла шва. Принципиально возможна и разработка порошковых проволок для сварки рассматриваемых сталей.
Сварка под флюсом также требует разработки специальных сварочных материалов. Широко применяемые окислительные высококремнистые, высокомарганцовистые флюсы не пригодны для сварки высокохромистых сталей в связи с происходящими при этом процессами окисления не только активных легирующих
элементов, по п основного легирующего элемента — хрома. Так, развитие реакций
4 [Сг] + 3 (Si02) 2 (Сг208) + 3 [Si];
2 [Сг] + 3 (МпО) (Сг203) 3 [Мп]
приводит и к выгоранию хрома (иногда в количествах до 2%) и появлению в металле швов дополнительных количеств кремния, марганца и окислов. В ряде случаев повышение концентрации кремния, а также марганца в высокохромистом металле вредно для его свойств, в частности уменьшает его пластичность и вязкость.
При выборе вида сварки, сварочных материалов п режимов сварки высокохромистых сталей, особенно жаропрочных, необходимо учитывать, что даже небольшие отклонения в химическом составе металла швов (по ряду элементов в пределах десятых долей процента) могут приводить к значительному изменению их служебных свойств. Причиной этому, как правило, является гетерогенность структуры металла (например, наличие зерен структурно-свободного феррита в сорбитной основе отпущенного мартенсита).
При использовании аустенитного или аустенитно-ферритного наплавленного металла обязательно необходимо учитывать и долю основного металла, попадающего в металл шва и тем самым влияющего на его состав, структуру и свойства.
СВАРКА ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ
К ферритным высокохромистым сталям относятся стали с 13% Сг при очень низком содержании углерода (например, на нижнем уровне углерода в стали 08X13) ряд нпзкоуглеродпетых сталей с 17 % Сг и добавками титана, а также молибдена (марки 12X17, 08Х17Т, типа 08Х17М2Т), а также с 25—30% Сг (например, марки 15Х25Т). Общей характеристикой для этих сталей служит их склонность к росту зерна при высокотемпературной обработке, в том числе и в результате сварочного нагрева в зоне термического влияния и в металле швов (при их составе, аналогичном ферритным сталям). При крупном зерне такие стали теряют пластичность и вязкость при комнатных и более низких температурах.
На рис. 138 показано изменение ударной вязкости в зависимости от температуры испытания стали 08Х17Т и металла зоны термического влияния при автоматической сварке под флюсом. При этом вакуумный и электрошлаковый переплавы высокохромистых сталей хотя и позволяют за счет уменьшения содержания газов и неметаллических включений повысить ударную вязкость основного металла, но они не исключают понижения вязкости около - шовиых зон сварных соединений.
to Таблица 66. Состав п свойства наплавленного металла прп ручной дуговой сварке покрытыми электродами и сварке
to в углекислом газе хромистых сталей с использованием наиболее распространенных сварочных материалов
Механические свойства при 20° С
Содержание основных легирующих элементов в наплавленном металле
Температура испытания, °С
0.09—0,13% С 11,0—13,0% Сг
0Д0—0.13% С; 0,6—0.9% Мо; 0,60—0.90% Ni; 9,5—11,5% Сг: 0,2-0,4% V
0.10—0.13% С; 0,6—0.9% Мо; 0,6—0.9% Ni; 9.5—11.5% Сг; 0,2—0.4% V; 0,8—1,3% W
0.12—0.16% С; 0,9—1,2% Мо; 0.8—1.10% Ni; 10,0—12,0% Сг; 0,2—0,4% V; 0,9—1.2% VV
проволока при сварке в углекислом газе
—■ 0,15% С; ~ 0,55% Мо; ~ 0.75% Ni; ~ 11,0% Сг; ~ 0.25% V;~0,6% W;
Продолжение табл. 66
0,15% С; 0.83 % Мо; 0,67% Ni; 11,23% Сг; 0.40% V; 1.12% W: 0,11% Nb; 1,53% Si
Сварочные материалы при сварке под флю
~ 0.12% С; 0,85% Мо; 0.70% Ni; 10.34% Сг; 0,37% V; 1,18% W; 0.09% Nb; 0,79% Si
сом стали марки ВХ11В2МФ (металл шва!
0.16% С; 0.89% Мо; 0.9Ч% Ni; 11.0% Сг; 0,37% У; 0,80% W; 0,30% Si
0.11% С; 0.75% Мо; 0,89% Ni; 10.0% Сг; 0,30% V; 1,12% W; 0.23% Si
* В числителе свойства при 20, а в знаменателе — при 600 °С.
При отсутствии титана или при
Рис. 138. Зависимость ударной вязкости стали 08Х17Т толщиной 10 мм (ом) и металла зоны термического влияния (з. т. в.) от температуры испытания
малом его количестве < 7)
в сталях нагрев выше температуры ~ 950 °С и быстрое охлаждение приводят к ухудшению их общей коррозионной стойкости и появлению склонности к межкристаллитной коррозии. Отпуск при температуре 760—780° С улучшает и пластичиость и коррозионную стойкость основного металла и сварных соединений.
В целях максимального ограничения роста зерен при сварххе предпочтительны методы с сосредоточенными источниками теплоты (например, дуговая сварка предпочтительней газовой) и малой погонной энергией. Наиболее распространены ручная дуговая сварка покрытыми электродами и механизированная в углекислом газе и под флюсом Для малых толщин иногда применяют аргонодуговую сварку пеплавящимсн электродом.
При ручной дуговой сварке и сварке в углекислом газе применяют сварочные материалы, позволяющие получить металл шва, по составу подобный основному, или обеспечивающие получение металла шва с аустенитной или лучше аустенитно-феррнтной структурой, иногда с большим содержанием ферритной составляющей.
В нервом случае хрупкость, связанная с крупным зерном, представляет опасность не только для околошовной зоны, но и для металла сварного шва. В некоторой степени она может быть уменьшена, если применять сварочные материалы, дающие состав металла швов, который при сварочных скоростях охлаждения позволяет получить не чисто ферритную структуру, а с некоторым содержанием мартенситной составляющей. Это возможно при сварке сталей, содержащих Сг ^ 18%, и достигается введением в металл шва углерода, азота, никеля, марганца. В зависимости от свойств такого закаленного при сварке металла шва выбирают и режим последующей термообработки. Обычно появление такой гетерогенной структуры снижает коррозионную стойкость сварных соединений в ряде химически агрессивных сред.
Аустенитно-ферритпые швы получают, используя сварочные материалы, дающие хромоникелевый или хромоникеле-марганцо - вый металл. При этом необходимо учитывать и участие в формировании металла шва проплавленного основного. Так как при автоматической сварке под флюсом доля расплавленного основного металла в шве, как правило, больше, чем при ручной дуговой сварке, количество аустенитизаторов в электродной проволоке
при автоматической сварке должно быть больше, чем в электродах для ручной сварки.
Так, например, при ручной сварке могут применяться электроды со стержнями типа Х25ІИЗ, а при автоматической сварке — электродные проволоки типа Х25Н18. При этом приходится учи гывать, что в некоторых агрессивных средах коррозионная стойкость сварных соединений хромистых сталей с хромоникелевьтмп швами может оказаться ниже стойкости основного металла. Последующая термообработка таких сварных соединений (высокий отпуск при температурах 650— 800е С) далеко не всегда благоприятна для улучшения их эксплуатационных характеристик.
В тех случаях, когда по условиям эксплуатации для сварных соединений допустима невысокая пластичность, для исключения возможности появления при сварке трещин, особенно при достаточно большей жесткости свариваемого изделия, применяют предварительный и сопутствующий подогрев при температурах 120- 180° С и последующую термообработку.
Для сварки высокохромистых ферритных сталей с получением такого же типа наплавленного металла применяют электроды с покрытиями фтористокальциевого типа с большим количеством в покрытии ферротитана и алюминия (табл. 67).
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Сварка хромистых сталей связана с некоторыми специфическими особенностями. Находят применение хромистые стали следующих типов: 1) 5 - 8 % - ные мартенситные ( Х5М, 1Х8ВФ и др.) и 5 - 8 % - ные мартенситно-ферритные ( Х6СЮ и др.) жаропрочные и коррозионностойкие; 2) 8 - 10 % - ные силь-хромы мартенситного класса ( 4Х10С2М, 4Х9С2 и др.); 3) 11 - 12 % - ные мартенситные ( 1Х12Н2ВМФ и др.) и мартенситно-ферритные ( 1Х11МФ, 1Х12В2МФ и др.) жаропрочные; 4) 13 -, 17 -, 25 - и 28 % - ные мартенситные ( 2X13, 1Х17Н2 и др.), мартенситно-ферритные ( 1X13 и др.) и ферритные ( 0X13, Х17, ОХ17Т, Х25Т, Х28 и др.) жаропрочные, коррозионностойкие и жаростойкие. Хромистые стали сваривают по двум технологическим вариантам: с применением присадочных материалов такого же или сходного с основным металлом химического состава; с использованием присадочных материалов аустенитного или аустенитно-ферритного классов. В первом случае сварное соединение отличается структурной однородностью и высокой прочностью после соответствующей термообработки. Во втором случае соединение отличается структурной неоднородностью, усугубляемой диффузионными процессами, происходящими при эксплуатации изделий в области повышенных температур. При этом равнопрочность сварных соединений, как правило, не достигается. [1]
Сварка хромистых сталей требует высокой квалификации и большого опыта. Для выполнения ее необходимо иметь подробно разработанную технологическую инструкцию. [2]
Сварка хромистых сталей требует от сварщика высокой квалификации и большого опыта. Для выполнения ее необходимо иметь подробно разработанную технологическую инструкцию. [3]
Сварка хромистых сталей является весьма ответственной опе - рацией, требующей от сварщика точного соблТодешГя всех указаний. [4]
Сварку хромистых сталей следует производить электродами типа ЭФ13, ЭФ17, ЭФ25 или ЭФЗО. [5]
Сварку хромистых сталей ведут нормальным пламенем, наконечником мощностью 70 л ацетилена в час на 1 мм толщины свариваемого металла. Избыток кислорода приводит к окислению хрома, а избыток ацетилена - к образованию так называемых карбидов хрома. [6]
Для сварки хромистых сталей с содержанием не более 0 15 % С необходимо разрабатывать специальные режимы. [7]
Для сварки хромистых сталей применяют флюсы, состоящие из 80 % плавикового шпата и 20 % ферротитана или 55 % борной кислоты, 5 % двуокиси титана, 5 % плавикового шпата, 5 % ферротитана, 10 % двуокиси кремния, 10 % феррохрома и 10 % ферромарганца. [8]
Технология сварки хромистых сталей зависит от того, к какому классу относятся эти стали: мартенситному, полуферритному или фегуэщ-ному. [9]
При сварке хромистых сталей происходит выделение по границам зерен металла карбидов хрома, затрудняющих сварку и вызывающих межкристаллическую коррозию в шве. Поэтому в состав нержавеющих сталей вводится титан и ниобий, которые препятствуют образованию карбидов хрома, обеспечивают хорошую свариваемость стали и после сварки исключают необходимость термической обработки швов. [10]
При сварке хромистых сталей применяется нормальное пламя. С целью предупреждения коробления свариваемых деталей сварку ведут на пониженной мощности пламени из расчета расхода ацетилена 70 дм3 / ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Для уменьшения коробления сварку хромистых сталей, содержащих до 14 % хрома, выполняют с предварительным подогревом до 150 - 200 С, содержащих свыше 14 % хрома-до 200 - 250 С. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Сварка должна выполняться с максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева одного и того же места шва. Сварку выполняют в один слой. [11]
При сварке хромистых сталей применяют нормальное пламя. С целью предупреждения коробления свариваемых деталей сварку ведут на пониженной мощности пламени из расчета расхода ацетилена 70 дм3 / ч на 1 мм толщины свариваемого металла. [12]
При сварке хромистых сталей рекомендуется применять проволоки с повышенным ( на 3 - 5 % больше) содержанием хрома по сравнению с основным металлом. [13]
При сварке хромистых сталей без подогрева трудно получить высококачественный шов и избежать образования трещин. [14]
Читайте также: