Вопрос 11

Сварка среднелегированных сталей средней (σв=900— 1300 МПа) и высокой (σв = 1500—2000 МПа) прочности затруднена вследствие склонности этих сталей к образованию закалочных структур. Для обеспечения требуемого качества сварных соединений придерживаются следующей технологии: в деталях из высокопрочной легированной стали должны быть конструктивно предусмотрены плавные переходы при примыкании элементов и изменении сечений, плавные закругления угловых соединений и другие конструктивные формы, устраняющие концентрацию напряжений; сборку элементов, как правило, рекомендуется производить в сборочных приспособлениях, обеспечивающих свободную усадку швов и сохранение при этом размеров конструкций; сварные   швы   выполняют  двумя  способами: с предварительным и сопутствующим подогревом, если к сварному соединению предъявляются требования прочности, равной или близкой прочности основного металла. Листовые конструкции толщиной 3 мм и менее сваривают без подогрева, при большей толщине назначают подогрев. Для сталей марок ЗОХГСА, 25ХГСА и др. температура подогрева 200—300 °С. Сварку ведут покрытыми электродами, содержащими в металле стержней пониженный процент углерода и обеспечивающими высокие механические свойства шва за счет его легирования. Электроды применяют с покрытием основного типа.

Тип электрода назначают в зависимости от марки стали: 385 (марки УОНИИ-13/85), Э100 (марки ВИ-10-6), 125 (марки НИАТ-ЗМ) и др. Чтобы избежать перегрева, применяют малую погонную энергию (пониженное тепло-вложение). После сварки соединение подвергают термообработке — высокому отпуску. Стали высокопрочные с повышенным содержанием углерода 30Х2ГСНВМ, 23Х2НВФА, ЗОХГСНА и др. при толщине металла не более 4—5 мм сваривают в аргоне вольфрамовым электродом. Для лучшего формирования стыковою шва первый слой сваривают в потолочном положении с защитой верхней стороны шва газом. Целесообразна аргонодуговая сварка импульсной дугой. Термообработка после сварки обязательна. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода или с большим числом швов на узлах, ребрах и т.п. рекомендуется применять промежуточный отпуск или локальную термообработку (индуктором газовым пламенем и т.п.) вдоль сварного соединения в процессе сварки; без предварительного и сопутствующего подогрева, если к сварному соединению не предъявляются требования прочности, близкой к прочности основного металла. В этом случае сварку швов выполняют электродами, обеспечивающими получение аустенитного металла шва с σв = 500—600 МПа. Применяют электроды марки НИАТ-5 (типа Э-11Х15Н25М6АГ2) и др. В этом случае последующую термообработку не производят.

13 Вопрос технология(тут воды нет!)) легированных

Высоколегированные стали и сплавы, как правило, обладают увеличенным до 1,5 раза коэффициентом линейного расширения при нагревании и пониженным в 1,5—2 раза коэффициентом теплопроводности по сравнению с низкоуглеродистыми сталями.

Большинство этих сталей склонно к образованию горячих или холодных трещин при сварке, что усложняет процесс обеспечения качества сварных соединений с требуемыми свойствами. При дуговой сварке высоколегированных сталей следует предохранять поверхности металла от попадания на него брызг металла и шлака, так как они, повреждая поверхность, могут быть причиной коррозии или концентрации напряжений, ослабляющих конструкцию. Для предохранения от приваривания брызг на поверхность металла, прилегающую к шву, наносят защитное покрытие (кремнийорганический лак, грунт ВЛ-02, ВЛ-023 и др.).

Высокохромистые мартенситные стали (20X13, 14Х17Н2 и др.), мартенситно-ферритные (12X13, 14Х12Н2МФ и др.)—это закаливающиеся стали, склонные к образованию холодных трещин. В меньшей степени к ним относятся стали ферритного класса (12X17, 08Х17Т, 08Х18Т1 и др.). Для предотвращения трещинообразования применяют предварительный или сопутствующий подогрев, особенно необходимый с увеличением содержания в стали углерода и ее толщины. После сварки мартенситные, мартенситно-фер-ритные, а иногда и ферритные стали подвергают высокому отпуску при температуре 680—720 °С, а жаропрочные (20X13, 12X13 и др.) — при температуре 730—750 °С. Отпуск улучшает структуру, механические свойства и коррозионную стойкость.

Следует учитывать, что коррозионная стойкость сталей, не содержащих титана или ниобия, при нагревании более 500 °С постепенно падает, поэтому в сталь вводят эти элементы и дополнительно легируют молибденом, ванадием и другими добавками, например мар-тенситная сталь 18X1ШНФБ; мартенситно-ферритная 18Х12ВМБФР; ферритная 15Х25Т и др. Для сварки используют режим с малой погонной энергией для предотвращения роста зерна и охрупчивания зоны термического влияния.

