Свариваемость материалов

стали 14Х17Н2 по химическому составу близки к основному металлу. Для деталей и узлов из стали 14Х17Н2 находит также применение способ электронно-лучевой сварки.

14.3.2. Термическая обработка

Из-за опасности образования холодных трещин и просто хруп­ кого разрушения вследствие резкого снижения ударной вязко­ сти околошовного металла сварные соединения мартенситно­ ферритных сталей должны быть подвергнуты термическому от­ пуску для «смягчения» структур закалки и снятия остаточных

бования стойкости против МКК. Эта стойкость обеспечивается рекомендуемой в табл. 14.4 термообработкой.

Г л а в а 15. ФЕРРИТНЫЕ СТАЛИ (Зубченко А. С.) 15.1. Состав и свойства сталей

15.1.1. Структура сталей

При содержании ~ 12 % Сг в соответствии с рис. 13.1 у сплавов Fe—Сг имеет место замыкание области у-твердых растворов. Точки А, и Аз на диа­

С учетом этих возможностей в ГОСТ 7350—77 внесены требования по мини­ мально допустимым значениям KCU стали 15X25 до 0,2 МДж/м2 (рис. 15.2). У стали 15Х25Т, произведенной по модернизированной технологии прокатки листов, ударная вязкость при нормальной температуре достигает 0,8 МДж/м2,

устали 08Х23С2Ю — на уровне 100 °С.

15.2.Свариваемость сталей

15.2.1. Охрупчивание сталей при нагреве

Особенностью высокохромистых сталей ферритного класса яв­ ляется их склонность к дополнительному резкому охрупчива­ нию под воздействием сварочного нагрева. Ударная вязкость и

мического цикла сварки значения Ткр исследованных плавок

сталей 15Х25Т и 08Х23С2Ю повышаются соответственно до 120 и 300 °С, то есть существенно выше нормальной темпера­ туры.

Охрупчивание ферритных сталей возможно также после вы­

Ударная вязкость стали после кратковременного нагрева при 475°С снижается до 0,3 против 0,9 МДж/'м2.

Отрицательное влияние хрупкости при 475 °С может быть устранено нагревом при более высоких температурах. На рис. 15.4 представлено влияние температуры «закалки»'на ударную вязкость и относительное удлинение образцов из стали 15X25, охрупченной после нагрева в течение 0,5 ч при 475 °С. В соот­ ветствии с этими данными, нагрев при 750—760 °С практиче­ ски полностью восстанавливает исходный уровень пластичности и вязкости стали. Более высокие температуры нагрева значи­ тельно менее эффективны, так как способствуют росту феррит­ ного зерна, особенно заметно при 1000 °С. Хрупкость при 475° сменется на хладноломкость при нормальной температуре вследствие формирования грубозернистой структуры.

15.2.2. Сопротивляемость XT

Образование трещин в сварных соединениях ферритных ста­ лей не имеет ничего общего с замедленным разрушением, ха­ рактерным для сварных соединений закаливающихся сталей. Показатели трещиностойкости ферритных сталей формируются непосредственно в процессе сварочного нагрева и в дальней­ шем остаются неизменными. -Это упрощает исследования сва­ риваемости сталей ферритного класса, так как в данном слу­ чае испытания образцов не обязательно проводить сразу после их сварки. Технологические свойства ферритных сталей при сварке могут быть оценены по степени влияния сварочного на­ грева на значение температуры перехода околошовного ме­ талла в хрупкое состояние. Количественная оценка склонности

острых шлаковых включений, скоплений пор, подрезов и че­ шуек на поверхности швов).

15.2.3. Выбор теплового режима сварки

Для сталей ферритного класса подогрев следует назначать, ис­ ходя из значения Тк в исходном состоянии и после воздействия термического цикла сварки. С учетом этого во избежание об­ разования трещин сварку, гибку, правку и все операции, свя­ занные с ударными нагрузками, при изготовлении узлов хими­ ческого оборудования из сталей 08X17Т и 15Х25Т в ОСТ 26- 01-82—77 рекомендуется проводить с подогревом до 150— 200 °С (табл. 15.4).

Однако подогрев может оказать отрицательное влияние на пластичность и ударную вязкость околошовного металла с фер­ ритной структурой, так как способствует уменьшению скорости охлаждения и увеличению продолжительности нагрева в ин­ тервале температур, близких к 475 °С. Не влияя на уровень ударной вязкости, ускоренное охлаждение повышает пластич­ ность стали 15Х25Т со структурой перегрева. Например, отно­ сительное удлинение образцов из стали 15Х25Т, подвергнутой нагреву до 1400 °С с последующим быстрым охлаждением со скоростью ~ 100 °С/с, составило 8 % против 0—2 % в случае медленного охлаждения (2 и 10 °С/с).

Ускоренное охлаждение наиболее существенно повышает пластичность стали с низким содержанием примесей внедре­ ния. Например, у стали типа 01X30, содержащей 0,008 % С и 0,022 % N, после высокотемпературного сварочного нагрева и быстрого охлаждения 6>25% , ан> 2,8 МДж/м2.'

ТАБЛИЦА 15.4

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА СВАРКИ ХРОМИСТЫХ

узлов из стали 08X17Т в химическом машиностроении приме­ няют иногда электроды типа Э-10Х17Т (УОНИ/ЮХ17Т), изго­ тавливаемые на проволоке СВ-10Х17Т. Эту же проволоку ис­ пользуют при аргонодуговой сварке, а также автоматической сварке под флюсом. Ударная вязкость металла шва в таких случаях составляет не более 0,05 МДж/м2. Деформация .свар­ ных соединений без нагрева невозможна в связи с растрески­ ванием металла шва и околошовной зоны.

15.3.2.Термическая обработка

Всвязи с невозможностью измельчения структуры ферритных сталей методами термической обработки хрупкость их сварных соединений является необратимой. Термическая обработка,

применяемая для сварных соединений сталей ферритного класса, положительно сказывается в основном на снижении уровня остаточных напряжений. Отжиг при 760 °С является универсальным для сталей ферритного класса. При этой тем­

сварных соединений сталей 08X17Т и 15Х25Т. В частности, по­ сле термообработки при 760 °С длительностью 2 ч возможен изгиб сварных соединений стали 08Х17Т на 120°, что необхо­ димо при испытаниях на межкристаллитную коррозию по ГОСТ 6032—75.

15.3.3.Механические и служебные свойства соединений

Втабл. 15.5 приведены механические свойства сварных соеди­ нений хромистых ферритных сталей с обычным и низким со­ держанием С и N. В случае применения аустенитных электро­ дов и проволок металл шва сварных соединений обычных и «чистых» по примесям сталей отличается высокой пластично­ стью и ударной вязкостью. Если для сварки применены одно­ родные электроды и проволоки с обычным содержанием при­ месей, то пластичность и ударная вязкость металла шва крайне

низкие и какие-либо требования к этим характеристикам не предъявляются. Лишь в случае низкого содержания примесей, что обеспечивается, например, при аргонодуговой сварке ста­ лей ЭП882-ВИ и ЭП904-ВИ с присадочной проволокой марок Св-02Х18М2Б-ВИ и Св-02Х19ЮЗБ-ВИ, у металла шва могут быть достигнуты высокие значения пластичности (об^ 2 2 % ) и ударной вязкости (K C U ^0,5 МДж/м2). Ударная вязкость око­

лошовного металл^ сварных соединений сталей ЭП882-ВИ и ЭП904-ВИ также составляет не менее 0,5 МДж/м2.

Для сварных соединений сталей с обычным содержанием примесей величина ударной вязкости не регламентируется.

Сварные соединения всех хромистых ферритных сталей от­ личаются высокой коррозионной стойкостью в различных аг­ рессивных средах. Легирование основного металла и шва ста­ билизирующими элементами (Ti, Nb) обеспечивает стойкость сварных соединений против МКК как в исходном состоянии, так и после термической обработки.

Глава 16. АУСТЕНИТНЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ СТАЛИ

(Якушин Б. Ф.)

16.1. Состав, структура и назначение

Аустенитные жаропрочные стали представляют собой стабильный однофаз­ ный твердый раствор Сг и Ni на основе Fe с г. ц. к. кристаллической ре­

1Х14Н18В2БР1, Х16Н9М2, Х16Н14В2БР и др., они способны длительно ра­ ботать под напряжением при температурах до 500°С (табл. 16.1). Развитие процессов ползучести гомогенных аустенитных сталей ослаблено вследствие высокого легирования твердого раствора, деформирующего кристаллическую решетку из-за различия в размерах атомов, что повышает внутреннее тре­ ние в решетке и сопротивление сдвигу в кристаллите, а также ослабляет диффузию по их объему;

— гетерогенные стали, упрочняемые термообработкой — закалкой и ста­ рением. В результате такой термообработки аустенитные стали образуют карбидные, карбонитридные, интерметаллидные фазы, обеспечивающие дли­ тельную работоспособность под напряжением при более высоких темпера­ турах (до 700 °С). Эти фазы не растворяются при длительном высокотем­ пературном нагреве, являются барьером для движения дислокаций, снижают интенсивность пограничной диффузии и повышают температуру рекристал­ лизации. Стабильность избыточных фаз тем выше, чем больше величина межатомных сил связей в твердом растворе и в упрочняющей фазе. Наибо­ лее стабильны фазы Лавеса: F^W, Ре2Мо, Fe2Ti и др. [1]. К этой группе относятся стали следующих марок: Х12Н20ТЗР, 40Х18Н25С2, Х15Н18ВЧТ, 1Х15Н35ВТР и др.

Наряду с высокой жаропрочностью, все указанные выше стали обла­ дают значительной, жаростойкостью вследствие высокого содержания Сг, образующего на поверхности прочные окислы хрома, а также антикоррозион­ ной стойкостью в различных средах (в том числе в жидком Na, Li и др.).

Они предназначены для изготовления элементов теплоэнергетических, химических и атомных установок, испытывающих совместное действие на­ пряжений, высоких температур и агрессивных сред. Типовые детали: ло­ патки газовых турбин, камеры сгорания, горячие тракты газотурбинных двигателей, автоклавы, трубопроводы с жидким теплоносителем первого контура атомных реакторов и с перегретым паром и т. д.