Сварки хромоникелевых сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов - 2 часа

1. Область применения.

2. Особенности сварки.

2.1. Аустенитные стали.

2.2. Аустенитно-ферритные стали.

3. Технология сварки.

3.1. Аустенитные стали.

3.2. Аустенитно-ферритные стали.

 

1. Область применения

 

    Аустенитные стали:

1. Жаропрочные – стабильный однофазный раствор Cr и Ni на основе Fe с г.ц.к. кристаллической решеткой. По типу легирования данные стали делят на:

– гомогенные, не упрочняемые термической обработкой (10Х14Н16Б, 10Х18Н12Т, 08Х23Н13 и др.);

– гетерогенные, упрочняемые термической обработкой: – закалка + старение (упрочнение за счет карбидных, карбонитридных и интерметаллидных фаз ® фазы Лавеса: Fe₂W, Fe₂Mo, Fe₂Ti и др., что повышает жаропрочность до 700^о С) (10Х12Н20Т3Р, 40Х18Н25С2, 10Х15Н18В4Т и др.).

Кроме жаропрочности ® жаростойкость (на поверхности оксид хрома) и стойкость в расплавах Na и Li.

Предназначены для изготовления теплоэнергетических, химических и атомных установок.

Типовые детали: лопатки газовых турбин, камеры сгорания, автоклавы, трубопроводы с жидкометаллическими теплоносителями.

2. Коррозионностойкие – имеют после высокотемпературного нагрева преимущественно аустенитную структуру. Могут содержать до 10 % феррита (12Х18Н10Т, 08Х18Н10 и др. – хромоникилевые; 10Х14АГ15 и др –хромомарганцовистые; 10Ч14Г14Н4Т, 07Х21Г7АН5 и др. – хромоникельмарганцевые; 08Х17Н13М2Т и др. – хромоникельмолибденовые; 02Х8Н22С6, 15Х18Н12С4ТЮ и др. – высококремнистые).

Предназначены для изготовления сварных конструкций химических производств, работающих в слабоагрессивных средах, в криогенной технике до температуры -253 C, а также жаростойких и жаропрочных конструкций (жарпопрочность до 600-800 С).

    Аустенитно-ферритные стали. Аустенитно-ферритные нержавеющие стали (08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т и др.) содержат аустенитную фазу в пределах 40-60%. Двухфазная аустенитно-ферритная структура существует в интервале температур 20-1200 С (превращение g ® a начинается при 1100 С).

    Предназначены для сварных конструкций в химической, пищевой и других отраслях промышленности при рабочих температурах до 300-350 С. Имеют высокие пределы текучести и прочности при приемлемых значениях ударной вязкости и пластичности. Обладают высокой коррозионной стойкостью.

    Аустенитно-ферритные стали поставляются в состоянии после аустенизации, проводимой по технологии закалки с температур 950-1050^оС.

 

2. Особенности сварки

 

2.1. Аустенитные стали

 

    Аустенитные стали склонны к образованию в шве и зоне термического влияния трещин при сварке (горячие трещины) и при послесварочной термообработке, а также к охрупчиванию при высокотемпературной эксплуатации и к радиационному охрупчиванию.

Горячие трещины:

– однофазная кристаллизация сварных швов (крупнокристаллическая столбчатая первичная структура) ® ликвационная неоднородность по Cr, Ni, Nb, B, C и др. ® легкоплавкие фазы, а также карбидные и боридные фазы в тройных стыках зерен и по направлениям срастания кристаллитов, препятствующие миграции зерен в более равновесное положение + усадка шва и перемещение свариваемых заготовок в ТИХ_I (до 1200 – 1250^оС) ® зарождение трещин в остаточных пленочных выделениях жидкой фазы;

– ТИХ_II (до 1000 – 1200^оС). Межзеренная деформация стимулирует выход дислокаций и примесных атомов на границы зерен, что создает ступеньки, раскрывающиеся при деформации в результате притока вакансий и сегрегации примесных атомов в микротрещины;

– ликвационные горячие трещины, образующиеся в ЗТВ по строчечным выделениям сегрегатов и примесей, а также в металле шва предыдущего прохода (многопроходная сварка) и при сварке литых заготовок – по ликвационных прослойкам.

 имеющих межкристаллитный характер (ячестая, дендридная или смешанная форма кристаллизации ® крупнозернистость макроструктуры, особенно в многослойных швах).

Трещины при термической обработке. Нагрев жестких узлов с концентраторами напряжений (непровары, подрезы, микротрещины и т. д.) в интервале 650-800^оС:

– трещины в местах сосредоточения деформации у концентраторов, обусловливаемые релаксацией напряжений и накопление трещин в процессе отпуска;

– трещины, возникающие при исчерпании запаса пластичности (рост зерен, формирование плоских карбидов по границам, дисперсионное твердение в процессе медленного нагрева при 600-800^оС) в зоне концентрации напряжений.

Охрупчивание при высокотемпературной эксплуатации:

– 475-градусная хрупкость (только если в шве более 8-10% феррита);

– s-охрупчивание;

– хрупкие (локальные) разрушения в ЗТВ.

Радиационное охрупчивание сварных конструкций, длительно находившихся в активной зоне ядерного реактора ® облучение нейтронами, a-частицами ® ядерные реакции трансмутации H, He + вакансии из-за перехода выбитых атомов в междоузельное положение.

 

2.2. Аустенитно-ферритные стали

 

    Аустенитно-ферритные стали обладают хорошей свариваемостью, но:

– повышенная склонность к росту зерна в ЗТВ;

– 475-градусная хрупкость;

– s-охрупчивание.

3. Технология сварки

 

3.1. Аустенитные стали

 

    Выбор сварочных материалов. В шве обязательно присутствие 1-2% первичной ферритной фазы (предотвращение горячих трещин), например, 12Х18Н12Т – РДС: ЦТ-26 (направленный металл 10Х16Н9М2), ОЗЛ-7 (Э-08Х20Н9Г2Б); сварка под флюсом: Св-10Х16Н25АМ6 + АН-18.

    При сварке корневых швов обеспечить менее 4% d-феррита (исключение сигматизации).

    Выбор режима сварки. Производится, в основном, для предотвращения образования горячих трещин:

– сварка на малой погонной энергии (снижение силы сварочного тока менее результативно, чем снижение скорости сварки; снижение V_св от ~ 30 м/ч до 6 м/ч);

– перемешивание сварочной ванны;

– введение стоков тепла в ванну (струя воды при сварке с газовой защитой; микрохолодильники – твердый присадочный металл).

Выбор послесварочной термической обработки:

– сварные изделия, эксплуатирующиеся без воздействия агрессивных сред до 500^оС – можно не термообрабатывать;

– работа в коррозионной среде (ножевая коррозия, коррозионное растрескиавание) – стабилизирующий отжиг при 850-950^оС;

– работа в условиях ползучести выше 500^оС и для коррозионностойких сталей– аустенизация или двойная аустенизация (1150-1200оС и 1000^оС – повышение вязкости и коррозионной стойкости).

 

3.2. Аустенитно-ферритные стали

 

    Сваривают РДС, механизированной электродуговой сваркой, ЭЛС, ЭШС, плазменнодуговой сваркой.

Требуется низкая погонная энергия. Рекомендации по выбору режима сварки аналогичны рекомендациям по сварке аустенитных сталей.

Лекция № 8

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: