Свариваемость сталей

Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разру­шению в состоянии закалки усложняет технологию их сварки. При со­держании углерода более 0,10 % мартенситные стали склонны к обра­зованию холодных трещин при сварке из-за высокой степени тетраго-нальности кристаллической решетки мартенсита. При снижении со­держания углерода вязкость мартенсита повышается, однако образую­щийся при этом структурно-свободный δ-феррит в свою очередь сооб­щает им высокую хрупкость. Поэтому в сварных соединениях мартен­ситных сталей трещины могут наблюдаться в процессе непрерывного охлаждения при температурах ниже температуры начала мартенситно-го превращения Мн (для высокохромистых сталей не более 360 °С), а также в процессе выдержки при нормальной температуре (замедленное

СВАРКА МАРТЕНСИТНЫХ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ 333

разрушение). С увеличением содержания углерода точки Мн и Мк (температура окончания мартенситного превращения, обычно 240 °С) еще более понижаются, что приводит к возрастанию твердости мартен­сита и его хрупкости. Учитывая это, а также необходимость обеспече­ния сварным соединениям высокой пластичности и ударной вязкости, содержание углерода в хромистых мартенситных сталях ограничивают

до 0,20 %.

Для предотвращения образования холодных трещин при сварке 11 ... 12 %-ных хромистых сталей применяют предварительный и со­путствующий подогрев до 200 ... 450 °С. Температура подогрева тем выше, чем выше склонность стали к закалке. В то же время температу­ра подогрева не должна быть чрезмерно высокой, так как это может привести к отпускной хрупкости вследствие снижения скорости охла­ждения металла в околошовной зоне в интервале температур карбидо-образования. Кроме того, высокий подогрев, как и сварка с высокой погонной энергией, обеспечивает длительный перегрев околошовного металла, который вызывает рост зерна, сегрегацию примесей на грани­цах зерен и, как следствие, снижение пластичности и вязкости сварных

соединений.

Лучшие свойства сварных соединений достигаются в случае пред­варительного подогрева в интервале Мн - Мк, а также когда после сварки производится подстуживание до Мк, но не ниже 100 "С.

Малоуглеродистые хромистые стали, дополнительно легирован­ные никелем, образуют при закалке мартенсит, отличающийся вслед­ствие низкого содержания углерода высокой пластичностью и вязко­стью, не склонный к образованию холодных трещин при сварке. Одна­ко чувствительность металла швов к водородной хрупкости вызывает необходимость при их сварке предварительного и сопутствующего подогрева до 100 ... 200 °С. Улучшению свариваемости этих сталей способствует также остаточный аустенит.

Технология сварки и свойства сварных соединений

Для деталей из высоколегированных мартенситных сталей приме­няют в основном ручную дуговую сварку покрытыми электродами, обеспечивающими получение сварных швов, близких по химическому составу основному металлу. Это электроды с наплавленным металлом, содержащим 10 ... 12 % Сг, до 0,8 % № и до 1 % Мо. Пониженное со­держание углерода (0,02 ... 0,08 %) приводит к повышению вязкости металла швов, по химическому составу приближающихся к хромонике-

334 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ

левым мартенситным сталям. Наряду с электродами близкими по соста­ву основному металлу применяют аустенитные электроды.

Для автоматической сварки используется проволока Св-15Х12НМВФБ и Св-15Х12ГНМБФ и флюсы АН-17 и ОФ-6.

Независимо от толщины изделий сварные соединения высокохро­мистых мартенситных сталей, как правило, подвергают термической обработке для снятия остаточных напряжений, распада закалочных структур и формирования механических свойств заданного уровня.

Во всех случаях сварные соединения подвергают немедленному (без охлаждения ниже температуры подогрева) термическому отпуску. В некоторых случаях перед отпуском производится подстуживание до 100 °С для завершения γ→α (М)-превращения. Температура отпуска выбирается не выше значений критической точки АС₁ (табл. 8.3).

Прочность сварных соединений определяется свойствами применяе­мых для сварки присадочных материалов. В случае однородных с основным металлом швов свойства сварных соединений близки к основному металлу.

8.3. Особенности теплового режима сварки мартенситных сталей

СВАРКА МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

8.4. СВАРКА МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ Состав и свойства сталей

Хромистые стали, содержащие 13 ... 14 % Сг с частичным γ→α (М)-превращением относят к мартенситно-ферритным, при охлаждении которых полиморфные превращения соответствуют реакции δ→ γ + δ → α (М) + δ. Количество δ-феррита в сталях повышается с увеличением содержания Сг и снижением концентрации С. Введение углерода сдвигает границы существования области у-твердых растворов в сторону более высокого содержания Сг. В случае достаточно низкой скорости охлаждения с тем­ператур выше 600 °С возможно образование ферритной составляющей структуры. Ниже 400 °С при более быстром охлаждении наблюдается бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. Количество обра­зовавшегося мартенсита в каждом из указанных температурных интерва­лов зависит, главным образом, от скорости охлаждения и содержания углерода в стали.

Несмотря на отрицательное влияние δ-феррита на пластичность и ударную вязкость, мартенситно-ферритные стали марок 08X13, 12X13, 20X13, 08Х14МФ и других находят довольно широкое применение при изготовлении химических аппаратов и энергетического оборудования (табл. 8.4). Наиболее широкое применение в машиностроении имеют ста­ли марок 08X13 и 08X14МФ с пониженным содержанием углерода.

В связи с возможностью формирования структуры с большим коли­чеством ферритной составляющей, приводящей к охрупчиванию, норма-

8.4. Химический состав мартенситно-ферритных сталей

Марка			Содержание элементов, % по массе
стали		С	Si	Мп	S	Р	Сг
08X13	0,08	0,80	0,80	0,025	0,030	12,0...	14,0
12X13	0,09	...0,15	0,80	0,80	0,025	0,030	12,0...	14,0
20X13	0,16	...0,25	0,80	0,80	0,025	0,030	12,0...	14,0
08X14МФ*	0,03	...0,12	0,20... 0,45	0,08... 1,2	0,025	0,035	12,0...	14,8
14Х17Н2	0,11	...0,17	0,08	0,08	0,025	0,030	16,0...	18,0

* 0,2 ... 0,4 % Мо; 0,15 ... 0,30 % V; 1,0 ... 2,5 %Ni.

336 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ

8.5. Механические свойства мартенситно-ферритных сталей

тивными документами, как правило, не предусматриваются требования по величине ударной вязкости. Лишь для отдельных видов проката ста­лей марок 08X13 и 12X13 регламентирована величина ударной вязкости (табл. 8.5).