 |
9.3.4. Сварка жаропрочных перлитных сталей
|
|
|
|
9. 3. 4. Сварка жаропрочных перлитных сталей
К жаропрочным перлитным сталям относят низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ (ГОСТ 20072-74), 12ХМ (ГОСТ 5520-79), 15ХМ (ГОСТ 4543-71), предназначенные для работы при 450…550оС, и хромомолибденованадиевые: 12Х1МФ (ГОСТ 5520-79), 20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ (ОСТ 108. 961. 04-80), предназначенные для работы при 550…600оС и др.
Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже 0оС с предварительным и сопутствующим местным или общим подогревом.
Таблица 9. 7
Температура предварительного и сопутствующего подогрева
| Марка стали | Толщина свариваемых деталей, мм | Температура подогрева, оС |
| 12МХ, 12ХМ, 15ХМ | < 10 | - |
| 10…30 | 150…300 | |
| > 30 | 200…350 | |
| 12ХМЛ, 12Х1МФ | < 6 | - |
| 6…30 | 200…350 | |
| > 30 | 250…400 | |
| 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ | < 6 | - |
| 6…30 | 250…400 | |
| > 30 | 300…450 | |
| Примечания:
| ||
Таблица 9. 8
Режимы отпуска сварных соединений, выполненных дуговой сваркой
| Марка стали | Толщи-на сва-ривае-мых де-талей, мм | Мини-мальная продол-житель-ность выдерж-ки, ч | Марка стали | Толщина сваривае-мых деталей, мм | Минима-льная продол-житель-ность выдерж-ки, ч | Марка стали | Толщина сваривае-мых деталей, мм | Минима-льная продол-житель-ность выдерж-ки, ч | ||
| Отпуск, Т = 715±15оС | Отпуск, Т = 735±15оС | Отпуск, Т = 745±15оС | ||||||||
| 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ | < 10 | - | 12Х1МФ, 20ХМФЛ | < 6 | - | 15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ, 12Х2МФСР | < 6 | - | ||
| 10…20 | 6…10 | 6…10 | ||||||||
| 20…40 | 10…20 | 10…20 | ||||||||
| 40…80 | 20…40 | 20…40 | ||||||||
| > 80 | 40…80 | 40…80 | ||||||||
| - | - | > 80 | > 80 | |||||||
| Примечание – Скорость нагрева сварных соединений из хромомолибденованадиевых сталей в интервале 500…700оС должна быть не менее 60оС/ч
| ||||||||||
Отпуск стабилизирует структуру (твёрдость) сварного соединения и снижает остаточные напряжения. С увеличением содержания хрома, молибдена, ванадия и других элементов, повышающих релаксационную стойкость сталей, температура отпуска и время выдержки должны увеличиваться.
Ручную дуговую сварку жаропрочных перлитных сталей выполняют электродами с основным (фтористо-кальциевым) покрытием и стержнем из малоуглеродистой сварочной проволоки с введением легирующих элементов через покрытие. Для сварки хромомолибденовых сталей 12ХМ, 15ХМ и 20ХМЛ используют электроды типа Э-09Х1М (ГОСТ 9467-75), а для сварки хромомолибденованадиевых сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ – электроды типа Э-09Х1МФ.
Сварка в защитных газах. При сварке молибденовых, хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей следует использовать одну из марок проволок, содержащих молибден, хром и молибден или хром, молибден и ванадий (Св-08МХ, Св-08ХМ, Св-08ХМФА и др. ), в зависимости от состава свариваемой стали.
