книги из ГПНТБ / Лившиц Л.С. Сварка легированных сталей на монтажных работах в строительстве

ленного разницей концентраций в растворе диффундирующего вещества (рис. 77).

Поскольку это процесс диффузионный, то, пользуясь дан­ ными табл. 63 и зная концентрацию углерода в растворе нелегированной стали (0,02 % при 700°), подвергавшейся сварке, мож­ но рассчитать концентра­ цию углерода в раство­

ре высоколегированных швов при той же темпе­ ратуре нагрева.

Расчет по изложен­ ной ранее методике пока­ зал, что при нагреве до 700° в аустените хромони­ келевых сталей марок Х18Н8 и Х25Н20, а также в феррите хромистой ста­ ли Х13 растворено около

0,01455% углерода. В

аустените сплава Х15Н60 находится в растворе око­

ло 0,01728% углерода.

Обращает на себя вни­ мание, что для сталей

Х18Н8, Х25Н20 и Х13

глубина обезуглерожива­

Это позволяет считать, что повышение содержания хрома сверх 13% и введение в сталь до 18—20% никеля мало сказывается на содержании находящегося в растворе углерода. Даже измене­ ние типа кристаллической решетки растворителя не сказалось на концентрации твердого раствора углерода. Основным факто­ ром является, по-видимому, содержание карбидообразующего хрома.

Ранее были приведены опытные и расчетные данные о влия­ нии на концентрацию углерода в феррите содержания в стали

до 1,36% количества хрома в эффективном исчислении (см.

рис. 74). Выше было получено значение концентрации углерода в феррите для стали, легированной 12,7% хрома. Чтобы полу­ чить сведения о концентрации твердого раствора при промежу­ точном содержании хрома в стали, были проделаны опыты с образцами, в которых на углеродистую сталь (0,16% С,

184

0,48% Mn) наплавляли металл, легированный 5,2% хрома. После 100-часового нагрева образцов при 700° обезуглероживание на« нелегированной стали составило 2,3 мм, чему по расчету соот­ ветствует около 0,0151% углерода в феррите легированной хро­ мом стали.

Общий график зависимости содержания углерода в твердом« растворе от содержания хрома в стали представлен на рис. 78..

Из приведенного графика видно, что активное влияние на умень­ шение концентрации углерода в феррите хром оказывает при.

Рис. 78. Влияние содержания хрома в стали на концентрацию углерода в феррите при 700°

содержании его в стали примерно до 3%. Последующее увеличе­ ние количества хрома мало сказывается на дальнейшем изме­ нении концентрации углерода в твердом растворе а-железа,

при 700°.

Найденное содержание углерода в растворе аустенитных ста­ лей и установленная закономерность влияния хрома на состоя­ ние раствора углерода в феррите вместе с аналогичными сведе­ ниями о влиянии других легирующих элементов (см. рис. 74) позволяют подойти к рассмотрению принципов расчета легиро­ вания перлитных сталей, которые при аустенитных швах будут давать сварные соединения, не склонные к образованию струк­ турной неоднородности в сплавлении при нагреве.

Основа расчета в этом случае остается та же, что и ранее приведенная: соответствующим легированием перлитной стали карбидообразующими элементами надо достигнуть того, чтобы содержание углерода в феррите этой стали было таким же, как в растворе аустенитного шва (или аустенитной стали при прес­ совой сварке) —0,01455%.

185«

Наглядным примером такого расчета для случая, получивше­ го широкое практическое подтверждение, является сварка стали 12Х5М аустенитными электродами ЭНТУ-3.

Сталь 12Х5М содержит до 0,12%C, O,4°∕oMn; 4—6 % Cr и 0,4—0,60∕o Mo. Если расчет вести по среднему и наиболее часто встречающемуся составу (0,1% С, 0,4% Mn, 5% Cr, 0,5% Mo), то получим: содержание углерода, отвечающее критическому от-

ли 5—0,17 = 4,83%. Этому эффективному содержанию хрома по графику на рис. 78 соответствует 0,015% растворенного углерода.

Имеющемуся 0,4% Mn (все количество является эффектив­

ным, поскольку углерод рассчитан на молибден и хром), по

данным рис. 74,а, соответствует 0,019% углерода в феррите. По­ нижение концентрации произошло на 0,02—0,019 = 0,001%.

Таким образом, в феррите стали 12Х5М при 700° растворе­ но около 0,015—0,001 = 0,014% углерода. В аустенитном хромо­

температуры (510 ÷ 550°), при которой происходит Эксплуатация

таких сварных соединений, разница концентраций углерода, на­ ходящегося в твердом растворе металла шва и свариваемой ста­ ли, будет еще'меньше, поэтому практически одинаковое содер­ жание растворенного углерода при длительной эксплуатации не приводит к образованию структурной неоднородности в участ­ ке сплавления.

Опыт успешной многолетней эксплуатации при теміперату-. pax от —20 до+ 550° трубопроводов из стали 12Х5М с аустенит­ ными швами показал, что при отсутствии перемещения углеро­ да в сплавлении и низком содержании углерода в стали наличие узкой зоны смешения металлов разнородных структурных клас­ сов с повышенной твердостью не является опасным. Эта зона с элементами мартенситного строения при низком содержании уг­

нагреве.

Подводя итог проведенному изучению роли структурной неоднородости в участке сплавления сварных соединений, причин ее образования и способов предотвращения ее появления в про­ цессе эксплуатации, можно отметить следующее.

186

Структурная неоднородность в участке сплавления по-разно­ му легированных сталей возникает при нагреве сварного соеди­ нения в тех случаях, когда концентрация углерода в растворе соприкасающихся металлов оказывается разной. Образующийся градиент концентрации приводит к перемещению углерода в ту часть сварного соединения, в которой комплекс легирования при

имеющемся общем содержании углерода в стали, привел к боль­

шему обеднению твердого раствора.

Образующаяся при таком процессе структурная неоднород­

ность в зоне сплавления состоит из примыкающих друг к другу сильно обезуглероженной и науглероженной зон. Эта неоднород­ ность оказывает вредное, порой пагубное влияние на свойства

сварных соединений. Под влиянием неоднородости в участке сплавления значительно повышается чувствительность к нали­ чию концентраторов напряжений при действии на сварное сое­

динение растягивающих усилий; у сварных соединений пони­ жается выносливость (сопротивление усталости) и длительная прочность при высоких температурах.

Получение сварных соединений легированных сталей, не склонных к образованию при нагреве структурной неоднород­ ности в сплавлении, может быть достигнуто на основе выбора необходимого легирования соприкасающихся металлов. Легиро­ вание контактирующихся по линии сплавления сталей феррито­ перлитного класса должно обеспечить в них близкое по концент­ рации растворенного углерода состояние твердого раствора.

Изучение влияния легирующих элементов на содержание уг­ лерода в феррите и найденные значения концентраций раство­ ренного углерода, отвечающие различному легированию разны­ ми элементами, позволило разработать метод расчета, опреде­ ляющего содержание углерода и легирующих элементов в

сталях, соприкасающихся по зоне сплавления. При сварке плав­ лением этот расчет позволяет определить необходимый состав металла шва, а при прессовых методах сварки — составы свари­

ваемых сталей, нагрев которых не будет вызывать образования структурной неоднородности в зоне сплавления. Пользуясь раз­ работанным методом расчета, можно для готового сварного сое­ динения определить склонность к образованию структурной не­ однородности при нагреве и скорость развития неоднородности при различных температурах.

Большой практический интерес имеют вопросы сварки ста­

лей разнородных структурных классов и использование аусте­ нитных электродов для сварки неаустенитных сталей.

Проведенные исследования показали, что структурная неод­ нородность в сплавлении аустенитной стали со сталью другого

структурного класса может вызываться двумя причинами. Пер­ вой причиной является смешивание разнородных металлов с образованием промежуточных сплавов мартенситного класса.

187

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеенко Μ. Ф. и Лившиц Л. C., Индукционный нагрев при термообработке стали, Оборонгиз, 1953.

2. Б о ч в а р А. H., H о в и к о в И. И., Изв. АН СССР OTH, 1952, № 2.

3.Брук Б. И., Известия АН СССР OTH. Серия металлургия и топливо, 1961, № 1.

4.Глизманенко Д. Л. и Евсеев Г. Б., Газовая сварка и резка ме­ таллов, Машгиз, 1961.

5.Готальский Ю. H., Автоматическая сварка, № 8, 1961.

6. Г р у з и н П. Л. и др., Проблемы металловедения и физики металлов. Сб. ЦНИИЧМ, № 5, Металлургиздат, 1958.

7. Заруба И. И., Касаткин Б. C., Каховский Н. И., Потапь-

•е в с к и й А. Г., Сварка в углекислом газе, Гостехиздат (Киев), 1960.

8.Земзин В. H., «Котлотурбостроение» № 6, 1950.

9.Земзин В. H., C т а н ю к о в и ч А. В., «Автоматическая сварка» № 7,

1961.

10.Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. Справочное пособие, Машгиз, 1960.

11.Конструкционные стали (справочник), Металлургиздат, 1947.

12. Л е-К лер, Диффузия в металлах. Сб. Успехи физики металлов, т. 1, Металлургиздат, 1956.

13.Лившиц Л. C., Бахрах Л. П., Панич С. И., «Металловедение

итермическая обработка», № 1, 1958. ■

14.Л и в ш и ц Л. C., П оляков а Р. Б, Максимова О. И., «Электри­ ческие станции» № 7, 1961.

15.Л и в ш и ц Л. C., C а в в и н а Н. Μ., Бахрах Л. П., Лунин И. И., «Сварочное производство» № 2, 1956.

16.Лившиц Л. C., Рахманов А. C., «Заводская лаборатория» № 5,

1958.

17.Л и в ш и ц Л. C., P а X м а н о в А. C., «Заводская лаборатория» № 2,

1959.

18. Любав ский K- В., Никитин Ю. Μ., «Автоматическая сварка»

№7, 1960.

19.Любавский К. В., Студниц Μ. А., «Сварочное производство»

№4, 1959. .

20.Макара А. Μ. и Россо шинский А. А., «Автоматическая сварка»

№6, 1959.

’21. M ед о в а р Б. И., Сварка хромоникелевых аустенитных сталей, Маш­

гиз, 1958.

22. Металловедение и термическая обработка (справочник), Металлург­ издат, ІУоб.

.23. Миркин И. Л., Б л а н т е р Μ. E., «Металлург» № 1, 1937.

24.Наумов В. Г., Орлов В. Μ., «Изготовление и монтаж технологи­ ческих трубопроводов, Госстройиздат, 1961.

25.Николаев Г. А., Напряжения и деформации при сварке, сб., Маш­ гиз, 1952.

189

4.Методы оценки свойств сварных соединений легированных

сталей.................................................................................................

2.Характеристика процессов, . происходящих в зоне сплавления при нагреве, и влияние образующейся структурной неоднород­

191

ОПЕЧАТКИ