2.3. Свариваемость высоколегированных сталей
Высоколегированной называется сталь, в которой содержание одного из
легирующих элементов составляет не менее 5%, а сумма всех легирующих элементов превышает 10%. Эти стали относятся к мартенситному, фер-ритному, аустенитному или карбидному структурным классам.
Для большинства высоколегированных сталей характерна пониженная
теплопроводность, большой коэффициент теплового расширения при нагре-ве, высокое омическое сопротивление, повышенная линейная усадка при за-твердевании. Эти стали являются важнейшими конструкционными материа-
лами, широко используемыми при изготовлении оборудования для химичес-
кой и нефтяной промышленности, в авиации, атомной, реактивной технике,
ракетостроении т. д.
По своему назначению высоколегированные стали делятся на инстру- ментальные высококачественные, шарикоподшипниковые, магнитные, мало-магнитные, немагнитные, коррозионностойких, жаростойкие, жаропрочные, с высоким омическим сопротивлением и т. д.
По структуре высоколегированные стали подразделяют на мартенситные, аустенитные, ферритные и карбидные.
2.3.1. Свариваемость высоколегированной стали мартенситного класса
К высоколегированным сталям мартенситного класса относятся корро-зионностойкие нержавеющие стали (2X13, IXI7H2 и др.), а также жаро-стойкие стали (4Х10С2М и др.).
Коррозионностойкими называются стали, которые обладают стойкостью против электрохимической коррозии в атмосфере, в среде влажного пара, в некоторых кислотах и растворах щелочей.
Жаростойкими, или окалиностойкими, называются стали, стойкие npoтив химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах более 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоя-нии.
Основным легирующим элементом высоколегированных сталей мартен- ситного класса является хром. При этом на поверхности металла появляется тончайшая плотная пленка окислов хрома, способная надежно защитить ме-талл от разрушения коррозией, С той же целью, а также для повышения жа-ростойкости, полезно применять добавки никеля, молибдена и вольфрама.
Хром образует
различные типы карбидов, которые прочнее
и устойчивее цементита
Особенность образующихся карбидов
состоит в том, что часть атомов хрома в
них замещена атомами железа. Температура
диссоциа-ции карбидов порядка 1200 °С.
Основной трудностью, возникающей при сварке высоколегированной ста-ли мартенситного класса, является обеспечение стойкости металла шва и осо-бенно металла околошовной зоны к образованию холодных трещин. Для ме-талла шва и околошовной зоны в этом случае характерно наличие укрупнен-ных зерен — низкоуглеродистого высокохромистого феррита (микротвер-дость 150...165 кГ/мм2) и легированного мартенсита (микротвердость 430...460 кГ/мм2).
Легированный мартенсит имеет более высокую пластичность, чем угле-родистый мартенсит, и называется игольчатым ферритом. Его присутсвие в структуре металла повышает общую твердость и хрупкость металла шва и околошовной зоны, заметно снижает ударную вязкость. Поэтому возможно появление холодных трещин.
В общем случае для повышения стойкости металла шва и околошовной зоны к образованию холодных трещин при сварке высоколегированных ста-лей мартенситного класса целесообразно производить предварительный по-догрев изделия в зависимости от содержания углерода и хрома до темпе-ратуры 250 °С и выше. Кроме того, для получения мелкозернистой струк-туры целесообразно легировать металл шва небольшим количеством титана.
В соответствии с условиями эксплуатации и требованиями к сварному соединению стремятся:
а) получить металл шва, который по химическому составу аналогичен основному металлу;
б) получить металл шва, имеющий аустенитную структуру.
Рассмотрим некоторые технологические особенности процессов сварки.
Если необходимо добиться__однородности свойств металла шва и основного металла применяют сварочные материалы, обеспечивающие образование шва, близкого по составу и свойствам к основному металлу. При этом после сварки обязательна термическая обработка.
Особенность термообработки состоит в том, что после сварки изделие охлаждается на спокойном воздухе до температуры 150...200 °С, что способствует минимальному количеству остаточного аустенита в металле шва. За-тем производится отжиг при температуре 900 °С, охлаждение с печью до температуры 600 °С и последующее охлаждение на спокойном воздухе.
Если не требуется, чтобы механические свойства сварного соединения были равноценны свойствам основного металлат_применяют сварочные материалы, обеспечивающие получение наплавленного металла с аус-тенитной структурой. Последующая термическая обработка изделия не производится.