Чем варить сталь 12х17
Обновлено: 06.05.2024
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
СВАРКА ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ
Теплоустойчивыми называют стали, длительно работающие при температуре до 600 °С. К ним относятся перлитные низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, работающие при температуре 450. 550 °С и хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20МФЛ, работающие при температуре 550. 600 °С в течение 100 000 ч (10 лет). Они дешевы и технологичны, из них делают отливки, прокат, поковки для изготовления сварных конструкций: турбин, паропроводов, котлов и т.п.
Теплоустойчивость сварных соединений оценивают отношением длительной прочности металла соединения и основного металла - коэффициентом теплоустойчивости.
Чтобы работать при высоких температурах, стали должны обладать жаростойкостью, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и сопротивлением ползучести: их пластическая деформация при постоянной нагрузке с течением времени должна возрастать незначительно. Все это достигается введением в состав сталей 0,5. 2,0% хрома, 0,2. 1,0 % молибдена, 0,1 . 0,3 % ванадия и — иногда — небольших добавок редкоземельных элементов. Хорошее сочетание механических свойств изделий из теплоустойчивых сталей достигается термообработкой: нормализацией или закалкой с последующим высокотемпературным отпуском. Это обеспечивает мелкозернистую структуру, состоящую из дисперсной ферритокарбидной смеси. После 100000 ч работы обработанная таким образом сталь 15ХМ имеет прочность 260 МПа (26,5 кгс/мм2) при температуре 450 °С и 62 МПа (6,3 кгс/мм2) при температуре 550 °С, а сталь 12X1МФ - 154 МПа (15,7 кгс/мм2) при температуре 500 °С и 58 МПа (5,9 кгс/мм2) при температуре 580 °С.
Физическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая отношением металла к плавлению, металлургической обработке и к последующей кристаллизации шва не вызывает затруднений. Современные сварочные материалы и технология сварки обеспечивают требуемые свойства и стойкость металла шва против горячих трещин. Однако сварные соединения склонны к холодным трещинам и к разупрочнению металла в ЗТВ - зоне термического влияния. Поэтому нужно применять сопутствующий сварке местный или предварительный общий подогрев изделия. Это уменьшает разницу температур в
зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения в металле. Уменьшается скорость охлаждения металла после сварки больше аустенита превращается в мартенсит при высокой температуре, когда металл пластичен. Напряжения, возникающие из-за разницы объемов этих фаз, будут меньше, вероятность образования холодных трещин снизится. Применяя подогрев, нужно учитывать, что излишне высокая температура приводит к образованию грубой ферритно-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений. Уменьшить опасность возникновения холодных трещин можно, производя отпуск деталей, выдерживая их при температуре 150. 200 °С сразу после сварки в течение нескольких часов. За это время завершится превращение остаточного аустенита в мартенсит и удалится из металла большая часть растворенного в нем водорода.
Разупрочнение теплоустойчивых сталей в ЗТВ зависит также от параметров режима сварки. Повышение погонной энергии сварки увеличивает мягкую разупрочняющую прослойку в ЗТВ, которая может быть причиной разрушения жестких сварных соединений при эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках. Основные способы сварки конструкций из теплоустойчивых сталей - это дуговая и контактная стыковая. Последнюю используют для сварки стыковых соединений труб нагревательных котлов в условиях завода.
Дуговую сварку производят электродами с покрытием, в защитных газах и под флюсом. Подготовку кромок деталей при всех способах дуговой сварки производят механической обработкой. Допускается применение кислородной или плазменной резки с последующим удалением слоя поврежденного металла толщиной не менее 2 мм.
Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже 0 °С с предварительным и сопутствующим сварке местным или общим подогревом. Температура подогрева зависит от марки стали и толщины свариваемых кромок. Хромомолибденовые стали при толщине кромок до 10 мм, а хромомолибденованадиевые - до 6 мм можно сваривать без подогрева. Сталь 15ХМ, например, толщиной 10. 30 мм надо подогревать до температуры 150. 200 °С, а больше 30 мм - до температуры 200. 250 °С. До 250. 300 °С подогревают сталь 12Х1МФ толщиной 6. 30 мм, а свыше 30 мм требуется ее подогрев до температуры 300. 350 °С. При многопроходной автоматической сварке под флюсом минимальную температуру подогрева можно снижать на 50 °С. Аргонодуговую сварку корневого шва стыков труб выполняют без подогрева.
После сварки производят местный отпуск сварных соединений или общий отпуск всей сварной конструкции. Хромомолибденовые стали нагревают при отпуске до температуры 670. 700 °С с выдержкой при этой температуре 1 . 3 ч в зависимости от толщины сваренных кромок,
хромомолибденованадиевые - до температуры 740. 760 °С с выдержкой 2. 10 ч. Чем больше в стали хрома, молибдена, ванадия, тем больше должны быть температура и время отпуска. Отпуск стабилизирует структуру и механические свойства соединений, снижает остаточные напряжения, однако он не позволяет полностью выровнять структуру и устранить разупрочненную прослойку в ЗТВ.
Ручную дуговую сварку теплоустойчивых сталей ведут электродами из малоуглеродистой сварочной проволоки с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, через которое вводят в шов легирующие элементы. Этот тип покрытия хорошо раскисляет металл шва, обеспечивает малое содержание в нем водорода и неметаллических включений, надежно защищает от азота воздуха. Это позволяет получать высокую прочность и пластичность шва. Однако для электродов с таким покрытием характерна повышенная склонность к образованию пор при удлинении дуги, наличии ржавчины на поверхности свариваемых кромок и при небольшом увлажнении покрытия. Поэтому нужно сваривать предельно короткой дугой, тщательно очищать кромки и сушить электроды перед их применением при температуре 80. 100 °С. Хромомолибденовые стали сваривают электродами типа Э-09Х1М (ГОСТ 9467-75) марки ЦУ-2ХМ диаметром 3 мм и более, а также ЦЛ-38 диаметром 2,5 мм, хромомолибденованадиевые - электродами типа Э-09Х1МФ марок ЦЛ-39 диаметром 2,5 мм, ЦЛ-20, ЦЛ-45 диаметром 3 мм и более. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности узкими валиками без поперечных колебаний электрода с тщательной заваркой кратера перед обрывом дуги. Когда подогрев свариваемых изделий и их термообработка после сварки невозможны или если необходимо сваривать перлитные теплоустойчивые стали с аустенитными, допускается использование электродов на никелевой основе марки ЦТ 36 или проволоки Св 08Н60Г8М7Т при аргонодуговой сварке.
Теплоустойчивые стали сваривают дуговой сваркой плавящимся электродом в углекислом газе и вольфрамовым электродом в аргоне. Сварку в С02 из-за опасности шлаковых включений между слоями используют обычно для однопроходных швов и для заварки дефектов литья. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности с присадочной проволокой (ГОСТ 2246-70) Св 08ХГСМА для хромомолибденовых сталей или Св 08ХГСМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Для проволоки диаметром 1,6 мм сила сварочного тока 140. 200 А при напряжении дуги 20. 22 В, а диаметром 2 мм 280. 340 А при 26. 28 В.
Ручная аргонодуговая сварка используется для выполнения корневого шва при многопроходной сварке стыков труб. Автоматической сваркой в аргоне сваривают неповоротные стыки паропроводов в условиях монтажа. При аргонодуговой сварке хромомолибденовых сталей.
Автоматическую дуговую сварку под флюсом используют на поворотных стыках трубопроводов, коллекторов котлов, корпусов аппаратов химической промышленности и других изделиях с толщиной стенки 20 мм и более. Применяют низкоактивные по кремнию и марганцу флюсы ФУ-11, ФУ-16, ФУ-22. Этим достигается стабильность содержания Si и Мп в многослойных швах и низкое содержание в них оксидных включений - продуктов процесса восстановления марганца. Сварку под флюсом ведут со скоростью 40. 50 м/ч на постоянном токе обратной полярности силой 350. 400 А при напряжении дуги 30. 32 В. Высокая скорость сварки уменьшает погонную энергию, что снижает разупрочнение хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне. Применяют проволоку диаметром 3 мм Св 08МХ и Св 08ХМ для хромомолибденовых сталей и Св 08ХМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Можно применять проволоку диаметром 4 и 5 мм, увеличив соответственно силу тока до 520. 600 А и 620. 650 А при напряжении дуги 30. 34 В.
Таблица свариваемости металла (по сталям)
Для второстепенных элементов конструкций и неответственных деталей: настилы, арматура, шайбы, перила, кожухи, обшивки и д.р.
Сваривается без ограничений.
Ст2пс
Ст2кп
Ст2сп
Неответственные детали, требующие повышенной пластичности, мало нагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах.
Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм. рекомендуется подогрев и последующая термообработка
Для второстепенных и малонагруженных элементов сварных элементов и не сварных конструкций, работающих в интервале температур от- 10 до 400 градусов по Цельсию.
Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм. рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Несущие и ненесущие элементы сварных и не сварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-ой категории) толщиной до 10мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от - 40 до +425 градусов по Цельсию дляСт3пс и толщиной до25мм. Для Ст3сп, Ст3пс при толщине проката от 10 до 25мм. - для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от-40 до + 425 градусов, при условии поставки с гарантируемой свариваемостью, Ст3сп при толщине проката свыше 25мм - для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температурах от -40 до + 425 градусов по Цельсию, при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.
Фасонный и листовой прокат толщиной от 10 до 36мм. для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до + 425 градусов по Цельсию, и для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от -40 до +425 градусов при гарантируемой свариваемости.
Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Сварные, клепаные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей.
Сварные, клепаные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей типа валов, осей, втулок и др.
Детали клепанных конструкций: болты, гайки, ручки, тяги, ходовые валики, втулки, клинья, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, стержни, звездочки, трубчатые розетки, фланцы и другие детали, работающие в интервале о 0 до + 425 градусов по Цельсию, поковки сечением до 800мм.
Сваривается ограниченно. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.
Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев, поршней и т.д.
Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев и других деталей в термообработанном состоянии, а также для стержневой арматуры периодического профиля.
Сталь углеродистая качественная конструкционная ГОСТ 1050-88
Марка стали
Заменитель
Применение
Свариваемость
Детали к которым предъявляются требования высокой пластичности, шайбы патрубки, прокладки и другие неответственные детали, работающие в интервале температур от - 40 до + 450 градусов по Цельсию.
Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико- термической обработки.
Для прокладок, шайб, вилок, труб, а также деталей подвергаемых химико-термической обработке - втулок, проушин, тяг.
Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.
Детали работающие при температуре до + 450 градусов, к которым предъявляются требования высокой пластичности, после химико-термической обработки (ХТО) - детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности сердцевины.
Детали работающие при температуре от - 40 до + 450 градусов, к которым предъявляются требования высокой пластичности, а также: втулки, шайбы, ушки, винты и другие детали после ХТО, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины.
Болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от-40 до + 450 градусов; после ХТО - рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.
Элементы трубных соединений, штуцера, вилки и другие детали котлотурбостроения, работающие при температуре от - 40 до + 450 градусов; после цементации и цианирования детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой твердости сердцевины(крепежные детали, рычаги, оси и т.п.)
Для сварных строительных конструкций в виде листов различной толщины и фасонных профилей.
После нормализации или без термообработки крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температурах от - 40 до+ 450 градусов под давлением; после ХТО - шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.
После нормализации или без термообработки патрубки, штуцера, вилки, болты корпуса аппаратов и другие детали из кипящих сталей, работающие при температурах от - 20 до + 450 градусов; после цементации и цианирования - оси, крепежные детали, пальцы, звездочки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой твердости сердцевины
Оси, валы, соединительные муфты, собачки, рычаги, вилки, шайбы, валики болты, фланцы, тройники, крепежные детали и другие неответственные детали; после ХТО - винты, втулки, собачки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.
Тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.
Детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, втулки, шпиндели, звездочки, тяги, обода, валы, траверсы, бандажи, диски и другие детали.
После улучшения - коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочения с нагревом ТВЧ -длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации
Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной обработке детали, от которых требуется повышенная прочность.
Ст45
Ст50Г
50Г2
Ст55
После нормализации с отпуском и закалки с отпуском - зубчатые колеса прокатные валки, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев.
Трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка.
Гусеницы, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие а трение.
Не применяется для сварных конструкций
Цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости.
*ГОСТ 1055-88 содержит и другие марки стали
Сталь конструкционная легированная хромистая ГОСТ 4543-71
Втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой твердости поверхности при невысокой прочности сердцевины; детали, работающие в условиях износа трением.
Ст15Х
20ХН,
18ХГТ
Втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины; детали работающие в условиях износа при трении.
Оси, валики, рычаги, болты, гайки и другие некрупные детали.
Оси, валы, шестерни, кольцевые рельсы и другие улучшаемые детали.
Червяки, зубчатые колеса, шестерни, валы, оси, ответственные болты и др. улучшаемые детали.
Ст45Х
Ст38ХА
Ст40ХС
Оси, валы, шестерни, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полу- оси, втулки и другие детали повышенной прочности
Валы, шестерни, оси, болты, шатуны и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной твердости, износостойкости и работающие при незначительных ударных нагрузках.
Валы, шпиндели, установочные винты, крупные зубчатые колеса, редукторные валы, упорные кольца, валки горячей прокатки и другие улучшаемые детали, к которым предъявляются требования повышенной твердости, износостойкости и прочности, работающие при незначительных нагрузках.
Трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка
*ГОСТ 4534-71 содержит и другие марки стали.
сталь высоколегированная и сплавы КОРРОЗОННОСТОЙКИЕ ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ (ГОСТ 5632-72)
Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-72) изготавливают марок: 40Х9С2, 40Х10С2М, 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 10Х14АГ15, 12X17, 08X17Т, 95X18, 08Х18Т1, 15Х25Т, 15X28, 25Х13Н2, 20Х23Н13, 20Х23Н18, 10Х23Н18, 20Х25Н20С2, 15Х12ВНМФ, 20Х12ВНМФ, 37Х12Н8Г8МФБ, 13Х11Н2В2МФ, 45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 31Х19Н9МВБТ, 10Х14Г14Н4Т, 14Х17Н2, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Г8Н2Т, 20Х20Н14С2, 08Х22Н6Т, 12Х25Н16Г7АР.
Сплавы по (ГОСТ 5632-72) изготавливают марок:
06ХН28МДТ, ХН35ВТ, ХН35ВТЮ, ХН70Ю, ХН70ВМЮТ, ХН77ТЮР, ХН78Т, ХН80ТБЮ. ГОСТ 5632-72 содержит и другие марки сталей и сплавов.
Марки, область применения и свариваемость сталей (ГОСТ 5632-72)
Выпускные клапана двигателей, крепежные детали
Клапана двигателей, крепежные детали
08X13
12X13
20X13
25X1 ЗН2
Стали: 12X13 12Х18Н9Т
Сталь: 20X13
Стали: 12X13 14X1 7Н2
Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам
Сталь: 40X13
Сталь: 30X13
Режущий инструмент, предметы домашнего обихода
Стали: 12Х18Н9, 08X1 8Н10, 12Х18Н9Т, 12Н18Н10Т
Для немагнитных деталей, работающих в слабоагрессивных средах
Сваривается без ограничений
Крепежные детали, работающие в кислых растворах
08X1 7Т 08X1 8Т1
Стали: 12X17, 08X1 8Т1 Стали: 12X17, 08X1 7Т
Для конструкций, подвергающихся ударным нагрузкам и работающих в кислых средах
Детали, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости
Для сварных конструкций, не подвергающихся воздействию ударных нагрузок
Стали: 15Х25Т, 20Х23Н18
Трубы и детали, работающие при высоких температурах
Стали: 10Х25Т 20Х23Н13
Детали, работающие при температуре до 1100°С
Листовые детали, работающие при температуре до 1 100 °С
Детали печей, работающие при температуре до 1100°С
Детали, работающие при температуре до 780 °С
Стали: 15Х12ВНМФ, 18Х11МНФБ
Сварные конструкции, крепежные детали
Стали: 20Х13Н4Г9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т
Для изготовления сварного оборудования и криогенной техники до темп. -253 °С
Особенности сварки ферритных сталей типа 12X17, 15Х25Т, 15Х25Ю5
Стали, содержащие от 15 до 30% хрома, являются коррозионностойкими. Легирование их титаном или ниобием повышает сопротивление межкристаллитной коррозии, а легирование алюминием увеличивает жаростойкость (сопротивление окислению при высоких температурах).
Стали ферритного класса — однофазные, но они не закаливаются, т. к. не подвержены структурным превращениям при нагреве и охлаждении. Ухудшение свариваемости сталей связано с тремя причинами:
1. Повышенной склонностью к росту ферритного зерна, которая не устраняется термической обработкой.
2. Склонностью металла к охрупчиванию.
3. Возможностью межкристаллитной коррозии.
Склонность к росту зерна. Отсутствие в этих сталях фазовых или структурных превращений делает последующее измельчение зерна в процессе охлаждения невозможным.
В результате роста зерна снижается прочность, ударная вязкость и пластичность при комнатных (и более низких) температурах.
Однако пластичность около шовной зоны и металла шва резко возрастает с повышением температуры до 100 - 200°С, что связано с переходом через порог хладноломкости. Так, если при 20°С ударная вязкость зоны термического влияния стали 08Х17Т толщиной 10 мм составляет около 10 Дж/см 2 (1 кгс/см 2 ), а при 160°С она достигает 200 Дж/см 2 (20 кгс/см 2 ).
Для предупреждения роста зерна следует создавать тепловой режим сварки, исключающий перегрев металла. Выгодны режимы с малой погонной энергией и высокой плотностью мощности, а также специальные технологические приёмы (сварка короткими участками, валиками малых сечений, с перерывами и т. д.).
Для измельчения зерна целесообразно применять сварочные материалы, содержащие элементы - модификаторы (А1; Тi и т.д.).
Склонность металла к охрупчиванию - потеря пластичности при нагреве металла шва и около шовной зоны до высоких температур.
