Металловедение сварки

Остаточные напряжения, являющиеся основной причиной коррозионного растрескивания, при нагреве до этих температур полностью снимаются.

Стабилизирующий отжиг при 850-950 °С восстанавливает стойкость разных участков ЗТВ сварного соединения аустенитных сталей к МКК, в том числе ножевой. Это связано с тем, что при нагреве до 900 °С титан наиболее ак­ тивно связывается с углеродом, а хром из глубинных участков диффундирует к обедненным хромом приграничным областям.

Если стабилизирующий отжиг нельзя проводить из-за опасности короб­ ления сложных конструкций, то необходимо переходить к использованию сверхнизкоуглеродистых сталей и сварочных материалов.

Одним из путей уменьшения вредного влияния крупного зерна (к образо­ ванию которого склонны ферритные стали) служит сварка аустенитными элек­ тродами или дополнительное легирование титаном и ниобием.

Аустенизация (закалка) - основной вид термической обработки заготовок из нержавеющих и жаропрочных сталей, связанный с нагревом изделия выше 1000 °С.

Дисперсионное тверде­ Аустенитные стабилизированные 650-850 ние (трещины при тер­ стали

мической обработке)

Ее проведение способствует гомогенизации структуры и растворению упрочняющих фаз в матрице.

Последующая стабилизация или отпуск обеспечивает выделение вто­

ричных фаз в виде, требуемом для получения оптимальных служебных свойств металла.

В сварных соединениях эту операцию проводят при необходимости пол­ ного восстановления свойств разных участков сварного соединения и, прежде

всего, ОШЗ и повышения пластичности металла, его вязкости и хладостой-

кости.

Благоприятное влияние аустенизации связано с восстановлением свойств границ зерен ОШЗ, ослабленных в результате высокотемпературного проскаль­

зывания и сегрегации на них примесей при сварке.

Это ослабление не ухудшает свойства сварных соединений, эксплуати­ рующихся до 500 °С, но при более высоких температурах и протекании про­

цесса ползучести оно приводит к опасности преждевременного разрушения.

С повышением степени легирования, определяемого для указанных ма­

териалов содержанием в них Ti, Nb и А1, проведение аустенизации становится все более необходимым.

Наиболее высокие вязкость и коррозионная стойкость достигаются двой­ ной аустенизацией при 1150-1200 и.1000 °С, при которой обеспечивается коа­ гулирование карбидов на границах зерен. При сварке с малой погонной энерги­ ей (ЭЛС и др.) сверхнизкоуглеродистых жаропрочных cfanefi, легированных Мо, например XI6Н9М2 и др., послесварочная термическая обработка не обя­ зательна.

В приложении представлен пример практического металловедения свар­ ных соединений крупногабаритных емкостей высокого давления.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лившиц Л. С., Хакимов А. Н. Металловедение и термическая обработ­

ка сварных соединений. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1989. - 336 с.

2.Лившиц Л. С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей). - М.: Машиностроение, 1979. - 253 с.

3.Земзин В. Н., Шрон Р. 3. Термическая обработка и свойства сварных соединений. - Л. Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1978. - 367 с.

4.Винокуров В. А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряже­ ний. - М., Машиностроение, 1973. - 213 с.

5.Мусин Р. А. Дефекты кристаллического строения в свариваемых ме­ таллах: Конспект лекций / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 1996. - 117 с.

6.Грабин В. Ф. Металловедение сварки плавлением. - Киев: Наукова думка, 1982. - 416 с.

7.Теория сварочных процессов: Учеб, для вузов по спец. “Оборудование

итехнология сварочн. пр-ва” / В. Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Вино­ куров и др.; Под ред. В. В. Фролова, - М.: Высш. шк., 1988. - 559 с.

8.Гуляев А. П. Металловедение. Учеб, для вузов. - М.: Металлургия, 1986.-544 с.

9.Сварка и свариваемые материалы: В 3 т. Т. I. Свариваемость металлов: Справ, изд. / Под ред. Э. Л. Макарова. - М.: Металлургия, 1991. - 528 с.

10.Руссиян А.В., Луговской В.П. Сварка и термообработка сварных со­ единений, М., 1976.

11.Хромченко Ф.А. Сварка и оборудование электростанций. М., 1977.

