2.5. Изменение свойств металла в околошовных зонах

высоколегированных сталей

Наиболее характерными из высоколегированных сталей, применяемых в сварных конструкциях, являются хромистые, ферритные, ферритно-мартен- ситные и мартенситные, а также хромоникелевые и аустенитные.

К высокохромистым сталям относятся низкоуглеродистые (обычно

С< 0,2%) с содержанием хрома от 5 до 30%.

Низкоуглеродистые хромистые стали имеют ограничиваемую, с содержанием хрома высокотемпературную область - раствора (рис. 2.8). Поэтому металл, нагретый выше температуры превращения α→ , при достаточно быстром охлаждении получает структуру мартенсита. При увеличении концентрации (рис. 2.8, б) углерода область хромистых сталей, закаливающихся на мартенсит, расширяется в сторону больших концентраций хрома, а сам мартенсит получается более твердым.

Увеличение концентрации хрома при той же концентрации углерода изменяет сталь так, что при повышенных температурах появляется область смешанного α+ раствора. Сварочные скорости охлаждения приведут к получению смешанной ферритно-мартенситной структуры. Такая структура также характеризуется достаточно высокой твердостью, хотя с точки зрения образования трещин является менее опасной.

Эти стали сваривают сварочными материалами, при которых металл шва оказывается подобным свариваемому (предварительный подогрев до 300 - 500°С), либо материалами, обеспечивающими получение в шве металла с аустенитной структурой.

Рис. 2.8. Структурная диаграмма состояния Fe - Сг и влияние углерода на расширение - раствора

Более высокохромистые стали, при том же содержании углерода, имеют полностью ферритную структуру. Они не претерпевают превращений от комнатной температуры до температуры плавления. При нагреве до высоких температур и последующем охлаждении такие стали получают значительное увеличение зерна.

Хотя такая структура и не приводит к увеличению твердости, однако металл обладает малой деформационной способностью и в нем могут образовываться трещины. Сварка таких сталей производится с невысоким (около 200°С) предварительным подогревом.

Хромоникелевые стали аустенитного класса применяются как нержавеющие, кислотостойкие и жаропрочные. Они содержат от 15 до 25 % Сг и от

8 до 35 % Ni, при содержании углерода до 0,14 % и некоторых других элементов: Мо,V, Ti, Nb. Типичным представителем этой группы сталей является нержавеющая с 18% Сг; 9 % Ni и 0,1% С. Такая сталь получает наилучшие свойства после аустенизации при T - 1050 - 1100°С и быстрого охлаждения. После такой обработки в металле фиксируется состояние аустенита, растворившего повышенное для комнатной температуры количества углерода.

Последующий нагрев такого металла в определенной области температур способствует образованию карбидов хрома, выпадающих в основном вблизи границ зерен. Раствор в этом месте обедняется не только углеродом, но и хромом. Неоднородность состава (карбид; раствор, объединенный хромом у границ зерен, и нормальный в центре зерна, с различными электрохимическими потенциалами) вызывает склонность стали к развитию коррозии от поверхности внутрь металла по границам зерен (межкристаллитной

коррозии).

Сварные соединения, обладающие необходимой стойкостью против

межкристаллитной коррозии, можно получить, когда и шов, и околошовная зона не проявляют склонности к МКК.

Для этого основной металл при ограничении в нем углерода обычно легируют титаном, а сварочные материалы подбирают с еще более низким содержанием углерода, легированные титаном или ниобием. При этом автоматическая сварка под бескислородными флюсами и аргонодуговая сварка

позволяют в металле шва сохранить необходимое количество титана. При ручной дуговой сварке с применением любых покрытий титан почти полностью выгорает и в этом случае для легирования предпочитают в качестве стабилизатора применять ниобий или для более простых условий эксплуатации изделий - молибден.

В металле швов полезно иметь не чисто аустенитную, а аустенитно-

ферритную структуру с содержанием ферритной фазы до 10 - 15%. Получение двухфазной структуры определяется соотношением между количествами

ферритобразующих (Сг, Mo, Si, Ti) и аустенитобразующих (Ni, С, N, Мп) элементов.

Структурная диаграмма Шеффлера (рис. 2.9) связывает эквивалентные количества никеля и хрома с конечными структурами металла шва, получающимся после сварочных скоростей охлаждения.

Рис. 2.9. Структурная диаграмма Шеффлера