1. Материал сварной конструкции.

Существующие аустенитные высоколегированные стали и сплавы различают по содержанию основных легирующих элементов — хрома и никеля и по составу основы сплава. Высоколегированными аустенитными сталями считают сплавы на основе железа, легированные различными элементами в количестве до 55%, в которых содержание основных легирующих элементов — хрома и никеля обычно, где выше 15 и 7% соответственно. К аустенитным сплавам относят железоникелевые сплавы с содержанием железа и никеля более 65% при отношении никеля к же­лезу 1:1,5 и никелевые сплавы с содержанием никеля не менее 55%

Сталь 12Х18Н10 относиться к аустенитным сталям. Применяется как корозионностойкий, а так же как жаропрочный материал. По системе легирования материал относится к хромоникелевым сталям. Из данной стали изготавливают тонколистовой прокат по ГОСТ 5582-75, а так как по заданию требуются листы толщиной 10мм, то следует рассмотреть механические свойства этого проката (таблица 1.1).

Таблица 1.1- Механические характеристики проката из стали 12Х18Н10

Марка стали	σВ,Н/мм2	σт ,Н/мм2	δ, %
	Не менее
12Х18Н10	530	205	40

Химический состав стали по ГОСТ 5632 указан в таблице 1.2

Таблица 1.2- Массовая доля элементов стали 12Х18Н10, %.

C	Si	Mn	Cr	P	S	Ti,
≤ 0.15	≤1	≤0.8	24-27	≤0.035	≤0.025	(5 С - 0.9) остальное Fe

1.2 Оценка технологической свариваемости.

Главной и общей особенностью сварки является склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин, имеющих межкристаллитный характер. Они могут наблюдаться как в виде мельчайших микронадрывов, так и видимых трещин. Горячие трещины могут возникнуть и при термической обработке или работе конструкции при повышенных температурах. Образование горячих трещин связано с формированием при сварке крупнозернистой макроструктуры, особенно выраженной в многослойных швах, когда кристаллы последующего слоя продолжают кристаллы предыдущего слоя, и наличием напряжений усадки.

Кроме сложности получения на аустенитных высоколегированных сталях и сплавах швов без горячих трещин, имеются и другие особенности сварки, обус­ловленные особенностями их использования. К сварным соединениям жаропроч­ных сталей предъявляется требование сохранения в течение длительного времени высоких механических свойств при повышенных температурах. Большие скорости охлаждения при сварке приводят к фиксации неравновесных структур в металле шва. В процессе эксплуатации при температурах выше 350°С в результате диффузионных процессов в стали появляются новые структурные составляющие, приводящие к снижению пластических свойств металла шва. Термическое ста­рение при 350—500°С вызывает появление «475-градусной хрупкости», а при 500—650°С приводит к выпадению карбидов и одновременно к образованию σ-фазы. Выдержка при 700—850° С интенсифицирует образование σ-фазы с соответствующим сильным охрупчиванием металла при более низких температурах и снижением прочности при высоких температурах. При этом возрастает роль и интерметаллидного упрочнения. В процессах теплового старения аустенитных сталей ведущее место занимают процессы карбидного и интерметаллидного упрочнения, поэтому для уменьшения склонности сварных соединений жаростой­ких и жаропрочных сталей к охрупчиванию в результате выпадения карбидов эффективно снижать содержание углерода в основном металле и металле шва.

Высоколегированные аустенитные стали и сплавы наиболее часто используют как коррозионностойкие. Основным требованием, которое предъявляется к сварным соединениям, является стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия может развиваться как в металле шва, так и в основном металле у линий сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении от шва. Механизм развития этих видов коррозии одинаков, однако причины возникновения различны.

Для данной стали о свариваемости ориентировочно судят по эквивалентному содержанию легирующих элементов хрома (Сr) и никеля (Ni).

Типы структур которые возникают в высоколегированных сталях при охлаждении на воздухе с температуры 900˚С представлены диаграммой Шефлера.

(1)

(2)

[Думов.c.170]2

При помощи диаграммы Шефлера определяем примерный тип микроструктуры сварного шва. Из диаграммы следует, что микроструктура сварного шва – аустенит.

В изделиях из жаропрочных и жаростойких сталей, работающих при высоких температурах, с целью предотвращения горячих трещин количество феррита в швах ограничивают 4-5%.

