Свариваемость материалов

коагулирование карбидов на границах зерен. При сварке с ма­ лой погонной энергией (ЭЛС и др.) сверхнизкоуглеродистых жаропрочных сталей, легированных Mo, Х16Н9М2 и др. послесварочная термообработка не обязательна [3].

Гл ав а 17. АУСТЕНИТНЫЕ КОРРОЗИОННОСТОИКИЕ СТАЛИ (Липодаев В. Н.)

17.1.Состав, структура и назначение

Каустенитному классу коррозионностойких сталей относятся стали, имею­ щие после высокотемпературного нагрева преимущественно структуру аусте­ нита; эти стали могут содержать до 10 % феррита. Состав и свойства кор­

В сталях типа 18-10 в зависимости от температурно-временных условий обработки могут происходить следующие фазовые превращения: выделение избыточных карбидных фаз и 0-фазы при нагреве в интервале 450—900 °С; образование в аустенитной основе 6-феррита при высокотемпературном (бо­

ванием (стабилизацией) сильными карбидообразующими элементами (тита­ ном или ниобием) достигается высокая стойкость сталей типа 18-10 против межкристаллитной коррозии (МКК).

Принципиальная схема термической обработки нестабилизированных (а) и стабилизированных (б) сталей типа 18-10 представлена на рис. 17.1 [1]. Нестабнлизированные стали подвергают закалке путем нагрева выше тем­ пературы растворения карбидов хрома (Гр) и достаточно быстрого охлаж­

дения в воде или на воздухе. Температура закалки Гэ определяется из рас­

Закалка является эффективным средством предупреждения МКК и при­ дания стали оптимального сочетания механических и коррозионных свойств. Однако она не всегда выполнима. В этом случае часто применяют стабили­ зирующий отжиг. Температуру отжига Т0 обычно выбирают в зоне актив­ ного выделения специальных карбидов (850—950 °С).

/Хромоникелевые стали в СССР и за рубежом широко используют в гаарных конструкциях, работающих в контакте с азотной кислотой и дру­ гими средствами окислительного характера, некоторых органических кисло­ тах, органических растворителях, атмосферных условиях и т. д.

Хромомарганцевые и хромомарганценикелевые стали. Мп в сталях иг­ рает роль заменителя Ni. Поскольку он более слабый аустенизатор, чем Ni, стали дополнительно легируют Ni, N либо обоими элементами. Мп не­ сколько снижает общую коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, однако она сохраняется удовлетворительной при легировании Мп сталей вплоть до 13— 14%. Стали с 14% Сг (1ОХ14Г14Н4Т) 4 устойчивы против общей коррозии в атмосферных условиях, в 45 %-ной НЫОз до 60 °С, стали с 17 % Сг в 45 %-ной H N 03 до 100 °С, а в 60 %-ной — до 60 °С.

Ведущей избыточной фазой, выделяющейся в хромомарганцевых и хромомарганценикелевых сталях, в том числе легированных N, является карбид Me2зСб [1]. Мп увеличивает растворимость углерода в у’твеРД°м растворе.

Мп увеличивает стабильность аустенита при охлаждении и холодной пластической деформации. Вместе с тем марганец сообщает сталям боль­ шую склонность к наклепу при пластической деформации. Это свойство

лей). Закалка фиксирует состояние гомогенного твердого раствора, что обес­ печивает оптимальное сочетание свойств.

Стали этой группы предназначены для изготовления разнообразного сварного оборудования, работающего в средах химических производств сла­ бой агрессивности, криогенной техники до температуры —253 °С, а также их используют в качестве жаростойкого и жаропрочного материала до 600— 700 °С.

Хромоникельмолибденовые стали. К этой группе относятся хромонике­ левые стали, дополнительно легированные 2—4 % Мо. Молибден повышает коррозионную стойкость сталей в условиях воздействия фосфорной, муравьи­ ной, уксусной кислот и других средах повышенной агрессивности. .Повыше­ ние содержания Ni по сравнению со сталями типа 18-10 сопряжено с умень­ шением растворимости С и соответственно повышением его активности при образовании карбидных фаз. По этой причине стали этой группы часто стабилизируют Ti или Nb.

Сг, Мо и Si в хромрникельмолибденовых сталях способствуют выделению сг-фазы при отпуске в диапазоне температур 600—900 °С. Образование a-фазы по границам зерен может явиться причиной протекания МКК в кон­ струкциях, эксплуатируемых, например, в производстве гидроксиламинсульфата.

Рекомендуемой термической обработкой для всех молибденсодержащих сталей является закалка с 1050— 1120°С в воде. В этом состоянии стали имеют преимущественно аустенитную структуру. После высокотемпературного

Применение методов, способствующих измельчению кристал­ лов и устранению столбчатой структуры, повышает стойкость швов против образования горячих трещин. Одним из наиболее эффективных методов является получение швов, имеющих не­ которое количество [~ 2 —6% (объемн.)] первичного. 6-фер­ рита. Благодаря ферриту изменяется схема кристаллизации металла шва, возрастает растворимость в нем ликвирующих примесей, достигается измельчение и дезориентация структуры. Получение аустенитно-ферритных швов достигается дополни­ тельным легированием их через электродную проволоку, по­ крытие или керамический флюс элементами-ферритизаторами (Cr, Si, Mo, Nb, V).