Известны два основных вида охрупчивания металла при сварке сталей ферритного класса.
1.Тепловоеохрупчивание (475 - градусная хрупкость). Появляется при нагреве металла в интервале температур 350 - 500°С. Способствуют такие элементы как Сr, V, Si, Nb, в меньшей мере - Тi, Аl. Точные причины не установлены, предполагают, что причиной тепловой хрупкости может быть выпадение субмикроскопических частиц по границам зёрен феррита.
2. Снижение пластичности металла вследствие выпадения вторичных карбидов хрома по границам зёрен. Карбиды не могут противостоять возникающим в металле напряжениям, результатом чего становится охрупчивание металла и возможность образования холодных трещин. Чтобы предупредить охрупчивание второго вида и возникновение холодных трещин, при сварке используют предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых изделий выше температурного интервала хрупкости (150 - 180°С). Второй мерой, ослабляющей эффект охрупчивания металла шва, служит уменьшение содержания углерода и азота.
3. Межкристаллитная коррозия металла - протекает преимущественно по границам зёрен после нагрева до температуры выше 900°С.
Межкристаллитная коррозия связана с образованием по границам зёрен карбидов хрома и обеднением в связи с этим пограничных участков зёрен хромом. Пониженное содержание хрома по границам зёрен приводит к их повышенному поражению коррозией.
Под влиянием окружающей среды (кислорода) зёрна феррита, содержащие большое количество хрома, и обогащённые хромом карбиды приобретут положительный потенциал. Периферийные участки зёрен, обеднённые хромом, приобретут отрицательный потенциал. Создаётся большое количество микрогальванопар, где катодом являются зерно феррита и карбиды, а анодом - обеднённые хромом участки зерна. Возникающий коррозионный ток достигает значительной величины, и процесс межкристаллитной коррозии активно развивается. Напряжённое состояние участков повышает эффективность процесса.
Склонность к межкристаллитной коррозии устраняется введением в металл титана в количестве, в 5 раз большем, чем содержание углерода для связывания углерода и предотвращения образования карбидов хрома по границам зёрен.
Ферритные стали сваривают по двум вариантам.
1. Применяемые однотипные материалы позволяют получить сварные соединения, отличающиеся после соответствующей термообработки структурной однородностью с основным металлом и необходимой прочностью.
2. Применяемые сварочные материалы обеспечивают получение сварных соединений, для которых характерна структурная неоднородность (шов - аустенит, основной металл - феррит) и неравнопрочность с основным металлом.
По первому варианту целесообразен подогрев изделия до 150 - 180°С и немедленная термообработка после сварки для повышения пластичности сварного соединения и его стойкости к холодным трещинам, и для не содержащих Тi или Nb - против межкристаллитной коррозии.
Режим термообработки: нагрев до 760 - 780°С с выдержкой не менее 10 часов и последующим быстрым охлаждением в холодной воде. Полностью растворяются в феррите выпавшие при сварке карбиды. Быстрое охлаждение не позволяет им снова выпасть из раствора. Предотвращает 475°С хрупкость.
В ряде случаев (для сталей, неработающих в коррозионно-активных средах) достаточен высокий отпуск при Т=700 - 750°С, который применяется и для легированных Тi и Nb швов. При этом достигается снижение роста зерна и повышение ударной вязкости.
Предварительный и сопутствующий подогрев свариваемых изделий выше температурного интервала хрупкости. Для уменьшения величины зерна рекомендуется использовать сварочные источники теплоты с высокой плотностью мощности, а режимы должны обеспечивать малую погонную энергию.
Дуговая сварка сталей 12X17, 08Х17Т может осуществляться покрытыми электродами марок ЦЛ-10, УОНИ/10X17Т, НЗЛ-Х17 (тип Э-10Х17Т), а сталей 15Х25Т, 15X28 и 15X25Ю5 электродами марки НЗЛ/ХЗО. Для измельчения зерна металла шва в состав покрытия электродов вводится ферро титан и алюминий. Более широко для сварки ферритных хромистых сталей используются сварочные материалы аустенитного или аустенитно-ферритного классов. Так при сварке сталей с 17% хрома применяют электроды марок ЦЛ-9, ОЗЛ-8 (типа Э-10Х25Н13Г2Б), а для автоматической сварки под слоем флюса, когда доля участия основного металла в формировании шва выше, сварочную проволоку Св-Х25Н18. Для сварки в струе углекислого газа рекомендуется сварочная проволока Св-08Х20Н9Г7Т. Более высокое качество сварных соединений обеспечивается при использовании проволоки Св-08Х20Н15ФБЮ. Для сварки жаропрочных сталей 15Х25Т рекомендуется проволока Св-08Х25Н12ТЮ. При сварке ферритных сталей аустенитными сварочными материалами достигается более высокая пластичность сварных соединений, однако следует учитывать различие коэффициентов теплового расширения основного металла и швов и не использовать эту технологию при сварке изделий, подвергающихся теплосменам в процессе эксплуатации.
Сталь 12Х17
Характеристики марки стали 12Х17
| Стандарт | ГОСТ 5949-75 – Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия | |
| Применение | В виде листов, в том числе зеркальных, лент, полос, прутков, труб | |
| Классификация | Коррозионностойкая жаропрочная сталь (устар. назв. название Х17) | |
Основные области применения стали 12Х17
Сталь 12Х17 используется при производстве крепежей, втулок и прочих элементов аппаратов и резервуаров, работающих в условиях разбавленных растворов азотной, уксусной, лимонной кислоты, в контакте с растворами солей с окислительным эффектом.
Маркировка стали 12Х17
Расшифровка 12Х17: «12» – в сплаве углерода не более 0,12%, «Х17» – указывает на введение в сплав хрома около 17%.
Химический состав в % стали 12Х17
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | V | Ti | Cu | W | Fe |
| 0,09-0,15 | 12,0-14,0 | Остальное |
Сталь 12Х17 содержит углерода до 0,12%, увеличен процент содержания хрома до 16–18%, добавлен марганец – около 0,8%.
Влияние химсостава на свойства стали 12Х17
Большое процентное содержание в сплаве хрома обеспечивает прочность и стойкость к коррозии. Кроме того, он способствует повышению температуры плавления, и придает поверхностям изделий блеск. А сочетание большого количества хрома при малом числе углерода, увеличивает пластичность.
Механические свойства материала 12Х17
Механические свойства стали при повышенных температурах
| Прокат | Направление | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Предел текучести для остаточной деформации, sT, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % |
| Трубы холоднодеформированные | - | 441 | - | 17 | - |
| Лист | Поперечный | 500 | - | 18 | - |
| Лист | Поперечный | 450 | - | 18 | - |
| Пруток | Продольный | 400 | 250 | 20 | 50 |
Механические свойства стали при испытаниях на длительную прочность
| Температура испытаний, °С | Предел длительной прочности, МПа | Длительность испытания, часы |
| 500 | 121 | 10000 |
| 550 | 62 | 10000 |
| 600 | 31 | 10000 |
| 550 | 45 | 100000 |
| Температура испытаний, °С | Предел текучести, σ0,2, МПа | Временное сопротивление разрыву, σв, МПа | Относительное удлинение при разрыве, δ5, % | Относительное сужение, ψ, % |
| Отжиг при 780 °С, охлаждение на воздухе | ||||
| 20 | 310 | 510 | 28 | 70 |
| 100 | 290 | 450 | 27 | - |
| 200 | 265 | 460 | 26 | - |
| 300 | 255 | 440 | 25 | - |
| 600 | 145 | 195 | 60 | - |
| Образец диаметром 10 мм и длиной 50 мм, прокатанный Скорость деформирования 1,1 мм/мин. Скорость деформации 0,0004 с -1 | ||||
| 700 | - | 84 | 67 | 97 |
| 800 | - | 40 | 64 | 98 |
| 900 | - | 22 | 58 | 98 |
| 1000 | - | 21 | 81 | 97 |
| 1100 | - | 14 | 73 | 97 |
| 1200 | - | 8 | 85 | 99 |
| 1300 | - | 6 | 99 | 97 |
Ударная вязкость листа стали сечение 20 мм, KCU, Дж/см 2
Механические свойства стали в зависимости от тепловой выдержки
| Режим термообработки | Твердость поверхности, HRCэ |
| Цементация при 950 °С, 12 часов в твердом карбюризаторе (85 % березового угля, 10 % соды, 50 % углекислого бария). Закалка при 1000 °С, масло. Отпуск при 180 °С | Свыше 56 |
Основные характеристики 12Х17
Сталь 12Х17 по ГОСТ 5632-72 определена, как, безникелевая, хромистая жаропрочная коррозионностойкая сталь, группы ферритов. В сплаве 12Х17 практически нет никеля (менее 0,01%) и полностью отсутствует молибден и титан. Но его химический состав обеспечивает стали сопротивляемость коррозии в средах со средней агрессивностью и сопротивляемость окислению при высоких температурах.
Сталь 12Х17 называют технической, хотя многие ее свойства значительно выше, чем у стандартных нержавеющих сталей. 12Х17, содержащая большой процент хрома и малый – углерода, отличается сочетанием пластичности и высокой прочности.
