Сварка высоколегированных сталей

метки: Сварка, Высоколегированный, Конструкционный, Содержание, Легировать, Температура, Ферритный, Сталь

Высоколегированными сталями считают сплавы на основе железа с суммарным

содержанием легирующих элементов свыше 10% при содержании железа в них

более 45%. Если содержание железа меньше этой величины, то материалы

считаются специальными сплавами. Основные легирующие элементы сплавов и

сталей этой группы — хром, никель, марганец, кремний, кобальт, вольфрам,

ванадий, молибден, титан, бор и др.

Высоколегированные стали и сплавы обладают специфическими свойствами:

высокой коррозийной стойкостью, хладостойкостью, жаропрочностью,

жаростойкостью, сопротивлением ползучести при нагреве и др. Жаростойкость

(окалиностойкость) — свойство металлов и сплавов хорошо противостоять при

высоких температурах химическому воздействию, в частности окислению на

воздухе и в другой газовой среде. Жаропрочностью — способность материалов

при высоких температурах выдерживать без разрушения химические нагрузки.

Высоколегированные стали и сплавы — важнейшие конструкционные материалы,

применяемые в производстве оборудования, работающего в широком диапазоне

температур. Газовых или жидких средах, для химической промышленности, а

также авиации и энергетики.

Свариваемость сталей. В зависимости от содержания основных легирующих

элементов стали различаются на хромистые, хромоникелевые,

хромомарганцевые, хромомарганцевоазотистые и т. д. По структуре

высоколегированные стали разделяются на мартенситные,

мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитно- мартенситные,

аустенитно-ферритные и аустенитные.

Высоколегированные сплавы делят на две группы: сплавы на железоникелевой

(суммарное содержание железа и никеля более 65%) и никелевой (содержание

никеля более 55%) основах. Они имеют стабильную аустенитную структуру.

Хромистые стали имеют различную структуру в зависимости от содержания

хрома и углерода. При содержании в стали хрома 12…13% и углерода более

0,06…0,08% сталь относят к мартенситному классу; при содержании хрома

13…16% — мартенситно-ферритному; при содержании хрома более 16% — к

ферритному классу. Введение в стали других элементов изменяет её структуру

и может привести к переходу из одного класса в другой.

Стали с содержанием хрома 10,5…12% при легировании молибденом, вольфрамом,

Конструкционные углеродистые стали и сплавы

... металлический материал промышленности. Разработано около 2000 марок сталей и сплавов на основе железа. Строение и свойства сталей и сплавов Чистые металлы (содержание основного компонента 99,99— 99,999%) обладают низкой прочностью, поэтому ... (ртуть Нg, натрий Nа, серебро Аg, золото Аu, платина Рt:, кобальт Со, хром Сr, молибден Мо, тантал Та, вольфрам W и др.). Железо в чистом ...

ниобием и ванадием обладают повышенным сопротивлением высокотемпературной

ползучести и поэтому их используют как жаропрочные при температурах до

6000С. Термическая обработка и температуры эксплуатации могут вызвать

изменения в структуре стали и сделать её хрупкой. При некоторых видах

термического воздействия хромистые ферритные стали приобретают склонность

к межкристаллитной коррозии. Охрупчивание и снижение коррозийной стойкости

связано с выделением карбида хрома и других хрупких фаз по границам зёрен

и обеднением хромом твёрдого раствора в областях, прилегающих к границам

зёрен.

При сварке сталей мартенистого и мартенситно-ферритного класса в металле

сварного соединения образуются закалочные мартенситные структуры, имеющие

высокую твёрдость и малую пластичность. При определенных условиях это

может привести к появлению холодных трещин. Образование трещин исключается

предварительным и сопутствующим подогревами до температуры 200…4500С,

снижением в металле шва водорода и применением последующего высокого

отпуска.

При невозможности по каким-либо причинам осуществить подогрев и

последующую термическую обработку применяют сварочные материалы. Дающие

металл шва с аустенитной структурой.

Проблема сварки ферритных сталей — укрупнение зерна в околошовной зоне и в

металле сварного шва при повышении погонной энергии сварки и уменьшении

концентрации источника сварочной теплоты. По этой причине становится

нежелательным применение сопутствующего или предварительного прогрева и

последующего отпуска для предотвращения появления холодных трещин. Сплавы

и стали классифицируют по системе легирования,

свойствам и служебному назначению. По системе легирования их делят на два

основных типа: хромоникелевые и хромомагниевые. Существуют также

хромоникельмолибденовые и хромоникельмарганцевые стали. В зависимости от

структуры, получаемой при охлаждении на воздухе, различают следующие

классы сталей: аустенитно-мартенситные, аустенитно-ферритные, аустенитные.

