Сварка хромистых сталей мартенситного и ферритного классов - 2 часа

1. Область применения.

2. Особенности сварки.

3. Технология сварки.

 

1. Область применения

 

    Мартенситные стали. Высокохромистые мартенситные стали, как правило, имеют повышенное содержание углерода (15Х11МФ, 13Х11Н22В2МФ и др.). Никель и углерод расширяют g-область и способствуют полному мартенситному превращению при охлаждении. Ферритообразующие (Мо, W, V,Nb) ® повышение жаропрочности. Используются как жаропрочные (рабочие и направляющие лопатки, диски паровых турбин и газотурбинных установок):

    – до 500^оС (обычные 12%-ные хромистые);

    – до 650^оС (сложнолегированные).

    Ферритные стали. При Cr ~ 12% А₁ и А₃ сливаются (g- область замкнута):

. При Cr > 12% фазовых превращений нет и это – ферритные стали. Стали используются как коррозионностойкие (08Х17Т, 15Х25Т), жаростойкие (08Х23С2Ю – сихромаль-12) до 1200^оС, а ЭП904_ВИ до 1300^оС. Основное применение – энергетическое машиностроение.

 

2. Особенности сварки

 

    Мартенситные стали. Повышенная склонность к хрупкому разрушению закаленной стали. Высокая склонность к образованию холодных трещин. Для повышения пластичности в шве необходимо иметь С < 0,2%.

Ферритные стали. Склонность к охрупчиванию под воздействием нагрева при сварке (пластичность в ЗТВ®0) – образование пересыщенного С и N твердого раствора при диссоциации карбонитридов хрома при нагреве > 1150^оС. Рост зерна при сварке (на участке перегрева до 1 мм). 475-градусное охрупчивание. Повышение температуры перехода в хрупкое состояние в околошовной зоне ® холодные трещины.

 

3. Технология сварки

 

    Мартенситные стали. Предварительный и сопутствующий подогрев до 100-200^оС (снижение чувствительности к хрупкости, обусловленной водородом). Сваривают ЭЛС, ЭШС, сваркой под флюсом (Св-15Х12НМВФБ, Св-15Х12ГНМБФ + АН-17, ОФ-6) и штучными электродами: "однородными" КТИ-9, ЦЛ-32 и аустенитными ЗиО-8, ЭА-395/9. После сварки немедленно, без охлаждения ниже температуры предварительного подогрева – высокий отпуск. Иногда перед отпуском подстуживание до 100^оС для завершения g ® a(М) превращения. Пролеживание перед отпуском – только 12Х11В2МФ.

Ферритные стали. Рекомендуется предварительный подогрев до 150-200^оС (предотвращение образования трещин) и ускоренное (до ~ 100^оС/с) охлаждение. Свариваются в защитных газах, под флюсом и штучными электродами. Во всех случаях обеспечивается аустенитный металл шва. Иногда применяют электроды Э-10Х17 (для стали 08Х17Т). После сварки – отжиг при 760^оС (снятие остаточных напряжений, устранение МКК).

 

Лекция № 9

Сварка низколегированных бейнитно-мартенситных сталей

и микролегированных сталей - 2 часа

 

1 Область применения низколегированных бейнитно-мартенситных сталей и микролегированных сталей.

2. Особенности сварки.

3. Технология сварки.

 

1 Область применения низколегированных бейнитно-мартенситных сталей и микролегированных сталей

 

    Низколегированные бейнитно-мартенситные стали предназначены для изготовления сварных конструкций широкого назначения, обеспечивая требования высокой сопротивляемости хрупкому разрушению, хорошей пластичности при удовлетворительной свариваемости (13ХГМРБ, 14Х2ГМ, 12ХГН2МФБДАЮ и т. д.) и s₀₂ = 580-780 МПа. Это обеспечивается в основном термообработкой: закалка или нормализация (мартенситное или бейнитное превращение)+ высокий отпуск.

    Микролегированные стали применяются для изготовления конструкций ответственного назначения – сосуды высокого давления, танкеры, ледоколы, суда, береговые и морские нефтегазовые сооружения (14Г2АФ, 09Г2ФБ, 12ГН2МФАЮ и др.). Содержание микролегирующих элементов (Al, Cr, Zr, V, Ti, Nb, Mo, B, N, редкоземельные элементы: Ce - церий, La - лантан, Y - иттрий) в стали порядка десятых или сотых долей процента. Микролегирующие элементы образуют дисперсные включения вторых фаз или входят в состав матрицы. Стали поступают на сварку после ВТМО (в состоянии поставки или после штамповки), или после термообработки из межкритического интервала температур (формируется ферритно-мартенситная структура ® двухфазные ферритно-мартенситные стали).

 

2. Особенности сварки

 

    Низколегированные бейнитно-мартенситные стали. В зависимости от величины показателя w_6/5 протекает мартенситное или бейнитное превращения аустенита. При замедленных скоростях охлаждения (w_6/5 ~ 0,8 ^оС/с) температура бейнитного превращения увеличивается (размеры ферритных игл растут). Величина w_6/5 влияет также на значение временных напряжений (особенно в области g ® a превращения):

Изменение временных напряжений при охлаждении образцов из стали 14ГН2МДАФБ в жестком приспособлении при w6/5 = 75 оС/с

Остаточные напряжения с увеличением w_6/5 уменьшаются, например, 14ГН2МДАФБ, w_6/5 . ® (0,6 – 50)^оС/с, s_ост. ® (240 – 150) МПа.

Горячие трещины при соблюдении режимов сварки и рекомендуемых присадочных материалов маловероятны.

Холодные трещины в ЗТВ (закаленная структура + Н₂ + сварочные напряжения). Многослойные швы – поперечные трещины и продольные в корневом слое. Кроме того в стыковых и угловых соединениях ламелярные трещины. Меры борьбы: снижение концентрации диффузионного водорода; ограничение допустимых скоростей охлаждения (w_6/5 от 13 до 4^оС/с); предварительный подогрев при d > 20 мм 80-100^оС и при d > 40 мм 100-150^оС. Эффективен также послесварочный подогрев 150-200^оС без расхолаживания изделия после сварки ниже 150 ^оС (обе кромки на 100 мм от стыка, время подогрева – 1-2 мин на 1 мм толщины металла); использование технологии сварки с “мягкими” прослойками, т. е. сварка первых слоев многослойного шва менее прочным и более пластичным металлом, чем последующих.

    Микролегированные стали обладают (при C £ 0,1%) удовлетворительной свариваемостью и требуют строгого дозирования погонной энергии (обычно менее 50 кДж/см). При наличии сульфидных включений – слоистые (ламелярные) трещины. В корневых слоях возможны ХТ.

 

3. Технология сварки

 

    Низколегированные бейнитно-мартенситные стали необходимо сваривать строго соблюдая рекомендуемые значения предварительного подогрева и погонной энергии (например стыковое соединение из 14Х2ГМР без скоса кромок, d = 20 мм, t = 50 ^оС, q / v £ 35 кДж/см). Сварка ЭШС, а также:

    – РДС, АНП-2, АНП-6П (Э-70), = ток, обратная полярность;

    – сварка под флюсом, Св-08ХН2ГМЮ, Св-08ХН2Г2СМЮ + АН-17М, АН-43, = ток, обратная или прямая полярность;

    – сварка в СО₂, Св-08Г2С, Св- 10Г2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ или ПП-АН54, ПП-АН57 (78% Ar + 22% CO₂, 75% Ar + 20% CO₂ + 5% О₂, Св-08ХН2ГМЮ).

    Микролегированные стали сваривают ЭШП, а также:

    – РДС, целлюлозное покрытие – ВСЦ-4, ВСЦ-4А (Э-50) и основное покрытие – ВСФ-65 (Э-60), ВСФ-75 (Э-70). С целью предотвращения ХТ в корне шва – предварительный подогрев до 100^оС;

    – сварка под флюсом, Св-08ХМ, Св-08МХ + АН-348А, АН-348АМ, АН-17 или Св-08ГНМ + АН-60 (для 09Г2ФБ) или Св-10НМА + АН-17 (для 16Г2Ф, 12ГН2МФАЮ).

 

 

Лекция № 10

Сварка среднелегированных мартенситно-бейнитных сталей

и мартенситно-стареющих сталей - 2 часа

 

1. Область применения среднелегированных мартенситно-бейнитных сталей и мартенситно-стареющих сталей.

2. Особенности сварки.

3. Технология сварки.

 

1. Область применения среднелегированных мартенситно-бейнитных сталей

и мартенситно-стареющих сталей

 

    Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали после закалки и низкого отпуска имеют высокую прочность при достаточной пластичности и вязкости (25ХГСА, 30ХГСА, 30ХГСНА, 24Х2ГСНМА и др.) и применяются при изготовлении ответственных сварных конструкций. В ряде случаев детали из данных сталей сваривают в термически упрочненном состоянии (s_в = 1050-2000 МПа).

    Мартенситно-стареющие стали имеют микроструктуру пакетного мартенсита, упрочненного по механизму старения (интерметаллиды: Ni₃Ti, Ni₃Mo и пр.: Ni(Ti, Al)) с s_в = 1500-2800 МПа: 03Х11Н9М2Т, Н18К9М5Т и т. д. Оболочки летательных аппаратов, корпуса двигателей, сосуды высокого давления, криогенные установки.

 

2. Особенности сварки

 

    Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали склонны к высокотемпературной химической неоднородности (ВХМН) ® подплавление по линии сплавления локальных объемов основного металла, включающих, как правило, легкоплавкие сульфиды и сегрегаты. Процессы при нагреве:

– 1300-1360^оС, подплавление локальных объемов основного металла с легкоплавкими сульфидами и сегрегатами и растекание жидкости;

– 1360-1420^оС, полное оплавление границ зерен и расплавление сегрегаций, расплавленные сульфиды равномерно обволакивают зерна;

данные (1-ая и 2-ая стадии) при Т < T_c;

– 1420-1480^оС, формирование мелких зерен делением крупных на отдельные подплавленные части, новые границы обогащены примесями.

ВХМН ® изменяет кинетику мартенситного превращения в нижнем интервале мартенситной области (количество малопластичного троостита растет), что способно привести к зарождению холодных трещин; ® способствует появлению горячих трещин.

Появление ГТ связано с отставанием пластической деформации от фронта нарастающих временных напряжений, что ведет к слиянию микронесплошностей в области ВХМН; по достижению критической длины данного дефекта образуется надрыв – зародыш ГТ.

ХТ обусловливаются наличием ВХМН вблизи линии сплавления и последующим превращением аустенита в околошовной зоне, наличием значительных остаточных напряжений и перераспределением водорода после сварки. При использовании рафинированного основного металла (S, Н₂ и др. газы, неметаллические включения) стойкость против ХТ растет (на 40-60%). Кроме того, стойкость против ХТ увеличивается ~ на 60% (35Х3Н3М) после предварительной наплавки кромок металлом того же химического состава, что и основной металл (отсутствие ВХМН, благоприятные форма и распределение неметаллических включений на будущей линии сплавления):

 

.	Кривые замедленного разрушения соединений из стали 35Х3Н3М: 1 –с наплавкой кромок; 2 – без наплавки кромок

 

    При сварке термически упрочненного металла ® разупрочнение в ЗТВ на участке, нагреваемом до 500-770^оС. Протяженность участка разупрочнения регулируется выбором погонной энергии (рост при увеличении погонной энергии).

    Мартенситно-стареющие стали имеют лучшую свариваемость, чем другие углеродистые легированные стали, и:

– мало чувствительны к ГТ и ХТ (в шве > 20% остаточного аустенита);

– высокий уровень механических свойств сварного соединения непосредственно после сварки s_в ~ 1000 МПа, высокая ударная вязкость;

– равнопрочность сварного соединения и основного металла после старения (нормализация 1000-1050^оС + старение 300-540^оС, несколько часов), s_в на уровне 1700 МПа, КСU не более 1 МДж/м²;

– сварные швы склонны к пористости (мало раскислителей);

– возможность появления крупнозернистости металла шва особенно при высоком содержании Ni ® дендридный излом (низкая ударная вязкость и усталостная прочность), предотвращение (только для нержавеющих мартенситно-стареющих сталей): 1,5-4% d-феррита препятствует прорастанию дендридов через несколько слоев;

– при многослойной сварке требуется подогрев сваренных слоев для предотвращения из охлаждения ниже температуры g-a превращения;

– необходимо высокое качество зачистки и обезжиривания кромок;

– рекомендуется использование низкой погонной энергии.

 

3. Технология сварки

 

    Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали сваривают РДС, в защитных газах, под флюсом и ЭЛС.

Для уменьшения склонности к образованию трещин (наиболее эффективное мероприятие):

– сваривают с применением концентрированного нагрева при малой погонной энергии; используют рафинированный основной металл;

– применяют аустенитные проволоки (снижение Н₂ на линии сплавления) или ферритные проволоки с пониженной Т_пл;

– осуществляют ослабление воздействия источника нагрева на кромки при одновременном увеличении количества расплавляемого присадочного металла (прямая полярность или дополнительный присадочный материал);

– используют облицовку кромок.

Для увеличения стойкости против развития трещин наиболее часто применяют:

– предварительный или сопутствующий подогрев (150-300^оС);

– термическую обработку после сварки (закалка + отпуск).

РДС. Э85 (НИАТ-3М), Э100 (ВИ10-6), аустенитные электроды.

АДС неплавящимся электродом. Торированный (ВТ-15) или итрированный (СВИ-1) вольфрам. Активирующие флюсы (ФС-17: SiO₂, NaF, TiO₂, Ti, Cr₂O₃ ® проплавляющая способность дуги в 1,5-2 раза выше) – порошок, пишущий карандаш, спиртовой раствор. Первый проход без присадки с полным проваром и формированием корня шва, далее ® поперечные колебания электрода с присадкой (например, 30ХГСА, Св-18ХМА, Св-18ХГС; 23Х2НВФА, Св-18ХМА или Св-08Х21Н10Г6) или без. Не позже 30 мин после сварки (если шов ферритный) – высокий отпуск 600-650^оС, 2 часа.

Сварка в СО ₂. Св-08Х20Н9Г7Т (ответственные соединения).

Сварка под флюсом. Например, 30ХГСА, АН-15 + Св-10Х16Н25АМ6, предпочтительно применение сварки с подогретой присадкой.

    Мартенситно-стареющие стали сваривают всеми видами сварки. Наиболее часто используют ЭЛС, РДС и АДС неплавящимся электродом.

    АДС неплавящимся электродом. Присадочная проволока близкого состава. Разновидности:

– (тонколистовой металл) с поперечными колебаниями (сканирующей дугой) и импульсно-дуговая сварка;

– (толстолистовой металл) в щелевую разделку, в том числе вращающимся неплавящимся электродом при осевой подаче сварочной проволоки.

 

 

Лекция № 11

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: