Конспект, страница 6

Высокие жаропрочные свойства в аустенитных сталях достигаются после специальной термообработки: закалка на аустенит или закалка с отпуском (1100-1150 С) – старением. Закалка обеспечивает растворение углерода и легирующих элементов, а старение – выделение дисперсных карбидов или интерменталидов. Температура старения осуществляется при t ,близкой к эксплуатации изделия. Сохранение такой структуры и свойств обеспечивается и после сварки.

Оценивая свариваемость хромоникелевых сталей аустенитного класса, прежде всего, следует отметить, что они не подвержены фазовым превращениям. Поэтому затруднения, связанные с появлением в 3ТВ структурных напряжений и снижается опасность возникновения холодных трещин.

Основные факторы, ухудшающие свариваемость аустенитных сталей следующие:

1). Низкая стойкость металла шва к возникновению кристаллизационных трещин.

2). Возможная потеря коррозийной стойкости металла.

3). Усиление процессов охрупчивания металла сварочных соединений во время эксплуатации.

Склонность швов к образованию кристаллических трещин.

Повышенная склонность металла шва с аустенитной структурой к возникновению кристаллических трещин при сварке объясняется:

!). теплофизическими особенностями аустенитного металла.

2). Транскристаллитным строением металла шва.

30. Наличие легкоплавкой эвтектической составляющей располагающейся по границам столбчатых кристаллов.

Теплофизические особенности, такие как, пониженная тепло проводимость и повышенный коэффициент теплового расширения повышают напряжения, действующие в металле шва при его кристаллизации и способствуют крайне неравномерному их распределению (коэффициент линейного расширения  -17-… 18*10^-6 против 10… 12*10^-6 для перлитных сталей). Повышенная линейная усадка при кристаллизации создают значительные растягивающие напряжения в шве, и при недостаточной деформационной способности – разрушается.

Запас деформационной способности или пластичности А =  min -, где  min – плоскость в ТИХ.,  усадка в конце кристаллизации . Txp * 100%.

Величина деформации в процессе кристаллизации определяется усадкой шва и усадкой прилегающих к нему участков ЗТВ. В зависимости от формы, размеров и жёсткости сварного соединения, а также режимов и технологии сварки, величина деформации металла шва к концу процесса кристаллизации может оказаться большей или равной величины min в ТИХ, при этом образование горячих трещин будет неизбежным. ТИХ – интервал между температурой начала линейной усадки и солидусом.

На запас деформационной способности или пластичности в ТИХ, т.е. где образуются горячие трещины влияет много факторов. Одним из которых является первичная структура шва.

Транскристаллитное строение металла шва.

• грубое дендритное строение первичной структуры связано с отсутствием структурных превращений в затвердевшем металле. Поэтому независимо от числа слоев в аустенитном шве кристаллы каждого последующего слоя становятся продолжением кристаллов предыдущего. Такие непрерывные границы зерен, проходящие через весь шов, служат «трассой» особой предрасположенности к прохождению трещин. Такое строение кристаллитов уменьшает запас пластичности металла шва при кристаллизации в близи нижней границы ТИХ. Это объясняется с позиции соотношения между твердой и жидкой фазами при кристаллизации и их формой. Полученные зависимости между вращательными перемещениями и площадью жидкой и твердой формами показали, что крупные кристаллы не обеспечивают достаточного угла поворота без закаливания их между собой в жидкой фазе. При этом жидкой фазы не хватает для свободного вращения кристаллов без закаливания. При закаливании кристаллов возникают напряжения и по жидким прослойкам, а иногда и там где не хватало жидкой фазы для заполнения межкристаллитного пространства возникают трещины. Таким образом, пластичность кристаллизующегося металла можно в первом считать прямо пропорциональным минимальным свободным перемещениям кристаллов. Транскристаллитное строение металла снижает запас пластичности или деформационной способности, что увеличивает склонность металла шва к горячим трещинам.

Легкоплавкая эвтектическая составляющая располагается по границам кристаллов. Эти прослойки по своему составу и структуре резко отличаются от самих кристаллов аустенита. Температура их затвердения ниже температуры затвердения металла. Прочность при температурах кристаллизации их меньше чем остальных частей, ранее закристаллизовавшихся, где прочность достаточная. Под влиянием усадочных напряжений в них возникают надрывы, переходящие в межкристаллитную трещину. В аустенитном шве такая трещина может поразить весь шов, проходя по непрерывной межзеренной границе. Причиной легкоплавких прослоек могут служить повышенное содержание серы, фосфора. В пограничных зонах зерен могут собираться в повышенных количествах атомы легирующих элементов как ниобий, молибден, титан, которые имеют также пониженную температуру и образующие эвтектики, например, эвтектика Ni-Nb, имеет t⁰плавления около 1270⁰С и т.д. эвтектика Ni-Ni3S2-t⁰около 650⁰С.

На практике нашли применения следующие пути предотвращения образования горячих трещин;

1. обеспечение в металле шва двухфазной структуры, например, 2-5% феррита. Для нарушения транскристаллитного строя металла шва.

2. повышение чистоты сплавов по вредным примесям, способствующим образованию при кристаллизации легкоплавких фаз в той области составов, в которой увеличение количества этих фаз снижает техническую прочность, и, наоборот, увеличение количества легирующих элементов, образующих эвтектики, в области составов сплавов, близких к эвтектическим.

3. измельчение первичной структуры путем легирования элементами модификаторами.

4. технологические меры.

Обеспечением двухфазной структуры в металле шва добиваются разрушения его транскристаллитного строения и измельчения первичной структуры.

Чаще всего второй фазой служит феррит, создающий аустенитно-ферритную структуру металла шва. Наличие первичного феррита не только измельчает структуру, но и уменьшает концентрацию S и P и других примесей в межкристаллитных прослойках за счет большей растворимости этих элементов в феррите. Этим повышается чистота границ кристаллитов и уменьшается опасность образования легкоплавких эвтектик.

Оптимальное количество фазы – 2-5%. Если феррита больше, при работе такого металла в области высоких температур может происходить его охрупчивание, связанное с переходом феррита в хрупкую фазу, залегающую по границам зерен аустенита.

Чтобы получить двухфазное состояние, следует правильно выбирать его химический состав. Для этого нужно повысить содержание в шве элементов-ферритизаторов (Cr; Mo; Si; To; Nb; Za; W;V;Ae; и др.) и ограничить элементов-аустенизаторов (C; M;N; Co; и т.д.).

Для определения структуры металла шва можно пользоваться диаграммой Шеффлера.

Ферритная фаза нарушает сплошность аустенитных зерен, становится прослойками между аустенитными кристаллитами и нарушает транс кристаллизацию.

С этой целью при сварке используют электроды ЦТ-15. Этот путь предотвращения образования горячих трещин приемлем для сталей с малым запасом аустенитности, когда Эni/Эcr> 1 (018Н12Т; 06Х16Н9М2), а температура не превышает 650⁰С.

Сварку стабильно аустенитных сталей (большой запас аустенитности Э<1) выполняют чисто аустенитными или двухфазными аустенитно-карбидными и аустенитно-боридными швами.

Св-08Х20Н9Г7Т и т.д. и созданные на их базе сварочные электроды ЗИФ-1; ЭЛ-395/9; ЦТ-22;ЦТ-28 и др. – Для чисто аустенитных швов.

Чтобы металл шва был с аустенитно-карбидной или аустенитно-боридной структурой его легируют углеродом и элементами Nв; Тi , связывающие углерод в прочные карбиды или бором образующею борную эвтектику.

Применяют проволоки Св-08Х25Н20С3Р1 (ЭП523) и электроды 03Л/АНЖ-16.

Для улучшения в металле шва ликвирующих примесей, образующихся на завершающей стадии кристаллизации жидкие прослойки (пленки) снижают содержание S; P; O; Sn; Pв. Это достигается применением особо чистой шихты и вакуумной выплавки стали для изготовления сварочной проволоки. Примером является электроды маркиАЖ-13-18.

Для наведения легкоплавких эвтектик («залечивание» трещин) повышают содержание некоторых ликвирующих элементов в металле шва. Ликвирующие элементы образуют сплошную объемную сварку эвтектики, которая может заполнять «залечивать» несплошности между кристаллами при температурах солидуса.

Примером могут служить электрода КТИ-7, обеспечивающие карбидо-ниобиевую эвтектику в швах жила 30Х13Н35В2Б3 и сварочная проволока Св-30Х25Н16Г7.

Для блокирования полигонизационных процессов в закристаллизовавшемся металле шва при температурах солидуса применяют легирование швов молибденом, вольфрамом. Применяют электроды марки ЭА-395/(, обеспечивающие швы композиции 09Х15Н25М6.

2) Возможная потеря коррозионной стойкости

3.2 Сварка коррозионно-стойких мартенситных сталей типа 12Х5М, работающих при повышенных температурах.

Стали мартенситного класса марок 12Х5М, 12Х5МФ, 12Х6СМ предназначены для изготовления корпусов и внутренних элементов аппаратов нефтеперерабатывающих заводов, работающие при температуре до 600⁰С и в контакте с парами бензина и керосина.

Основными технологическими затруднениями, возникающими при сварке этих сталей, являются склонность сварных соединений к образованию холодных трещин, вследствие образования хрупких закалочных структур. Если сварные соединения работают при температуре выше 450⁰С, когда при эксплуатации по линии с плавления возможно развитие диффузионных процессов, в частности миграции углерода, для сварки используются присадочные материалы близкие по составу свариваемой стали. Так при ручной дуговой сварке применяют электроды ЦЛ-17 (тип Э-10х5 МФ), а при автоматической сварки под флюсом АН-15 сварочную проволоку Св-10х5 М. В этом случае для предотвращения образования холодных трещин сварку выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом свариваемых изделий до 300-350⁰С, а сварочные материалы подвергают высокотемпературной прокалке перед сваркой. После окончания сварки необходимо использовать отпуск сварных соединений при температуре 750-760⁰С со скоростью охлаждения не более 50⁰С / час для снятия остаточных напряжений, стабилизации структуры твердости и других механических свойств. Если температура эксплуатации сварных соединений ниже 450⁰С, а толщина свариваемых элементов не менее 20 мм, появляется возможность отказа от подогрева свариваемых изделий и термической обработки сварных соединений за счет применения аустенитных присадочных материалов, обеспечивающих получение пластичного металла шва. В этом случае для ручной дуговой сварки используются электроды марок Ц-9, 03Л-6 и другие типа Э-10Х25Н13Г2Б, а для автоматической сварки под слоем флюса АН-22, проволока Св-Х20Н9Г7Т

48