Сплавы на железоникелевой (при содержании более 30%) и никелевой основах

по структуре являются стабильно аустенитными и не имеют структурных

изменений при охлаждении на воздухе. В настоящее время используют также

боридные аустенитные стали и сплавы, основная структура которых — аустенит

с включениями боридной фазы.

При сварке аустенитных сталей и сплавов в металле шва и околошовной зоне

могут возникнуть горячие трещины. Для их предупреждения существуют

несколько способов. Один из них — создание в шве двухфазной структуры,

способствующей измельчению зерна в металле шва и уменьшению ликвации. В

большинстве случаев для этого в структуре шва достаточно иметь 2…3%

первичного d-феррита, что обеспечивается легированием шва

ферритообразующими элементами (титаном, молибденом, кремнием и др.).

Реферат металл сталь

... трещин в процессе сварки и не снижать ударную вязкость металла вблизи сварного шва), пластичностью, хорошей обра­батываемостью резанием. Малоуглеродистую сталь обыкновенного качества применяют ... статическом или циклическом нагружении -- релаксационной стойкостью. Сталь классифицируют по способу производства, химическому со­ставу, структуре и назначению. По способу производства различают ...

Двухфазная структура в стабильно аустенитных сталях и сплавах может быть

создана за счёт выделения в металле шва карбидов или боридов. Для

получения аустенитно-карбидной структуры шов легирую углеродом и

карбидообразующими элементами — ниобием или титаном. Однако углерод резко

повышает склонность швов к межкристаллической коррозии. Поэтому этот

способ применим только при сварке жаропрочных и жаростойких сталей.

Получение аустенитно-боридной структуры достигается легированием шва

0,2…0,7% бора. При больших содержаниях бора в швах могут появиться

холодные трещины, для предупреждения которых требуется предварительный или

сопутствующий подогрев до температуры 250… 3000С.

При сварке чисто аустенитных сплавов в них ограничивают содержание вредных

примесей (серы, фосфора, висмута) и других элементов, образующих

легкоплавкие эвтектики (кремния, титана, алюминия и ниобия).

Положительное

действие оказывают легирование этих сплавов молибденом, вольфрамом,

танталом и замена части никеля марганцем.

Измельчение структуры швов высоколегированных сталей и сплавов достигается

также использованием для сварки фторидных флюсов и электродов с

фторитсто-кальциевым покрытием. Большое внимание обращают на технику и

режим сварки, определяющие форму шва и характер кристаллизации его

металла. Уменьшение коэффициента формы шва, малые зазоры между кромками

повышают вероятность появления горячих трещин. Сварка электродными

проволоками малого диаметра (до 2 мм) и умеренные режимы сварки повышают

стойкость швов к горячи трещинам.

От состава и структуры и металлургического способа получения стали зависит

появление трещин в околошовной зоне в процессе длительной эксплуатации при

температурах 550…7700С (так называемых локальных разрушений).

При работе изделий в интервале температур от 350 до 5000С в ферритных и

аустенитно-ферритных швах, содержащих 15…20% сложнолегированного феррита,

может появиться 475-градусная, или тепловая, хрупкость. Она не

сопровождается заметными структурными изменениями. Предотвращение

охрупчивания швов подобного типа достигается ограничением в металле

феррита. Выдержка аустенитных аустенитно-ферритных сталей при температурах

550…8750С приводит к охрупчиванию в результате выпадения s-фазы,

представляющей собой интерметаллид. Предупреждение того вида охрупчивания

достигается закалкой с температуры 1050… 11000С, а в двухфазных

аустенитно-ферритных сталях — ограничение содержания первичного феррита

(менее 20%).

Необходимо отметить, что из-за высокого коэффициента теплового расширения

высоколегированных сталей значительно возрастает суммарная пластическая

деформация металла шва и околошовной зоны. В результате самонаклёпа

Технология сварки металлов

... вязкости при незначительном снижении пластичности. 2. Технология сварки металлов сталь электродуговой сварка пайка Сварка - технологический процесс получения неразъемных ... термообработка заключается в снижении твердости, улучшении их структуры, а для деталей - это придание им ... того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими ...

жёстких соединений (при сварке многослойных швов) количество феррита в

металле может повышаться. При длительной эксплуатации сварное соединение

стареет в результате выделения по границам зёрен карбидов и

интерметаллидов. Для уменьшения старения следует снижать содержание в

металле углерода. Этому же служит термическая обработка с нагревом выше

температура распада карбидов и интерметаллидов (выше 900…9500С).

Большинство высоколегированных сталей и сплавов широко используются как

корозийностойкие материалы. Однако под действием агрессивной среды в

сварных соединениях могут наблюдаться различные виды коррозийного

разрушения, связанные с перераспределением хрома. Под действием хрома. Под

действием критических температур (500…8000С) по границам зёрен выделяются

карбиды, обогащённые хромом. Одновременно происходит обеднение хромом

приграничных слоёв зёрен. Которое ведёт к потере стойкости к действию

агрессивной среды и проявлению межкристаллитной коррозии. Межкристаллитная

коррозия наблюдается в металле шва, околошовной зоны или в узкой зоне на

границе сплавления (ножевая коррозия).

Появление ножевой коррозии может

быть связано с условиями нагрева при сварке или эксплуатации изделия в

интервале критических температур при сварке многослойных или

перекрещивающихся швов, при смене электрода и т. д. снижает коррозийную

стойкость сварных соединений.

Предупреждение склонности сплавов к межкристаллитной коррозии достигается:

снижением содержания углерода и легированием сильными карбидообразующими

элементами — титаном, ниобием, имеющими большее сродство к углероду, чем

хром. Обычно должны выдерживаться соотношения Ti>5(C — 0.02) и Nb>10C;

формирование двухфазной аустенитно- ферритной структуры с содержанием

феррита до 20…25%;

Термической обработкой (закалка для сталей Х18Н10 с температуры

1050…11000С или стабилизирующий отжиг в течение 2…3 ч при температурах

700…7800С — для хромистых сталей).

При нагреве под закалку карбиды

растворяются, при быстром охлаждении углерод фиксируется в твёрдом

растворе (аустените).

Однако повторный нагрев может снова вызвать

межкристаллитную коррозию шва. При стабилизирующем отжиге происходит более

полное выпадение карбидов и выравнивание концентрации хрома по объёму

зерна.

Предотвращение ножевой коррозии обеспечивается приёмами, снижающими

перегрев металла в околошовной зоне (сварка короткой дугой, ускоренное

охлаждение и др.).

Для уменьшения общей коррозии следует применять технику и технологию

сварки, при которых металл шва не отличается по химическому составу от

основного металла.

Коррозийное растрескивание наблюдается в сварных соединениях на

аустенитных сталях при совместном действии агрессивной среды и

растягивающих напряжений. Снижение уровня остаточных растягивающих

Сварка сварных соединений газопроводов

... часть газопровода запроектирована из стальных электро сварных труб по ГОСТ 10704-91. Подземная часть газопровода запроектирована из полиэтиленовых ... ленты “Литкор-Л”. Надземные участки газопровода защищаются от атмосферной коррозии покрытием, состоящим из двух слоев грунтовки и ... ГОСТ 14202-69. Неразъемные соединен ия "полиэтилен-сталь" должны укладываться на основание из песка (кроме ...

напряжений и образование двухфазной аустенитно-ферритной или

аустенитно-боридной структуры — главные способы борьбы с этим видом

разрушения сварных соединений.

Высокая коррозийная стойкость сталей при повышенных температурах в газовых

средах (жаростойкость) определяется возможностью образования и сохранения

на их поверхности плотных и прочных плёнок оксидов. Это достигается их

легированием кремнием и алюминием. Требуемую жаростойкость металла шва

обычно получают за счёт максимального сближения химических составов шва и

основного металла.

Общие технологические приёмы при сварке. Высоколегированные стали и сплавы

сваривают следующими способами сварки: ручной дуговой покрытыми

электродами, дуговой под флюсом, в защитных газах плавящимся и не

плавящимся электродом, электрошлаковой сваркой. Применяют также сварку

лучом лазера и электронно-лучевую сварку.

Теплофизические и химические свойства высоколегированных сталей и сплавов

определяют следующие особенности их сварки: