Мартенситные и мартенситноферритные стали — это основная группа высокохромистых сталей. Мартенситные стали (15Х5ВФ, 12Х8ВФ, 12Х11В2МФ, 06Х12НЗД, 20X13, 13Х14НЗВ2ФР, 30X13 и др.) содержат 5… 14% Сг и 0,06…0,4% С, а также для придания специальных свойств — другие легирующие элементы. Так как хром обеспечивает коррозионную стойкость сталей при его концентрациях более 12%, то мартенситные стали с меньшим содержанием хрома применяют в основном как конструкционный материал для высоконагруженного энергетического и нефтехимического оборудования.
Содержание хрома в мартенситно-ферритных сталях (12X13, 08Х14МФ и др.) составляет 13… 14%, что оптимально по коррозионной стойкости. Применяют их для изготовления лопаток, корпусов, диафрагм и других деталей паровых турбин, узлов химических аппаратов, насосов, теплообменников. Помимо наиболее распространенных мартенситноферритных сталей, содержащих 13… 14% Сг, находят применение как коррозионно-стойкие стали с 17% Сг, например 14Х17Н2 и др. Эти стали по сравнению со сталями, содержащими ~ 13% Сг, имеют более высокую коррозионную стойкость против коррозии в атмосфере и в некоторых химически активных средах, например в азотной кислоте. Поэтому 17%-е хромистые стали иногда применяют взамен более дорогих и дефицитных хромоникелевых аустенитных. Для повышения их прочности и уменьшения количества феррита без ощутимой потери пластичности и вязкости их легируют небольшим количеством никеля при низком содержании углерода. В таких сталях никель расширяет у-область и обусловливает появление превращения переохлажденного аустенита с образованием после охлаждения низкоуглеродистого мартенсита с повышенной прочностью и достаточным уровнем вязкости.
Свариваемость сталей.
Основной проблемой свариваемости мартенситных и мартенситно-ферритных сталей является обеспечение стойкости металла шва, в особенности околошовной зоны, против образования холодных трещин.
Содержание углерода в мартенситных и мартенситно-ферритных сталях обычно более 0,10% (исключение для некоторых специальных сталей).
В сварных соединениях этих сталей металл, нагретый выше температуры точки Асз, в широком диапазоне скоростей охлаждения претерпевает мартенситное превращение при пониженных температурах, исключающих протекание процессов самоотпуска. Высокая тетрагональность образующегося мартенсита повышает склонность металла сварных соединений к образованию холодных трещин. С увеличением содержания углерода температурный интервал мартенситного превращения еще больше понижается, что приводит к возрастанию твердости мартенсита и его хрупкости. При снижении содержания углерода ниже 0,10% вязкость мартенсита повышается, однако возникает опасность образования структурно-свободного феррита, который, в свою очередь, является причиной высокой хрупкости, не устраняемой к тому же термическим отпуском. Учитывая необходимость обеспечения высокой пластичности, ударной вязкости и стойкости против хрупкого разрушения, содержание углерода в хромистых сталях часто ограничивают до 0,20 %.
По материаловедению. Термическая, термохимическая и термомеханическая ...
... выносливости возрастают. Структура мартенсита имеет более высокую твердость и прочность, а также зависит от содержания углерода в стали. Отрицательным фактором мартенситной структуры является ... влияет на механические свойства сталей. Мелкозернистая сталь обладает значительно большей ударной вязкостью, чем крупнозернистая, поэтому при термической обработке сталей этот фактор следует учитывать. ...
Технология сварки и свойства сварных соединений.
Технология сварки высокохромистых сталей мартенситных и мартенситноферритных структурных классов во многом такая же, как для среднелегированных сталей. В зависимости от количества мартенситной и ферритной составляющих сварные соединения склонны к образованию холодных трещин или снижению ударной вязкости вследствие роста зерна. Повышенная склонность к хрупкому разрушению усложняет технологию сварки этих сталей. Их сварка без предварительного подогрева почти невозможна (за исключением малых толщин).
При увеличении феррита в стали возрастает склонность к росту зерна, поэтому необходимо переходить от предварительного подогрева к сопутствующему, который снижает скорость охлаждения.
Очень важно снижение силового фактора, что обеспечивает уменьшение напряжений в металле шва и околошовной зоне. В ряде случаев следует убрать жесткие закрепления, благодаря чему возможно свободное деформирование свариваемого изделия.
Для сварки этих сталей чаще всего используют дуговую сварку покрытыми электродами. Наряду с ней применяют дуговую сварку в защитных газах и сварку под слоем специальных флюсов.
Сварка покрытыми электродами. При сварке этим способом применяют электроды с покрытиями основного типа. Для уменьшения возможного поглощения водорода перед сваркой их следует прокаливать при температуре 450…500 °С в течение 2 ч. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. Легирование наплавленного металла обеспечивается за счет металла электродного стержня. Некоторое дополнительное его легирование осуществляется введением необходимых легирующих компонентов в покрытие электрода.
Выбор марки электрода зависит от марки свариваемой стали и конкретных условий эксплуатации конструкции, а также наличия термообработки в технологическом процессе.
Мартенситные и мартенситно-ферритные хромистые стали сваривают либо с применением сварочных материалов, обеспечивающих образование металла шва, близкого по составу и свойствам к основному металлу (иногда с несколько меньшим содержанием углерода), либо с применением аустенитных присадочных материалов. Так, например, для сварки сталей 12X13 и 20X13 в первом случае используют электроды марок ЛМЗ-1, УОНИ-13/НЖ (стержень электродов Св- 12X13), для сталей 15X11МФ, 15X11ВФ — электроды КТИ-9А (стержень Св-12Х11НМФ), для сталей 15Х12ВНМФ — электроды КТИ-10 (стержень Св-ЮХПНВМФ) [14, «https:// «].
Дефекты сварных соединений
... Сварное соединение Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла. Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом. Основной металл - металл подвергающихся сварке ... плавления паяемого металла. Например, при пайке низкоуглеродистой стали () припоем на основе сплава ...
Кроме того, в первом случае для предотвращения образования холодных трещин мартенситные и мартенситно-ферритные стали сваривают при температуре воздуха > 0 °C и применяют предварительный подогрев до 200…450 °С, главным образом при сварке металла средних и больших толщин. При этом температуру подогрева выбирают в зависимости от содержания углерода в свариваемой стали, ес толщины, размеров и жесткости свариваемого изделия. Для сталей с повышенным содержанием углерода и при значительной толщине металла температура подогрева, как правило, выше. В то же время данная температура не должна быть чрезмерно высокой. Высокий подогрев, как и сварка с большой погонной энергией, приводит к перегреву околошовного металла, росту зерна, сегрегациям примесей на границах зерен, способствующих охрупчиванию сварных соединений. Лучшие свойства достигаются при подогреве до температур интервала мартенситного превращения (Г м н …Гм .к) с подстуживанием после сварки до Гм к , но > 100 °C, выдержке при этих температурах ~ 2 ч и посадке в печь всего изделия для высокого отпуска. Отпуск сварных соединений высокохромистых сталей назначают для снятия напряжений, распада мартенсита и общего повышения вязкости. Его проводят при температурах 650…760 °С в зависимости от состава свариваемой стали и металла шва: более низкая температура отпуска — для сталей без дополнительного легирования карбидообразующими элементами, более высокая — для сталей с повышенным содержанием молибдена, вольфрама, ванадия.
Если при изготовлении сварных конструкций из мартенситных и мартенситно-ферритных сталей последующая термическая обработка затруднена (монтажные или ремонтные условия) и не требуется получение равнопрочных сварных соединений, выполняют их по второму варианту, т. е. используют сварочные материалы, обеспечивающие получение наплавленного металла с аустенитной структурой. Например, электроды ЭА-395/9 (стержень Св-10Х16Н25АМ6).
При этом предварительный подогрев и последующую термообработку не применяют.
В этом случае металл шва представляет собой как бы «мягкую прослойку» с несколько меньшим пределом прочности, чем у свариваемой стали, но с повышенной деформационной способностью. Работоспособность таких сварных соединений зависит от соотношения свойств металла шва и свойств основного металла, а также от относительной толщины мягкой прослойки. При правильном подборе соответствующих сварочных материалов и ширины шва пониженный предел прочности металла шва может не сказаться на агрегатной прочности сварного соединения в связи с эффектом контактного упрочнения.
Сварка в защитных газах осуществляется с использованием аргона или углекислого газа, а также их смесей. Качественные сварные соединения из высокохромистых сталей обеспечивает сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в аргоне или в смеси его с гелием. Присадочный материал подбирают аналогичный требуемому составу наплавляемого металла шва.
Использование сварки вольфрамовым электродом наиболее целесообразно при изготовлении изделий малых толщин — до 5…6 мм, а также благодаря качественному формированию обратного валика для выполнения корневого слоя в многослойных швах на сталях повышенной толщины, например в изделиях турбостроения. Остальные слои могут выполняться покрытыми электродами, плавящимся электродом в защитных газах или односторонней сваркой под флюсом.
Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её ...
... бальным способом (номером) выражения показателя качества. Например, при оценке загрязненности стали неметаллическими включениями. Просматривают нетравленный шлиф сварного соединения в микроскоп и визуально сравнивают обнаруженные включения ... угольным электродом и металлом для сварки. Он применил созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов. Другой русский изобретатель ...
При сварке плавящимся электродом в ССЬ для предохранения от выгорания основных элементов, определяющих свойства металла шва, необходимо использовать проволоки, содержащие в достаточных количествах специальные раскислители. Например, для сварки сталей 12X13, 20X13 используют сварочную проволоку Св-08Х14ГНТ, для сталей 15X11ВФ, 15Х12ВМФ — проволоку Св-15Х12НМВФБ.
Сварка под слоем флюса также требует специальных сварочных материалов. Широко применяемые окислительные высококремнистые высокомарганцовистые флюсы АН-348А, ОСЦ-45 не пригодны для сварки высокохромистых сталей. При их использовании происходят процессы окисления не только активных легирующих элементов, но и основного легирующего элемента хрома.
Фторидные бескислородные флюсы типа АНФ-5 не обеспечивают достаточно хорошего формирования швов. Поэтому для сварки, например, сталей 15X11ВФ, 15Х12ВМФ рекомендуется применение слабоокислительных флюсов АН-17, АН-17М в комбинации с проволокой Св-10Х11ВМФБ, для сталей 12X13, 20X13 — флюс АН-45 в комбинации с проволокой Св-06Х14.