Одно из важных достоинств стали – пассивность в серосодержащих средах. 12Х17 также характеризуется стойкостью к образованию окалины при эксплуатации в условиях высоких температур (до 759˚С). При этом, при применении данной стали, нужно учитывать, что, имея ферритную структуру, она подлежит хрупкости при низких температурах. И изделия из 12Х17 будут крошиться при минусовой температуре. Эту сталь нельзя использовать для изготовления изделий для криогенных агрегатов и установок.
Как правило, 12Х17 используют после отжига.
Физические свойства
| Температура, °С | Модуль упругости, E 10 - 5 ,МПа | Коэффициент линейного расширения, a 10 6 , 1/°С | Коэффициент теплопроводности, l, Вт/м·°С | Удельная теплоемкость материала, Дж/кг·°С | Удельное электросопротивление, Ом·м |
| 20 | 2,32 | - | - | - | 560 |
| 100 | 2,27 | 10,4 | 24 | 462 | 610 |
| 200 | 2,19 | 10,5 | 24 | - | 680 |
| 300 | 2,11 | 10,8 | 25 | - | 770 |
| 400 | 2,01 | 11,2 | 26 | - | 850 |
| 500 | 1,92 | 11,4 | 26 | - | 950 |
| 600 | 1,82 | 11,6 | - | - | 1030 |
| 700 | 1,65 | 11,9 | - | - | 1110 |
| 800 | 1,48 | 12,1 | - | - | 1150 |
| 900 | - | - | - | 1160 |
Плотность стали 12Х17 – 7,70 г/см 3 .
Технологические свойства
| Удельный вес | 7720 кг/м 3 |
| Термообработка | Нагрев при 740 - 780 °С, воздух |
| Температура ковки | Начала 1250 °С, конца 900 °С. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе |
| Твердость материала | HB 10 -1 = 126 - 197 МПа |
| Свариваемость материала | Трудносвариваемая |
| Склонность к отпускной хрупкости | Склонна |
Увеличить показатель коррозийной стойкости стали 12Х17 можно термообработкой с выдержкой металла не меньше 2 часов с охлаждением заготовок на воздухе.
Ковку выполняют при температурах от 1250°С до 900°С. Изделия с сечениями до 350 мм охлаждают на воздухе.
Сталь 12Х17 при температуре 475°С, и при длительных выдержках склонна к отпускной хрупкости.
Обработка стали 12Х17 холодным способом, наиболее подходящий вид для данного сплава после отжига. Заключается в глубокой вытяжке, гибке, формовке, что не снижает его технические характеристики. Резание можно производить в состоянии закалки и отпуска при 197 МПа.
Изделия из 12Х1 считаются трудносвариваемыми, так как швы плохо сопротивляются коррозии, поэтому после сварки они нуждаются в термообработке. Но для изготовления сварных конструкций данная сталь не рекомендуется.
Применение стали 12Х17 с учетом характеристик и свойств
Сталь 12Х17 используют для изготовления деталей, эксплуатация которых может приводить к прямому контакту с разбавленными растворами кислот (азотной, лимонной, уксусной) и солей.
Ее используют для производства трубопроводной продукции – трубы, арматура, тройники, переходы, клапаны, задвижки и пр., для производства крепежей, втулок, элементов теплообменников и печей.
Поскольку сталь 12Х17 признана технической, то в пищевой отрасли ее применяют очень ограничено.
Чем варят высокопрочные стали
Высокопрочными называют коррозионностойкие теплоустойчивые и другие категории и сорта сталей с временной стойкостью к разрыву до 2000 МПа. Их использование позволяет значительно уменьшить металлоемкость и массу ответственных и особо ответственных конструкций, повысить эффективность и технические возможности механизмов при сохранении высоких нагрузок. Для сварки сталей такого типа, как правило, применяются высокопрочные электроды различных марок.
Виды высокопрочных сталей
В группу высокопрочных входят легированные стали. При этом к ней не относят углеродистые и низколегированные – данные материалы также могут иметь прочность до 2000 МПа, однако у них высокий порог хладноломкости: уже при температуре свыше 20 °С может происходить хрупкое разрушение металла. Такой недостаток отсутствует у собственно высокопрочных сталей, поэтому именно они могут использоваться в нагруженных конструкциях. Это стали:
- комплексно-легированные среднеуглеродистые (доля С – 0,35. 0,45%) с комплексным содержанием никеля, хрома, других легирующих добавок;
- аустенитные метастабильные – их высокая прочность достигается комплексной обработкой (закалка и деформация давлением);
- мартенситно-стареющие – закаленные с последующим старением (отпуском при более низкой температуре), с долей Ni до 25%.
