Конспект (1088795), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Ферритные стали сваривают по двум вариантам.

1. Применяемые однотипные материалы позволяют получить сварные соединения, отличающиеся после соответствующей термообработки структурной однородностью с О. М. и необходимой прочностью.

2. Применяемые сварочные материалы обеспечивают получение сварных соединений, для которых характерна структурная неоднородность (шов – аустенит, О. М. – феррит) и неравнопрочность с О. М.

По первому варианту целесообразен подогрев изделия до 150 – 180^оС и немедленная термообработка после сварки для повышения пластичности сварного соединения и его стойкости к холодным трещинам, и для несодержащих Ti или Nb – против межкристаллитной коррозии.

Режим термообработки: нагрев до 760 – 780^оС с выдержкой не менее 10 часов и последующим быстрым охлаждением в холодной воде. Полностью растворяются в феррите выпавшие при сварке карбиды. Быстрое охлаждение не позволяет им снова выпасть из раствора. Предотвращает 475^оС хрупкость.

В ряде случаев (для сталей, неработающих в коррозионно-активных средах) достаточен и высокий отпуск при t = 700 – 750^оС. Применяется и для легированных Ti и Nb для снижения роста зерна и повышения ударной вязкости.

Предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых изделий выше температурного интервала хрупкости. Для уменьшения величины зерна рекомендуется использовать сварочные источники теплоты с высокой плотностью мощности, а режимы должны обеспечивать малую погонную энергию.

Дуговая сварка сталей 12Х17, 08Х17Т может осуществляться покрытыми электродами марок ЦЛ-10, УОНИ / 10Х17Т, НЗЛ-Х17 (тип Э-10Х17), а сталей 15Х25Т, 15Х28 и 15Х25!5 электродами марки НЗЛ / Х30. для измельчения зерна металла шва в состав покрытия электродов вводится ферротитан и алюминий. Более широко для сварки ферритных хромистых сталей используются сварочные материалы аустенитного или аустенитно-ферритного классов. Так при сварке сталей с 17% хрома применяют электроды марок ЦЛ-9, ОЗЛ-8 (типа Э-10Х25Н13Г2Б), а для автоматической сварки под слоем флюса, когда доля участия основного металла в формировании шва выше, сварочную проволоку Св-Х25Н18. Для сварки в струе углекислого газа рекомендуется сварочная проволока Св-08Х20Н9Г7Т. Более высокое качество сварных соединений обеспечивается при использовании проволоки Св-08Х25Н12ТЮ. Для сварки жаропрочных сталей 15Х25Т рекомендуется проволока Св-08Х20Н15ФБЮ. При сварке ферритных сталей аустенитными сварочными материалами достигается более высокая пластичность сварных соединений, однако следует учитывать различие коэффициентов теплового расширения основного металла и швов и не использовать эту технологию при сварке изделий, подвергающихся теплосменам в процессе эксплуатации.

Глава №7

1. Сварка жаропрочных аустенитных сталей.

В связи с более плотной упаковкой атомов в решетке гранецентрированного куба (-железо) по сравнению с объемно-центрированной решёткой (-железо) аустенитные хромоникелевые стали по сравнению с перлитными (15Х1М1Ф) или мартенситными (15Х11В2МФ) обладают повышенными характеристиками длительной прочности и сопротивления ползучести. Более высокую жаропрочность можно достичь за счет дополнительного упрочнения сталей дисперсными карбидами (Cr₂₃C₆; NdC; TiC) и интерметалидами (FeW; Ni₃Ti), что обеспечивается легированием сталей вольфрамом, титаном, ниобием и другими элементами. Известно, например, следующие стали: 10Х18Н12Т, 06Х16Н9М2, 10Х14Н14В2К, 10Х15Н35ЗТ. Сварка жаропрочных аустенитных сталей осложняется повышенной склонностью сварных соединений к локальным разрушениям по зоне с плавления в процессе эксплуатации.

Склонность швов к образованию горячих трещин обусловлена:

1. Развитой транскристаллитной первичной структурой швов.

2. Повышенной линейной усадкой кристаллизирующегося металла и значительными растягивающими напряжениями, действующими на сварочную ванну в процессе затвердевания, что обусловлено высокими значениями коэффициента линейного расширения аустенитных сталей (17-18*10^-6 против 10-12*10^-6 для перлитных сталей).

3. Многокомпонентным легированием, усиливающим вероятность появления малых количеств легкоплавкой эвтектической составляющей на границах дендритов в момент завершения кристаллизации сварочной ванны. (Например, эвтектика Ni-Ni₃S₂ имеет температуру плавления около 666⁰С).

