2. Високохромисті нержавіючі сталі аустенітно-мартсм ситного класу та їх зварюваність

При виготовленні деталей гідравлічних турбін і дорогого енергетичного обладнання застосовуються хромисті нержавіючі сталі з невеликою кількістю нікелю, міді, молібдену (06X12НЗД, 06Х14Н5ДМ, 10Х12НДЛ), хімічний склад яких вказано в таблиці 23, Вони характеризуються високою міцністю, корозійною і кавітаційною стійкістю, жаростійкістю. Впровадження таких сталей для виготовлення, наприклад, робочих колес гідротурбін або корпусів засувів насосів теплових і атомних електростанцій економічно вигідно, бо вони містять невелику кількість дорогих і дефіцитних легуючих елементів (N1, Си, Мо).

За структурою ці сталі відносяться до сталей аустенітно-мар- тенситного класу, а в деяких довідниках - до сталей мартенситного класу.

Зміцнюються такі сталі термічною обробкою (загартуванням і відпусканням), але режими термічної обробки відрізняються великою складністю. Структура після термообробки повинна бути: мартенсит відпускання + залишковий аустеніт (у певному співвідношенні їх кількості). Механічні властивості сталей будуть такими:

К

Марка сталі	00,2» МПа	0в, МПа	5,%	*,%
10Х12НД	500	650	14	ЗО
06Х12НЗД	500-700	700	14	ЗО
Завдяки	невеликій	кількості	вуглецю і

СІІ,

МДж/м²

0,3

0,5 ванню нікелем та міддю ця група сталей має високі механічні властивості і в порівнянні з іншими хромистими сталями відрізняються підвищеними зварювально-технологічними властивостями. Для зварювання цих сталей можуть використовуватись електроди аустенітного класу, які допускають ведення процесу без підігріву і термообробки, а також зварювальні матеріали, дозволяючі одержувати шви, близькі за складом до основного металу. Останні набувають аустенітно-мартенситну або мартенситну структуру. В зв'язку з цим постає небезпека утворення холодних тріщин в самому шві і в зоні термічного впливу.

Для того, щоб цьому запобігти, необхідно при зварюванні впроваджувати супутній підігрів при температурі >300°С і негайне Підпускання при 650°С. Термічна обробка підвищує вартість виго- ічинення зварних деталей, тому дуже важливо, щоб процеси самого шдрювання забезпечували структуру, не схильну до тріщиноутво- рсшія. На шляху створення зварювальних матеріалів є спроби або им шанувати їх легованість і тим самим знижувати температуру Мп нч І50-200°С і температуру підігріву до 150°С, або зменшувати иеіованість порівняно з основним металом. За даними А І.І’имкевича необхідно, щоб присадкові матеріали забезпечували у і ворення в металі шва рейкового мартенситу, а не пластинчастого (див. главу 4 частини III).

При утворенні пластинчастого мартенситу в залишковому аустеніті зберігається підвищена щільність дислокацій. При цьому і і ворюються умови для виникнення дефектів на ділянках зіткнення пластин, виходу цих ділянок до меж аустенітних зерен і виникнення и них локальних мікронапружень другого роду.

Кращі умови забезпечуються, коли утворюється рейковий мартенсит, кристали якого витягуються в одному напрямку у формі щільних пакетів (рис. 179,6). Структура рейкового мартенситу характеризується високою щільністю дислокацій, але вихід рейкових пакетів на межі аустенітних зерен не може призвести до виникнення їдких значних локальних мікронапружень, як в разі формування пластинчастого мартенситу.

Зниження температур початку і кінця мартенситного перетворення (Мп і Мк) сприяє формуванню пластинчастого мартенситу (рис. 179,а). Тому підвищення легування металу шва (особливо вуглецем і азотом) спричиняє утворення саме такого мартенситу і знижує стійкість швів проти холодних тріщин, незважаючи на те, що при цьому в структурі зростає кількість пластичного залишкового аустеніту.

У зв'язку з цим для забезпечення однорідного низьковуглецевого рейкового мартенситу в металі швів необхідно, щоб в електродному матеріалі було по можливості менше С і N (<0,015%). Зменшення цих у-утворюючих елементів сприяє появі при кристалізації високотемпературної а-фази (6-фериту). Додаткове легування нікелем повинно забезпечувати умови, щоб в шві було не більше 10%6-фериту.

Зварювальні матеріали із пониженим легуванням (наприклад, дріт Св-01Х12Н2-ВІ) надійно забезпечують високу експлуатаційну спроможність зварних вузлів, включаючи їх корозійну і кавітаційну стійкість.

Цілеспрямоване зниження легування металу шва приводить до підвищення температури у—кх-перетворень. Так, для сталі 00X121ПД критичні точки можуть бути такими: Асі=660-675°С, Ас₃=780-810°( Мп=290-310°С, а для металу шва - Асі=680°С, Ас₃=800°С, Мп=330°(\ В свою чергу, це сприяє розвитку процесу самовідпускання мартен ситу, утвореного при зварюванні, і зменшує небезпеку появи трі щип. Стає можливим знизити температуру підігріву до 80-І20°( замість 200-300°С і замінити термічну обробку виробів термічним відпочинком при 150-250°С.

Крім того, для забезпечення високої стійкості зварних з'єднань проти утворення тріщин необхідно, щоб температура мартенситного перетворення в металі шва (Мп і Мк) була вища, ніж в зоні термін ного впливу (ЗТВ). Це визначається не тільки умовами досягнення необхідної морфології мартенситу в металі шва, але його впливом на у—»а-псретворення в ЗТВ. Цей вплив обумовлюється характером деформацій і напружень, що виникають в результаті об'ємних змін під час фазових перетворень. В результаті, коли метал шва збільшується в об'ємі під час мартенситного перетворення, то в ньому виникають напруження стиснення, а в ЗТВ - напруження розтягнення. Ці напруження активізують процес перетворення у—>а в ЗТВ, і початок перетворення Мп зсувається в область більш високих температур. Тому в ЗТВ не виникають додаткові розтягуючі напруження і створюються умови для релаксації напружень у загартованій структурі - мартенситі. При цьому температура Мп металу шва не повинна перевищувати температуру Мп в ЗТВ більше, ніж на 100°С.