В покрытии электродов, применяемых для сварки высокохромистых сталей, не должно быть газообразующих органических соединений, а газовая защита должна осуществляться за счет диссоциации карбонатов и выделяемой при этом СО (окиси углерода). Как и при сварке среднелегированных сталей, требования к качеству сборки и очистки металла перед сваркой остаются такими же и еще более ужесточаются.

Высокохромистые стали рассмотренных классов свариваются также в среде аргона вольфрамовым электродом. Этим способом рекомендуется соединять детали толщиной до 5—6 мм с подогревом, последующая термообработка не требуется. Целесообразно сваривать вольфрамовым электродом корневые швы более толстой стали, что обеспечивает хорошее формирование обратного валика, остальные слои шва выполняют электродуговой ручной сваркой или другим способом.

К высоколегированным хромоникелевым сталям относятся стали аустенитного, аустенитно-мартенсито-вого и аустенитно-ферритного классов. Высоколегированные аустени-тные сплавы на железоникелевой или никелевой основе являются устойчиво аустенитными и не меняют структуры при нагревании и охлаждении на воздухе. Аустенитные хромоникелевые стали особенно чувствительны к увеличению углерода и серы, а также других элементов, образующих легкоплавкие эвтектики.

Для борьбы с горячими трещинами стремятся уменьшить содержание в стали и наплавленном металле С, S, Си и других элементов или подавить их другими добавками, связывающими S, как, например, Мп, а также уменьшить влияние термических напряжений путем применения благоприятных режимов сварки и предварительного и сопутствующего подогрева.

Хромомарганцевые стали 15Х17АГ14 и хромони-кельмарганцевые стали 12Х17Г2АН4 менее склонны к образованию горячих трещин, чем хромоникелевые.

В хромоникелевых сталях может развиваться межкристаллитная коррозия при замедленном охлаждении в интервале 500—800 °С в связи с тем, что по границам зерен происходит выделение карбидов хрома (Сг4С) за счет обеднения хромом участков, прилегающих к границам зерен. В результате этого содержание Сг в приграничных участках падает ниже 12%, что под действием агрессивных сред приводит к коррозии. Так как аустенит представляет собой твердый раствор Cr, Ni, Мп, С и других элементов в железе, а растворимость С в Fe не превышает 0,02—0,03 %, то в интервале указанных температур лишний углерод выделяется из твердого раствора и образует карбид хрома. Чем больше в стали углерода, тем больше ее склонность к межкристаллитной коррозии; увеличение процента хрома тормозит этот процесс.

Ферритная составляющая в аустенитно-ферритной стали должна быть в пределах 3—5 % феррита, Для предупреждения межкристаллитной коррозии, кроме того, необходимо применять сварку на низких режимах (на уменьшенных токах, малой погонной энергии и электродами диаметром не более 4—5 мм), особенно для многослойных швов.

Одним из дефектов аустенитно-мартенситных и аустенитно-ферритных сталей является склонность их при сварке к перегреву и охрупчиванию зоны влияния. Это вызывается ростом зерна в связи с перегревом ферритной фазы, образующейся вблизи зоны сплавления. Охрупчиванию способствует также превращение обогащенного углеродом аустенита (при высокой температуре аустенит переобогащается углеродом) в мартенсит с охлаждением шва. Снижение аустенитной фазы ниже 20 % повышает склонность их к межкристаллитной коррозии. Для предупреждения этого дефекта стремятся снизить содержание углерода в швах. Иногда назначают полную термообработку для восстановления коррозионных свойств.

Высокоуглеродистые аустенитные стали хорошо свариваются в атмосфере аргона с применением присадочной проволоки того же состава, что и основной металл, но с меньшим содержанием углерода; сварка рекомендуется для стали толщиной до 5—7 мм.

 Для сварки рекомендуется использовать неокислительные низкокремнистые, высоко-основные флюсы (фторидные) и покрытия электродов (фтористокальциевые). Сварка короткой дугой и предупреждение подсоса воздуха служит этой же цели.

Классификация высоколегированных сталей

Высоколегированные стали и сплавы являются важнейшими материалами, широко применяемыми в химическом, нефтяном, энергетическом машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления конструкций, работающих в широ-ком  диапазоне температур. Благодаря высоким механическим свойствам при отрицатель-ных температурах высоколегированные стали и сплавы применяют в ряде случаев и как хладостойкие.

Высоколегированные стали и сплавы классифицируют (условно) по:

• свойствам:                              коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы;                                                      жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы.

• структурному классу:             аустенитно-ферритные стали;                                                       аустенитно-мартенситные стали;                                                       аустенитные стали и сплавы.

• по элементам легирования:   хромистые стали и сплавы;                                                           хромоникелевые стали и сплавы;                                                           хромомарганцевые стали и сплавы.