Нержавеющая сталь восприимчива к межкристаллитной коррозии. Межкристаллитная коррозия (МКК) - один из наиболее опасных видов местной коррозии сплавов, вызывающий избирательное разруше­ние по границам зерен. В результате этого происходит потеря прочно­сти и пластичности сплава и преждевременное разрушение ответствен­ных конструкций. Межкристаллитная коррозия наблюдается у многихтехнических сплавов: на основе железа, и в особенности у нержавею­щих сталей различных классов (Fe-Cr, Fe-Cr-Ni, Fe-Mn-Ni-Cr и др.), на основе никеля (Ni-Mo, Ni-Cr-Mo), на основе алюминия (Al-Cu, Al-Mg-Si).

Причина межкристаллитной коррозии - электрохимическая неод­нородность структуры сплава, когда границы или приграничные зоны кристаллов являются более электрохимически отрицательными по сравнению с телом зерна. Это может быть следствием ликвации, выде­ления новых фаз по границам зерен, которое происходит при термооб­работке или сварке в зоне термического влияния. Интенсивность МКК зависит как от состава и обработки сплава, так и от коррозионной среды. Решающим фактором, определяющим появление склонности к МКК, является содержание углерода в стали.

При содержании > 0,02%С, что соответствует промышленным сталям типа 18*8, их структура в равновесном состоянии состоит и аустенита, а-фазы и карбидов (Сг,Ре)иСб. Растворимость углерода в аустените при комнатной температуре составляет 0,02-0,03% и изменяется по линии SE. После закалки с температуры выше этой линии углерод будет находиться в пересыщенном твердом растворе и при нагреве (от­пуск, сварка) может выделяться в виде карбидов. В результате межкри­сталлитной внутренней адсорбции концентрация некоторых элементов, и в частности углерода, на границах зерен может быть значительно вы­ше по сравнению со средним содержанием его в стали. Из пересыщен­ного твердого раствора при нагреве ниже линии SE (отжиг, зона терми­ческого влияния при сварке) происходит выделение вторичных фаз (карбиды хрома). Образующаяся в результате этого негомогенность сплава по структуре, а главное по содержанию хрома в твердом раство­ре приграничной области, и является причиной склонности к межкри­сталлитной коррозии.

Важным фактором, изменяющим склонность к МКК нержавею­щих сталей, является режим термообработки. Для аустенитных сталей интервал температур, при которых происходит выделение карбидов по границам зерен, лежит в пределах температур 500-900°С. Ниже 500°С диффузионная подвижность атомов, необходимая для образования но­вых фаз, мала, а при температуре выше 900°С возможна коагуляция об­разовавшихся фаз и диффузионное выравнивание концентрации хрома в твердом растворе, что устраняет склонность к МКК.

Влияние термообработки на склонность сплава к МКК наиболее полно можно охарактеризовать построением зависимости появления и исчезновения склонности к МКК от температуры t и времени т, так называемых С-образных кривых или диаграмм Ролласона. Температуры и время термообработки, попадающие в область, где сталь проявляет склонность к МКК, соответствуют образованию сплошной сетки карби­дов по границам зерен. Титан, ниобий, тантал являются энергичными карбидообразователями. Их вводят для связывания углерода в прочные карбиды, предотвращая образование карбидов хрома.

Необходимые количества этих металлов для устранения МКК значительно превосходят те количества, которые можно рассчитать, ис­ходя из соотношений металла к углероду в образовавшихся карбидах, так как часть их расходуется на образование нитридов, а часть раство­ряется в аустените. При обычном содержании азота в стали (<0.04 %) принимают следующие соотношения, %(вес): Ti: С > 5; Nb : С i 11; Та : С > 20. Недостаток легирования ниобием аустенитных хромоникелевых сталей заключается в возможности появления в них горячих трещин при сварке.

Стали этой группы требуют применение электродных материалов, обеспечивающих однофазную аустенитную или аустенитно-карбидную структуру.

Стали данного класса склонны к образованию трещин при сварке. Однако предварительный и сопутствующий подогрев кромок, рекомендуемый при сварке жаропрочных сталей и сплавов, при сварке коррозионностойких сталей из-за снижения коррозионной стойкости соединения нежелателен. Подогрев может быть допущен только в случае последующей закалки или стабилизации изделия.