104

ПРИЛОЖЕНИЕ

Исследование структуры и свойств металла сварных соединений высокопрочной мартенситостареющей стали МС-200 (ООН18К9М5Т)

Принятая для изготовления емкостей высокопрочная безуглеродистая мартенситостареющая сталь МС-200 по сравнению с высокопрочными сталя­ ми, содержащими 0,35 0,40 % С, при сравнимой и даже более высокой проч­ ности (ав) отличается меньшей склонностью к хрупкому разрушению (ниже значения критической температуры хрупкости Тир, выше значения "вязкости разрушения” К\с и удельной работы разрушения образцов с трещиной, КСТ). Выбор стали МС-200 для изготовления емкостей предполагал реализацию бо­ лее высокой прочности (ав > 2000 МПа) по сравнению с прочностью ранее применяемой стали (ств « 1750 МПа). Однако было известно, что металл сварных соединений мартенситостареющих сталей значительно уступает ос­ новному металлу по уровню механических свойств. В связи с этим была по­ ставлена задача: повысить механические свойства металла сварных соединений стали МС-200, приблизив их к уровню механических свойств основного ме­ талла листа.

Высокопрочную мартенситостареющую сталь МС-200(00Н18К9М5Е-ВИ, химический состав приведен в табл. 1) получали вакуумно-индукционной вы­ плавкой из чистых шихтовых материалов, обеспечивая минимальное содержа­ ние вредных примесей (С, S, Р, 0 2, Н2, N2). Из слитков весом 0,55 т ковали кольцевые заготовки шпангоутов и сутунку для прокатки листа (горячая про­ катка до 5 = 3 мм и последующая холодная прокатка до 5 = 2 мм). Сварку про­ дольных и кольцевых швов вели неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона, присадочная проволока - из стали МС-200. Швы подвергали 100%-ному контролю на наличие дефектов (трещины, непровары и т.п.) мето­ дом рентгеновского просвечивания. Упрочняющая термообработка стали МС-200 включает в себя закалку с температуры 830 850 °С (температура

АСз * 750 °С), охлаждение на воздухе (температура Мк « 70 °С) и последую­

щее старение при температуре 480 500 °С (4 3 ч). Закалка дает структуру безуглеродистого высоколегированного относительно малопрочного (ств « 1000 МПа) и высокопластичного мартенсита, а последующее старение повышает прочность стали до ств « 2000 МПа вследствие образования дисперсных интерметаллидных фаз типа Ni3Ti, Fe2Mo.

В исследованиях структуры металла сварных соединений стали МС-200 использовали оптический микроскоп МИМ-8М, растровый электронный мик­ роскоп РЭМ-100У (исследование поверхности изломов), электронный мик­ роанализатор "Cammeka" (локальный химический анализ) и микротвердомер ПМТ-3. Механические свойства металла листа и сварных соединений опреде­ ляли при испытаниях образцов, вырезанных из сваренных пластин (рис. 1), с определением прочности при растяжении (ств) и ударной вязкости (КСТ) при разрушении образцов с усталостной трещиной.

Рис. 1. Эскизы образцов для испытания механических свойств металла

сварных соединений

Поскольку по условиям нагружения в изделии сварные соединения нахо­ дятся в двухосном напряженном состоянии, то эти условия воспроизводились испытаниями сваренных пластин, зажатых по контуру (0320 мм) и нагружае­ мых на специальной установке методом гидравлического выпучивания. При

МС-200 по сравнению со свойствами основного металла листа (табл. 2, п.1.,.4). Линия .разрушения сварных пластин проходила по шву и околошовной зоне.

Мусин Ровель Абдулкаримович Береснев Герман Александрович

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ СВАРКИ

Учебное пособие

Лит. редактор Н.Г. Важенина Техн. редактор Г.Я. Шилоносова Корректор Е.В. Копытина

Лицензия ЛР № 020370 от 29.01.97

Подписано в печать 2.11.00. Формат 60 х 90 / 8. Набор компьютерный. Печать офсетная. Уел. печ. л. 13,5.

Уч.-изд. л. 6,8. Тираж 100. Заказ № 137.

Редакционно-издательский отдел Пермского государственного технического университета

Адрес: 614600. Пермь. Комсомольский пр., 29а