Холодные трещины могут возникать как в процессе остыва­ ния сварных соединений, например в интервале 500—700 °С, так и при комнатной температуре спустя некоторое время после окончания сварки. Причиной появления холодных трещин мо­ гут явиться фазовые превращения, например, в результате об­ разования в значительных количествах a-фазы, мартенситной составляющей либо другой охрупчивающей фазы [4]. Они могут наблюдаться также в швах и околошовной зоне материалов, не претерпевающих структурных превращений, но обладающих малым запасом пластичности из-за чрезмерно высокой степени упрочнения твердого раствора. Холодные трещины в отличие от горячих могут иметь внутрикристаллитный характер. Оча­ гами их зарождения могут быть также горячие трещины.

17.2.3.Хрупкие разрушения при эксплуатации

17.2.2.2.Коррозионное растрескивание. Процесс коррозии под напряжением (КРН) является следствием циклического механоэлектрохимического эффекта в агрессивных средах. В местах поверхностных дефектов и на участках концентрации напряже­ ний в сварных соединениях происходит образование микротреЩин. Функционирует микрокоррозионная пара: вершина тре­ щины (анод)— остальная поверхность под оксидной пленкой (катод). Накапливающиеся на аноде продукты коррозии заку­ поривают трещину и расклинивают ее.

Связь между разрушающим напряжением (а) и временем до разрушения для коррозионностойких сталей описывается за­ висимостью, приведенной на рис. 17.2. Напряжение акр является Пределом длительной коррозионной стойкости материалов.

Сварные соединения аустенитных сталей могут быть под­ вержены КРН в водных растворах хлористых солей, растворах Щелочей, некоторых азотнокислых солей и др., а также в паровдй фазе [1].

В наибольшей степени склонны к КРН сварные соединения аустенитных хромоникелевых сталей типа 18-10, 17-13-2, а также

хромоникельмарганцевая сталь 10Х14Г14Н4Т, для которых ха­ рактерно низкое отношение Окр/^в (0,25—0,4). Напротив, фер­ ритные и аустенитно-ферритные коррозионностойкие стали и их

кконцентрации напряжений. При

оценке механических свойств важно установить соотношение между характеристиками, используемыми для расчета конст­ рукции и склонностью материала к концентраторам напряже­ ний или хрупкому разрушению.

К категории сравнительных испытаний, отражающих чувст­ вительность металла к концентраторам напряжений (хрупкому

аустенитных сталей (от до 500—550 МПа), сплавов на железной и никелевой основе с сгт до 700 МПа, в том числе дисперсионнотвердеющих, а также сталей аустенитно-мартенситного и мар­ тенситного классов (<гт до 1150—1200 МПа).

17.3. Технология сварки и свойства соединений

17.3.1. Выбор сварочных материалов

Выбор сварочного материала определяется условиями получе­ ния бездефектного металла шва, удовлетворяющего по своим свойствам требованиям, предъявляемым к нему условиями экс­ плуатации конструкции. Вследствие повышенной склонности аустенитных швов к образованию горячих трещин, понижен­ ной их коррозионной стойкости, трудности легирования.легкоокисляюшимися элементами (Al, Ti и другими) часто ориенти­ руются на получение швов, по химическому составу отличаю­ щихся от свариваемого металла. В табл. 17.2 приведены рекомендации по выбору материалов для сварки различными способами коррозионностойких сталей.

При сварке сталей с большим запасом аустенитности, осо­ бенно толщиной более 14—16 мм, высокая трещиноустойчивость достигается при легировании швов дополнительно Мп, Mo, N, ограничении содержания S (до 0,010%), Р (до 0,01 %), Si (до 0,2—0,3%), исключении'в них Ti, Nb, А1, а в ряде слу­ чаев использовании композитного по составу и структуре мно­ гослойного металла шва [13]. В последнем случае 70—80 % сечения шва («несущие» слои) выполняются с использованием сварочных материалов, отличных по химическому составу от свариваемой стали и обеспечивающих аустенитно-ферритную структуру. Остальная часть шва, обращенная в сторону агрес­ сивной среды, выполняется материалами близкого химического состава свариваемой стали.

17.3.2- Выбор режимов сварки

Специфическими особенностями физических свойств высоколеги­ рованных сталей являются пониженные температура из плавле­ ния и теплопроводность, высокие электросопротивление и коэф­ фициент линейного расширения. Эти особенности и предопреде­ ляют поведение аустенитных сталей при сварке.

Ток при дуговой сварке коррозионностойких сталей и спла­ вов снижают (на 10—30%) по сравнению со сваркой углеро­ дистых сталей. При его назначении необходимо учитывать тип соединения, наличие разделки кромок, качество сборки, наличие Или отсутствие подкладки, положение шва в пространстве

и т. Д- При контактной точечной и шовной сварке, напротив, при­

меняют более жесткие режимы сварки (в меньшей мере по току и в большей по усилию на электродах).

зии, если изделия эксплуатируются при температуре выше 350 °С, либо в средах, вызывающих коррозионное растрески­ вание. В последнем случае применяют медленное охлаждение.

17.3.4. Коррозионная стойкость

Коррозия сварных соединений может быть равномерной и со­ средоточенной. К сосредоточенной относятся: межкристаллитная, структурно-избирательная, ножевая, точечная. Межкристалйитная коррозия — наиболее опасный вид коррозионного разрушения. Применяют следующие способы повышения стой­ кости сварных соединений аустенитных сталей против этого вида коррозии:

1) уменьшение содержания углерода (^0,03% ) в стали и швах (применение низкоуглеродистых конструкционных ста­ лей и соответствующих сварочных материалов);