2. Особливості процесів структуроутворення зварних з'єднань високохромистих сталей і їх термічна обробка

Після зварювання нержавіючих сталей мартенситно-ферит- ного і мартенситного класів з 13% Сг без підігріву в зоні термічного впливу структура може складатися з зерен фериту і крупноголчас- того мартенситу, або з одного мартенситу. Це підсилює схильність до утворення холодних тріщин. З метою запобігання такому небезпечному явищу під час зварювання слід знижувати швидкість охолодження металу. Рекомендується проводити попередній підігрів до 150-250°С в залежності від вмісту вуглецю в сталі. Після зварювання обов'язково треба проводити термічну обробку. Режими термообробки можуть бути різними в залежності від того, яку структуру і які властивості необхідно мати в зварному з'єднанні.

Коли потрібно мати рівнозначні механічні властивості металу шва і основного металу, то використовують зварювальні матеріали, які забезпечують утворення шва, близького за складом і властивостями до основного металу .

Для одержання оптимальної структури зварного з'єднання доцільно після зварювання охолоджувати вироби на спокійному повітрі до 150-200°С з тим, щоб звести до мінімуму кількість залишкового аустеніту. Потім проводиться термообробка - відпал при 900°С, повільне охолодження до 600°С і подальше охолодження на спокійному повітрі. В результаті структура металу шва і ЗТВ буде рівноважна - перлітиого типу. В деяких випадках попередній підігрів не проводиться, а після зварювання призначається високе відпускання при 680-720°С. На рис. 258 представлено графіки змінений твердості і ударної в'язкості в ЗТВ сталі 20X13, із яких видно, що

стан зварюваним Температура відпускання, °С

Рис. 258. Графіки твердості і ударної в’язкості металу пришовної зони сталі 20X13 (5=4мм) після зварювання і відпускання.

після зварювання твердість в ЗТВ підвищується, а в'язкість різко знижується; високе відпускання підвищує в'язкість і знижує і нердість практично до значень вихідного стану.

Аналогічні зміни мікроструктури і властивостей металу ( постерігаються в пришовній зоні зварних з'єднань сталі 14Х17Н2 (рис. 259). Умови зварювання ті ж самі, що й сталі 20X13. У всіх випадках зварні вироби з сталі 14X17Н2 повинні відпускатись при 70()°С з витримкою 3-5 годин. Після такого відпускання структура тарного з’єднання стає рівноважною - перлітного типу.

Рис. 259. Графіки твердості і ударної в’язкості металу пришовної зони сталі 12Х17Н2 (5=4мм) після зварювання і відпускання.

Якщо нема потреби в тому, щоб механічні властивості зварного з’єднання були рівнозначними з основним металом, то застосовують зварювання матеріалами, котрі забезпечують металу шва аустенітну структуру з високою пластичністю. Тоді термічна обробка не проводиться. Можлива поява зональної неоднорідності в металі шва поблизу межі сплавлення. При цьому утворюється смужка з підвищеним вмістом хрому і вуглецю, яка відрізняється крихкістю.

Високохрошісті сталі феритного класу (Сг>17%) відносяться до сталей з високою корозійною стійкістю в різних агресивних середовищах, а також з високою жаростійкістю (1000-1100°С) і кислототривкістю. Але до недавнього часу у зв'язку з поганою зварюваністю (підсилення крихкості в ЗТВ, схильність до МКК) ці сталі для зварних конструкцій застосовувались рідко. Однак, через необхідність економити нікель, високохромисті сталі набувають все більш широкого вжитку, і значення їх як зварювальних матеріалів зростає.

Сталі феритного класу - однофазні і не зазнають фазових перетворень під час нагрівання і охолодження. При зварюванні в зоні

термічного впливу відбувається зростання феритного зерна (рис 260), з'являється крихкість, яка не може бути усунена будь-якою термічною обробкою. Існують інші види крихкостей сталей з вміє том хрому >17%. Це теплова крихкість, яка виникає після нагрівання металу до температур 450-700°С, і крихкість, що пов'язана з виникненням міжкристалітної корозії (МКК) під час експлуатації и певних умовах.

З метою запобігання зростанню зерен фериту слід розробляти теплові режими зварювання,-які виключають перегрівання металу.

Д ля цього вибирають режими і малою погонною енергією і застосовують спеціальні технологічні методи зварювання короткими ділянками, валиками малих перетинів, з перервами тощо. Для того, щоб одержати подрібнене зерно в самому металі шва, доцільно використовувати зварювальні матеріали, що містять елементи-модифікатори (Ті, А1, N6), які при кристалізації утворюють тугоплавкі сполуки (карбіди або нітриди). Теплова крихкість після зварювання пов'язана найчастіше з субмікроскопічними виділеннями вторинних фаз (карбідів, нітридів, інтер- металідів) уздовж меж зерен фериту. Для усунення цього негативного явища треба зменшувати до мінімуму вміст вуглецю в сталі і в присадкових матеріалах.

Схильність до міжкристалітної корозії (МКК) після зварювання сталей феритного класу проявляється найсильніше в ділянках ЗТВ, які межують з металом шва і розігріваються до найбільш високих температур (рис. 261,а). Карбіди хрому в цих ділянках випадають вздовж меж зерен, збіднюючи примежиі об’єми зерен хромом. Тому для виготовлення зварних конструкцій застосовують сталі з дуже малим вмістом вуглецю (<0,10%) і з добавками титану (08X17Т). В зварювальні матеріали додають Ті, V, N6.

Аналогічно маргенситним феритні хромисті сталі зварюють за двома варіантами:

Для першого варіанту доцільно проводити попередній підігрів до 150-180°С і негайну термообробку після зварювання для підвищення пластичності. Режим термічної обробки: нагрівання до 870- 890°С, витримка декілька годин і швидке охолодження у воді. Карбіди хрому, заліза і інші фази повністю розчиняються і не встигають виділитись під час швидкого охолодження. Інколи достатньо провести високе відпускання при 700- 750°С.

З

'іу, і після термічної обробки вона забезпечує однакову міцність і інші властивості;

- зварювальні матеріали утворюють шов з іншою структурою (аустенітною або аустенітно-феритною). При цьому властивості основного металу і металу шва різні.

Рис. 261. Схема, яка вказує ділянки ЗТВ, найбільш схильні до міжкристалітної корозії після зварювання: а) сталь12Х!7; б) сталь 12Х18Н9.

астосовуючи другий варіант, треба пам'ятати, що на межі сплавлення металу шва з основним металом буде йти перерозподілен- ня легуючих елементів вбік шва (І ЦК-решітка аустеніту здатна розчиняти більшу кількість елементів). Тому в ЗТВ поблизу межі сплавлення можуть знаходитись ділянки, збіднені ^к вуглецем, так і хромом, а в шві ділянки - збагачені карбідами хрому. Завдання полягає в тому, щоб не допустити такого перерозподілу елементів під час зварювання. Це можливо зробити, підбираючи покриття і флюси основного типу.