На практике нашли применение следующие пути предотвращения образования горячих трещин: 1. Обеспечение в металле шва 2-5%  -феррита для измельчения

транскристаллитной первичной структуры и повышения растворимости в металле вредных примесей (например, растворимость Si и S в феррите больше чем в аустените). Примером могут являться электроды ЦТ-15. Этот путь

предотвращения образования горячих трещин приемлем для сталей с запасом аустенитности, когда (ЭNi / ЭCr₂)>(10Х18Н12Т, 06Х16Н9М2), а температура эксплуатации не превышает 650⁰С.

1. Уменьшение в металле шва ликвирующих примесей, образующих на завершающей стадии кристаллизации прослойки (плёнки). Снижение содержания серы, фосфора, кислорода, мышьяка, олова, свинца достигается применением особо чистой шихты и вакуумной выплавки стали, для изготовления сварочной проволоки. Примером могут являться электроды марки: АЖ-13-18.

2. Повышение содержания некоторых легирующих элементов шва, обеспечивающих объёмную сплошную сетку эвтектики, которая может заполнять («залечивать») несплошности между кристаллами при температурах солидуса. Примерами могут служить электроды КТИ-7, обеспечивающие карбидо-ниобиевую эвтектику в сталях типа 30Х13Н35В2Б3 и сварочная проволока Св-30Х25Н16Г7.

3. Блокирование полигонизационных процессов в закристаллизовавшемся металле шва при температурах солидуса за счёт легирования швов молибденом или вольфрамом. (Электроды марки ЭА-395 / 9, обеспечивающие швы композиции 09Х15Н25М6).

Локальные разрушения сварных соединений в около шовной зоне могут происходить в процессе эксплуатации при высоких температурах или в процессе термической обработки сварных соединений, если нагрев в зоне «опасных» температур (600-800⁰С) происходит с недостаточной скоростью. Основными причинами локальных разрушениях являются: повышение концентрации по границам зерен в около шовной зоне таких поверхностно активных элементов как углерод и кислород, что приводит к ослаблению границ зерен; охрупчивание зоны термического влияния за счет выпадения коагуляции карбидов, интерметаллидов; возникновение остаточных сварочных, рабочих напряжений и напряжений от теплосмен для предотвращения локальных разрушений сварных соединений рекомендуется использовать их высокотемпературную термическую обработку (аустенизацию) при температуре 1050-1100⁰С, что гомогенизирует металл и практически полностью снимает остаточные сварочные напряжения.

4.4. Сварка двухслойных сталей

Двухслойные стали в виде листового проката изготавливают с целью экономии легирующих элементов, и они находят широкое применение в химической и нефтехимической промышленности. Двухслойный прокат состоит из коррозионно-стойкого (планирующего) и не коррозионного (основного) слоёв. Материалом планирующего слоя могут являться высокохромистые ферритные, мартенситные (08Х13, 12Х13) или хромоникелевые аустенитные стали (08Х18Н1ОТ, 10Х17Н15МЗТ). В качестве основного слоя используются углеродистые (ВСтЗсп, 20К) или низколегированные стали (09Г2С, 12ХМ). Толщина плакирующего слоя составляет обычно 4-10мм, а толщина основного может доходить до 200мм. Сварка двух слоев выполняется раздельно. В зависимости от толщины металла габаритов изделия, расположения швов и объема производства может использоваться дуговая сварка покрытыми электродами полуавтоматическая и автоматическая сварка под слоем флюса.

Выбор сварочных материалов определяется составом свариваемых сталей. Первым сваривается основной слой, вторым – планирующий. Этот порядок обусловлен требованием не подвергать повторному нагреву сварное соединение высоколегированной стали с целью обеспечения его высокой коррозионной стойкости и предупреждения образования хрупких мартенситных прослоек в зоне с плавления металла шва основного слоя с металлом шва планирующего слоя. С этой целью между швами основного и планирующего слоями иногда накладывают разделительные швы с большим запасом аустенитности. Например, при сварке стали 12ХМ + 08Х17Н15МЗТ первым сваривается слой из стали 12ХМ проволокой Св-08ХМ по флюсом АН-22, далее накладывается разделительный шов проволокой Св-Х25Н40М7 и, наконец, сваривается планирующий слой проволокой Св-06Х20Н11МЗТБ.

При наложении разделительного шва и сварке планирующего слоя стремятся к минимальному проплавлению, для чего, например, используют сварку постоянным током при прямой полярности.

Сварные соединения двухслойных сталей термической обработке обычно не подвергаются из-за различия коэффициентов температурного расширения слоев.

4.5. Сварка жаропрочных сплавов на никелевой основе

Никель имеет гранецентрированную кубическую решётку и при нагреве не претерпевает никаких фазовых превращений. Температура плавления никеля составляет 1455⁰С, а коэффициент линейного расширения при нормальных температурах равен 13,3*10^-6 1/с. В промышленности используют в основном не никель, а сплавы на никелевой основе, содержащие 55% Ni и более, которые в зависимости от системы легирования могут обладать высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью. Жаропрочные никелевые сплавы легируются обычно молибденом, вольфрамом, ванадием, титаном, ниобием. Для повышения их жаропрочности (скалоностойкости) в их состав вводят хром, алюминий. Примерами могут служить сплавы ХН75МБТЮ (ЭИ-602), ХН60ВТ (ЭИ-868), ХН70ВМТЮ (ЭИ-617), ХН67МВТЮ (ЭИ-202), предназначенные для изготовления камер сгорания реактивных двигателей, лопаток и других деталей турбин, работающих при температуре 800⁰С и выше. Упрочнение их при высоких температурах достигается за счет образования различных интерметаллидных дисперсных фаз, например Ni(Ti,Al). Для этого сплавы подвергают специальной термической обработке. Так, дисперсионно-твердеющий сплав ХН70ВМЮТ закаливают в масло с T=1150⁰С и состаривают при T=800⁰С в течение 2 ^ух часов. Технология сварки никеля и его сплавов близка к технологии сварки хромоникелевых аустенитных сталей. Дуговая сварка может осуществляться электродами с основным покрытием, под слоем плавленого флюса, в среде инертных газов вольфрамовым и плавящимся электродом. Используется также электронно-лучевая сварка.

Основными технологическими затруднениями являются повышенная склонность швов к образованию горячих трещин и пористости. Основной причиной образования горячих трещин в никелевых швах является образование легкоплавкой эвтектики Ni-Ni₃S₂ имеющей температуру плавления около 650⁰С.

Повышенная склонность швов к пористости связана со способностью жидкого никеля растворять большое количество азота, водорода и кислорода, которые выделяются в процессе кристаллизации из металла шва в результате падения растворимости, что и приводит к образованию газовых включений. Особую опасность представляет азот. Пористость при дуговой сварки в струе аргона может возникнуть уже при содержании 0,05% азота в аргоне. Легирование швов такими нитридообразующими элементами как титан, ванадий, хром уменьшают склонность их к образованию пор для ручной дуговой сварки жаропрочных сплавов типа ХН70ВМТЮ применяются электроды марок ИМЕТ-4, ИМЕТ-7, ВН-2-6 с основным (фтористо-кальциевым) покрытием. Автоматическая сварка выполняется под бес кислородными (фторидными) флюсами марок АНФ5, АНФ23 с использованием сварочных проволок ХМ77ТЮ, ХН65МВ. Эти же проволоки применяются и при аргонодуговой сварке плавящимся электродом. В этом случае используется постоянный ток прямой полярности. Сварка вольфрамовым электродом может выполняться как на постоянном токе прямой полярности, так и на переменном токе. Заканчивая процесс сварки, следует постепенно уменьшать сварочный ток для предотвращения образования трещин в кратере. По характеристикам жаропрочности сварные соединения обычно уступают основному металлу. Наиболее высокие свойства обеспечивает электронно-лучевая сварка. Так, если при 800⁰С и напряжением 25кгс / мм² время до разрушения сплава ХН67МВТЮ составляет 130 часов, то сварное соединение, выполненное электронно-лучевой сваркой разрушается при этих же условиях за 110 часов.

Сварка жаропрочных аустенитных сталей

Высоколегированные стали с аустенитной основой обладают повышенной жаропрочностью и другими особыми свойствами по сравнению с аналогичными характеристиками перлитных или мартенситных сталей. Такая особенность свойств связана с особенностями аустенитной основы, то есть:

1. кристаллическим строением и расположением атомов в решетке (-железо), что обеспечивает высокую пластичность, вязкость, длительную прочность и сопротивление;

2. С высокой степенью легирования – сумма легирующих элементов не ниже 25-30% , такая степень легирования всегда значительно превышает критическую величину отношения Ме/с (отношение содержания карбидообразующего элемента в стали к содержанию в стали углерода; т.е. количество легирующих элементов связана в виде карбида этого элемента). Образующиеся карбиды упрочняют твердый раствор основы. Избыток легирующих элементов будет растворяться в аустените, изменяя его свойства.

Таким образом, на ряду с вязкой основой – аустенитом в структуре присутствуют дисперсные карбиды Сr23, C6; NlC; TiC или интерменталиды Few; Ni3Ti , которые упрочняют структуру и придают сталям высокую жаропрочность.

Высокая степень легирования основы и низкий коэффициент диффузии в ней углерода и легирующих элементов при нагреве (высокие t) делают дисперсные фазы упрочнения устойчивыми при нагреве, что обеспечивает сохранность прочности и сопротивления деформированию при высоких температурах. Следует отметить, что процессы диффузии в аустените идут медленнее, чем в феррите. Поэтому, наличие феррита в аустенитных сталях оказывается неблагоприятным фактором.

Характеристики

Список файлов лекций