При сварке в углекислом газе – активном окислителе ванны – в составе проволоки обязательно кроме легирующих элементов должны присутствовать раскислители – кремний и марганец (иногда титан). Поэтому для сварки в углекислом газе можно использовать только те проволоки, в составе которых содержатся эти элементы, в маркировке обозначенные «Г» и «С», например, Св-08Г2С, Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08ХГСМФА и др. в зависимости от состава свариваемой стали и требований к механическим свойствам металла шва. Так, при сварке хромомолибденовых сталей применяется сварочная проволока Св-08ХГСМА, а при сварке хромомолибденованадиевых сталей – проволока Св-08ХГСМФА. Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Для проволоки диаметром 1, 6 мм сварочный ток составляет 140…200 А при напряжении на дуге 20…22 В, а для проволоки диаметром 2, 0 мм ток составляет 280…340 А и напряжение 26…28 В.
|
|
|
При сварке в среде аргона хромомолибденовых сталей используют сварочные проволоки Св-08ХМ, Св-08ХГСМА, а при сварке хромомолибденованадиевых сталей – проволоки Св-08ХМФА и Св-08ХГСМФА. Проволоки Св-08ХМ и Св-08ХМФА допускается применять только при содержании кремния в металле проволоки не менее 0, 22%.
При сварке под слоем флюса применяют низкоактивные по кремнию и марганцу флюсы для достижения в металле шва низкого содержания дисперсных оксидных включений (продуктов кремнемарганцевосстанавительного процесса), а также стабильности содержания Si и Mn в многослойных швах. Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности.
Для уменьшения разупрочнения хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне рекомендуют режимы с малой погонной энергией, поэтому используют проволоки диаметром 3, 0 мм при токе 350…400 А и напряжении дуги 30…32 В и повышенные скорости сварки (40…50 м/ч). Хромомолибденовые стали можно сваривать проволоками диаметром 4, 0 и 5, 0 мм при силе тока 52…650 А и напряжении 30…34 В. Для сварки хромомолибденовых сталей используют сварочные проволоки марок Св-08ХМ и Св-08МХ, а для сварки хромомолибденованадиевых сталей – Св-08ХМФА.
9. 3. 5. Технология сварки высокохромистых мартенситных, мартенситно-ферритных и ферритных сталей
Хром придаёт сплавам с железом ряд специфических свойств. Так, при наличии в растворе 12% Cr по массе возникающая при окислении поверхностная плёнка приводит к пассивации этой поверхности. Сталь становится коррозионностойкой при относительно невысокой температуре. Для обеспечения окалиностойкости при более высоких температурах (800…1050оС) концентрация хрома в сталях должна быть увеличена (примерно до 30% по массе).
При 0, 05…0, 06% углерода стали с содержанием до 12…13% хрома будут относиться к мартенситному классу; при 13…16% хрома – к мартенситно-ферритному классу; а при содержании хрома более 16% – к ферритному классу.
|
|
|
Сварка мартенситных хромистых сталей.
Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разрушению в состоянии закалки усложняет технологию их сварки. При содержании углерода более 0, 1% мартенситные стали склонны к образованию холодных трещин при сварке.
Для предотвращения образования холодных трещин при сварке хромистых сталей, содержащих 11…12% Cr, применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200…450оС.
Для сварки высоколегированных мартенситных сталей применяют в основном ручную дуговую сварку покрытыми электродами, обеспечивающими получение сварных швов, близких по химическому составу основному металлу. Это электроды с наплавленным металлом, содержащим 10…12% Cr, до 0, 8% Ni и до 1% Mo. Пониженное содержание углерода (0, 02…0, 08%) приводит к повышению вязкости металла швов, по химическому составу приближающихся к хромоникелевым мартенситным сталям. Наряду с электродами близкими по составу основному металлу применяют аустенитные электроды.
Для автоматической сварки используется проволока Св-15Х12НМВФБ и Св-15Х12ГНМБФ и флюсы АН-17 и ОФ-6.
Независимо от толщины изделий сварные соединения высокохромистых мартенситных сталей, как правило, подвергают термической обработке для снятия остаточных напряжений, распада закалочных структур и формирования механических свойств заданного уровня.
Таблица 9. 9
Особенности теплового режима сварки мартенситных сталей
| Марка стали | Температура подогрева, оС | Продолжитель-ность хранения до термической обработки, ч | Термическая обработка |
| 15Х11МФ, 15Х12ВНМФ, 18Х11МНФБ, 13Х11Н2В2МФ | Не допускается | Отпуск при 700…720оС (без охлаждения ниже температуры подогрева). При толщине более 30 мм перед термо-обработкой рекомендуется «подстужи-вание» до 100оС |
| Марка стали | Температура подогрева, оС | Продолжитель-ность хранения до термической обработки, ч | Термическая обработка |
| 12Х11В2МФ | 250…300 | Отпуск при 715…745оС (предваритель-ный) и 735…765оС (окончательный) | |
| 10Х12НД | > 100 | Не допускается | Отпуск при 650оС (с предварительным «подстуживанием») |
| 06Х12Н3Д | > 200 | Не допускается | Отпуск при 610…630оС (предваритель-ный) и 625…650оС (окончательный) |
|
|
|
Сварка мартенситно-ферритных сталей.
В случае достаточной низкой скорости охлаждения с температур выше 600оС возможно образование ферритной составляющей структуры. Ниже 400оС при более быстром охлаждении наблюдается бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит.
Наиболее широкое применение в машиностроении имеют стали марок 08Х13 и 08Х14МФ с пониженным содержанием углерода.
Сварка мартенситно-ферритных сталей производится в основном с предварительным и сопутствующим подогревом. Даже для стали марки 08Х13 с наиболее низким содержанием углерода при сварке рекомендуется подогрев до 150…250оС с последующей термической обработкой.
Наибольшее распространение имеют сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие получение аустенитного наплавленного металла (электроды типа Э-10Х25Н13Г2, проволока Св-07Х25Н12Г2Т). Присадочные материалы для ручной дуговой сварки (электроды типа Э-10Х18Н2), аргонодуговой и автоматической сварки под флюсом (проволока Св-08Х18Н2ГТ и Св-08Х14ГНТ) по химическому составу наплавленного металла близки к основному металлусвариваемой стали 14Х17Н2.
Сварные соединения мартенситно-ферритных сталей должны быть подвергнуты термическому отпуску для «смягчения» структур закалки и снятия остаточных напряжений.
Так для сталей 08Х13, 08Х14МФ, 12З13 и 20Х13 применяют в основном аустенитные сварочные материалы, прочностные свойства их сварных соединений ниже по сравнению с основным металлом. Равнопрочность достигается при использовании для сварки электродов и проволок, обеспечивающих получение металла швов с мартенситной структурой.
Сварка ферритных хромистых сталей.
Высокохромистые стали ферритного класса склонны к дополнительному охрупчиванию под воздействием нагрева. Ударная вязкость и пластичность металла в зоне термического влияния сварных соединений приближается к нулю. У этих сталей не удаётся предотвратить интенсивный рост зерна при сварке плавлением. Охрупчивание околошовного участка распространяется на слой, непосредственно примыкающий к линии сплавления и нагретый выше 1000оС.
Охрупчивание ферритных сталей возможно также после выдержки в интервалах температур, способствующих образованию σ -фазы (550…850оС) и 475 градусной хрупкости (400…550оС).
Хрупкость при 475оС может быть устранена нагревом до 750…760оС, который практически полностью восстанавливает исходный уровень пластичности и вязкости стали.
|
|
|
Во избежание образования трещин сварку, правку и все операции, связанные с ударными нагрузками, рекомендуется проводить с подогревом до 150…200оС. Ускоренное охлаждение (100оС/с) повышает пластичность стали со структурой перегрева.
В качестве присадочных материалов для ручной дуговой сварки, сварки под флюсом и в защитных газах применяют хромоникелевые сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие получение наплавленного металла типа Х25Н13 с аустенитной структурой.
При наличии требований по межкристаллитной коррозии (МКК) для сварных соединений применяют присадочные материалы, легированные Nb или Ni и Al. Для сварки узлов из стали 08Х17Т в химическом машиностроении применяют иногда электроды типа Э-10Х17Т. Проволоку Св-10Х17Т используют также при аргонодуговой сварке и автоматической сварке под флюсом. В случае применения аустенитных электродов и проволок металл шва сварных соединений обычных и «чистых» по примесям сталей отличается высокой пластичностью и ударной вязкостью.
В связи 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 760оС является универсальным для сталей ферритного класса. При этой температуре практически полностью релаксируют остаточные напряжения.
|
|
|