Помимо высокой прочности, все стали перечисленных групп обладают трещиностойкостью и высоким сопротивлением к хрупкому разрушению.
Особенности сварки высокопрочных сталей
Сталь повышенной прочности имеет одну важную особенность – она очень восприимчива к закалке. В результате закаливания в зоне кромок резко повышается твердость металла. Это требует при сварке интенсивного нагрева околошовной зоны до высоких температур. Но при последующем охлаждении возникают большие риски образования остаточных напряжений и трещин, что напрямую влияет на качество шва.
Cварка такого металла осуществляется в соответствии со специальными требованиями к свойствам электродов и технологии сваривания, в частности, – с необходимостью подогрева свариваемого сплава.
Технология сварки ММА
Для соединения деталей из высокопрочных сталей используются различные технологии: автоматическая, аргонодуговая сварка, сварочные работы под флюсом. Широкое применение, в частности, в монтажных условиях, находит ручная дуговая сварка. Для получения шва необходимого качества в конструкциях из высокопрочных сталей следует соблюдать ключевые требования технологии ММА.
- Для соединения деталей из комплексно-легированных сталей применяются низководородистые низколегированные электроды, которые прокаливаются при высокой температуре.
- Покрытие не должно содержать органических веществ. Таким образом обеспечивается пластичность металла шва и его высокая деформационная способность.
- Исключены любые внешние факторы, которые могли бы способствовать насыщению сварочной ванны водородом, – влага, ржавчина, загрязнения в районе кромок.
- Легирование при сваривании выполняется за счет основного металла. В получаемом металле шва содержание никеля не должно превышать 2,5%, хрома и марганца – 1,5%, молибдена – 1%, ванадия – 0,5%, углерода – 0,15%. Повышение их содержания снижает пластичность металла шва.
Во избежание появления кристаллизационных трещин необходима термическая обработка соединенных деталей в зоне шва и кромок. Она выполняется непосредственно после сварки и может занять от нескольких минут до нескольких часов. Температурный режим и длительность отпуска зависит от группы стали и толщины деталей. В ряде случаев отпуск можно заменить другой технологией: на основной слой шва накладывается дополнительный – отжигающий. Метод особенно эффективен при сварке толстых деталей.
Другой способ избежать появления холодных трещин в металле шва – подогрев зоны кромок до и в процессе сварки. Металл нагревается до 200–300 °С. Сварка выполняется с низкой погонной энергией – во избежание снижения твердости металла при сохранении его пластичности.
Особенности ММА сварки
- Ручная дуговая сварка деталей из сталей высокой прочности выполняется на короткой дуге постоянным током обратной полярности, в ряде случаев допустим переменный ток.
- Прокалка стержня обязательна. В зависимости от марки стали и электрода температура прокаливания может достигать 420–450°С.
- Работы выполняются только по тщательно зачищенным (до металлического блеска) кромкам.
- При средней и большой толщине деталей (от 20 мм) рекомендуется их предварительный прогрев в месте соединения при температуре 60–150°С.
Марки электродов для высокопрочных сталей
- – позволяют сваривать конструкции из легированных сталей прочностью 690–980 Н/мм². Получаемый металл шва отличается низким содержанием водорода, высокой ударной вязкостью и пластичностью. Конструкции эксплуатируются при температуре до -60 °С.
- Н-48 – используются для высоколегированных и коррозионностойких сталей марок 08Х21Н6М2Т, 10Х25Н6АТМФ, 12Х21Н5Т, 12Х25Н5ТМФЛ. Позволяют получить равнопрочный металл шва при соединении деталей толщиной до 200 мм. Перед сваркой рекомендуется подогрев кромок до t 850 °С во избежание появления межкристаллитной коррозии. Конструкции рассчитаны на работу в неокислительных средах при t до 300 °С.
- ОЗЛ-7 – позволяют варить высокопрочные нержавеющие стали аустенитного класса марок 08Х18Н12Б, 08Х18Н10Т, 08Х18Н10 и им подобных. Оборудование рассчитано на работу в агрессивных средах при высоких температурах (до 1000 °С).
- НИАТ-3М – применяются в работе с конструкциями из легированных сталей с высокой и повышенной прочностью (до 980 МПа). Обеспечивают отсутствие в металле шва кристаллизационных трещин и минимальное содержание водорода.
Электроды для сварки сталей повышенной и высокой прочности представлены в каталоге МЭЗ. В частности, это изделия марки УОНИ-13/85 – продукция собственного производства Магнитогорского электродного завода. Весь товар сертифицирован.
Читайте также: