Сталь 08х13 чем варить

Обновлено: 17.05.2024

Высоколегированными называют стали, содержащие легирующих элементов в сумме более 10 % или одного элемента не менее 5 %. Их применяют в судостроении, нефтехимической промышленности, производстве летательных аппаратов, энергетических установок, бытовой техники. Эти стали имеют более низкую, чем у углеродистых сталей, теплопроводность, больший коэффициент теплового расширения и высокое омическое сопротивление. По особенностям структуры все многообразие марок высоколегированных сталей разделяют на восемь групп: мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитные жаропрочные, аустенитные коррозионно-стойкие, аустенитно-ферритные коррозионно-стойкие, аустенитно-мартенситные и мартенситно-стареющие стали.

Мартенситные стали, например 15X11МФ, 15Х12ВНМФ, 10Х12НЗД, 18Х11МНФБ, 10Х12НД, предназначены для работы при температуре до 650 °С. Из них делают, например, лопатки и диски паровых турбин и газотурбинных установок. Эти стали содержат 0,1. 0,2 % углерода, 0,3. 0,6 % кремния, около 1 % марганца. В них много хрома: до 10. 13 %. Их дополнительно легируют молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием и никелем (до 3,2 %), повышающими сопротивление сталей ползучести под напряжением при высокой температуре.

Технологию сварки этих сталей усложняет их повышенная склонность к хрупкому разрушению в состоянии закалки. Поэтому сварные со

единения большинства мартенситных сталей немедленно после сварки подвергают термической обработке (отпуску) для снятия внутренних напряжений и формирования нужных механических свойств. Сваривают мартенситные стали обычно ручной дуговой сваркой. Применяют электроды КТИ-9, ЦЛ-32, содержащие 10. 12 % Сг, 0,8 % Ni, 1 % Mo и 0,02. 0,09 % С. Это обеспечивает химический состав сварных швов, близкий к основному материалу, и повышает вязкость металла шва. Применяют также аустенитные электроды ЗИО-8 и ЭА-395/9. Автоматическую сварку ведут проволокой Св 15Х12НМВФБ и Св 15Х12ГНМБФ под флюсами АН-17 и ОР-6.

Мартенситно-ферритные стали (08X13, 12X13,20X13, 14Х17Н2 и т.п.) имеют повышенное (до 12. 18 %) содержание хрома. Это придает им стойкость против коррозии. Эти стали используют для изготовления конструкций, работающих в агрессивных средах, например в производстве нефтехимических продуктов, а также в воде при высоких температуре и давлении.

Для соединения мартенситно-ферритных сталей применяют дуговую сварку штучными электродами, в защитных газах и под флюсом. Больше распространены сварочные электроды типа Э-10Х25Н13Г2 (марки ОЗЛ-6, ЦЛ-25) и проволоки (Св 07Х25Н12Г2), обеспечивающие получение аустенитного наплавленного металла. Для ручной дуговой сварки стали 14Х17Н2 применяют электроды типа Э-10Х18Н2 марки АНВ-2, для аргонодуговой сварки и автоматической под флюсом - проволоки Св 08Х18Н2ГТ и Св 08Х14ГНТ, флюсы ОФ-6, АНФ-6.

С точки зрения свариваемости мартенситно-ферритные стали являются "неудобным" материалом. В связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях возможно образование холодных трещин. Из-за опасности образования холодных трещин и хрупкого разрушения вследствие резкого снижения ударной вязкости металла околошовной зоны сварку этих сталей нужно вести с предварительным и сопутствующим подогревом, а также подвергать сварные соединения термическому отпуску. Сталь 08X13 подогревают до температуры 150. 200 °С, а отпускают при температуре 680. 700 °С. Сталь 14Х17Н2 подогревают так же, а отпуск производят при температуре 620. 640 °С. Время между сваркой и отпуском для этих сталей не ограничивается. Стали 12X13 и 20X13 подогревают перед сваркой до температуры 300 °С и не позже чем через 2 ч после сварки производят отпуск при температуре 620. 640 °С.

Высокохромистые ферритны е стал и (08Х17Т, 15Х25Т и др.) по сопротивляемости коррозии не уступают дорогостоящим хромоникелевым аустенитным сталям и превосходят их по стойкости против коррозионного растрескивания. Чаще всего их применяют для изготовления оборудования, работающего без ударных и знакопеременных нагрузок, не подлежащего контролю Госгортехнадзора.

Особенность высокохромистых ферритных сталей - их склонность к охрупчиванию под воздействием сварочного нагрева. Пластичность металла в ЗТВ приближается к нулю. Поэтому во избежание трещин сварку, гибку, правку и все операции, связанные с ударными

нагрузками, нужно производить с подогревом до температуры 150. 200 °С. Для ручной дуговой сварки этих сталей, автоматической дуговой сварки под флюсом и в защитных газах применяют хромоникелевые

сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие металл шва типа Х25Н13 с аустенитной структурой. Например, сталь 08X17Т лучше сваривать электродами ЦЛ-Э, УОНИ/ЮХ17Т или проволокой Св 10Х17Т под флюсом АНФ-6, ОФ-6, сталь 15Х25Т - электродами ЭНО-7, ЭА48М/22, АНВ-9 или АНВ-10, проволокой Св 07Х25Н13 в аргоне либо под флюсами АН-16, АН-26С, АНФ-11, ОФ-6; сталь 08Х23С2Ю электродами ЦТ-23, ЦТ-38. После сварки все ферритные стали отжигают при температуре 760 °С в течение 2 ч. Это практически полностью снимает остаточные напряжения, увеличивает деформационную способность сварных соединений.

Аустенитные жаропрочные стали по типу легирования и по характеру упрочнения делят на две группы. Первая - это roмогенные стали, не упрочняемые термообработкой: Х14Н16Б, Х18Н12Т, Х23Н18, Х16Н9М2 и др. Они способны длительно работать под напряжением при температуре до 500 °С. Ко второй группе относят гетерогенные стали, упрочняемые закалкой и старением: Х12Н20ТЗР, 40Х18Н25С2, 1Х15Н35ВТР. Такие стали способны длительно работать под напряжением при температуре до 700 °С. Из них изготавливают изделия, испытывающие при работе совместное действие напряжений, высокой температуры и агрессивных сред: лопатки газовых турбин, камеры сгорания и горячие тракты газотурбинных двигателей, трубопроводы с перегретым паром и т.п.

Сварка высоколегированных сталей

Сварка высокохромистой стали швами, состав которых аналогичен составу основного металла, сопряжена с усложнением технологии, но зато сохраняет основные свойства сварной конструкции. При этом обязательными являются предварительный и сопутствующий подогрев и последующая термообработка. Без такой усложненной технологии сварки, как правило, в швах и ЗТВ, образуются холодные трещины, вызванные закалочными структурами и низкой деформационной способностью соединения, неспособного противостоять высоким сварочным и структурным напряжением.

Для мартенситно-ферритной стали при сварке требуется предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 100 – 120 о С (для стали 08Х13) и 200 - 250 о С (для стали 12Х13). Для сталей других марок температура подогрева подбирается в зависимости от степени легирования и свойств стали. Высокохромистые стали мартенситно-ферритного и ферритного классов склонны к межкристаллитной коррозии, вследствие наличия остаточного углерода, не успевшего раствориться в аустените при быстром охлаждении, характерном для сварных соединений.

Для борьбы с этим явлением рекомендуется применять выдержку сварных конструкций при температуре до 100 - 120 о С в течение 1,5 – 2 ч для завершения превращения аустенит - мартенсит, после чего следует произвести высокий отпуск конструкции.

Высокохромистые стали сваривают вручную покрытыми сварочными электродами, под флюсом, в середе защитных газов с применением электродов, проволок и флюсов, обеспечивающих получение шва, близкого по химическому составу основному металлу.

После сварки, как правило, требуется термическая обработка в виде высокого отпуска. Температуру отпуска подбирают в зависимости от температуры отпуска металла до сварки, примерно на 20 о С ниже. Термическая обработка после сварки улучшает не только механические свойства, но и коррозионную стойкость сварных соединений. Увеличенная жесткость и толщина свариваемых деталей повышает вероятность образования холодных трещин. Изделия небольшой жесткости при толщине элементов до 8 – 10 мм из стали 12Х13 сваривают в углекислом газе без предварительного подогрева, но с последующей термообработкой. Высокохромистые ферритные стали при сварке склонны к росту зерна в ЗТВ и шве, при этом хрупкость, связанная с крупным зерном, может вызвать появление трещин. Предварительный подогрев и последующая термообработка не всегда обеспечивают требуемые свойства сварных соединений со швами, аналогично основному составу металла.

При ручной сварке для получения таких швов используют электроды с покрытием основного типа с большим количеством ферротитана и алюминия (ЦЛ-10) для повышения коррозионной стойкости и измельчения зерна.

Однако чаще используют хромоникелевые электроды (ЦЛ-9). А при механизированной сварке (в СО₂, под флюсом, в А r ) – хромоникелевую проволоку (табл.2). в этом случае шов приобретает аустенитно-ферритную структуру, стойку против образования трещин и с коррозионной стойкостью, аналогичной или близкой основному металлу.

Сталь 08Х13 – хромистая нержавеющая

Сталь 08Х13 применяют в качестве коррозионностойкого конструкционного материала, в том числе, сварных деталей и изделий с заданными требованиями по пластичности и ударной вязкости. Обладает сопротивляемостью к слабоагрессивным средам. Применяется как жаростойкий (окалиностойкий) материал для работы при температурах до 750-800 ºС.

Химический состав стали 08Х13

Таблица 1 — Химический состав стали 08Х13 по ГОСТ 5632-72

Класс стали 08Х13 по ГОСТ 5632-72

По классификации ГОСТ 5632-72 сталь 08Х13 относится к ферритному классу. При высокотемпературном нагреве сталь 08Х13 претерпевает частичное альфа-гамма превращение и может быть подвергнута полной закалке.

Микроструктура стали 08Х13

Микроструктура стали 08Х13 в зависимости от скорости охлаждения от температуры нагрева под закалку:

после медленного охлаждения — феррито-карбидная смесь;
после быстрого охлаждения – феррит и участки низкоуглеродистого мартенсита, который при отпуске распадается на феррито-карбидную смесь.

Сортамент стали 08Х13

Из стали 08Х13 производят следующую продукцию:

лист толстый по ГОСТ 7350-77;
лист тонкий по ГОСТ 5582-75;
сортовой прокат по ГОСТ 5949-75;
трубы горячедеформированные по ГОСТ 9940-81;
трубы холоднодеформированные и теплодеформированные по ГОСТ 9941-81.

Механические свойства стали 08Х13

Механические свойства стали 08Х13 в различных видах продукции представлено в таблице 2.

Таблица 2 — Механические свойства стали 08Х13 при 20 ° С

Влияние повышения температуры на механические свойства стали 08Х13 в листе толщиной 20 мм после закалки с 1000-1200 ° С и отпуска при 600-700 ° С с выдержкой 12 часов и охлаждением на воздухе.

Таблица 3 — Механические свойства стали 08Х13
при повышенных температурах

Коррозионная стойкость стали 08Х13

Сталь 08Х13 имеет первый (высший) балл стойкости:

в азотной кислоте с концентрацией 10-20 % при 40 ° С;
в азотной кислоте с концентрацией 30 % при 20 ° С;
в водных растворах всех концентраций при температуре 20-100 ° С;
в этиловом спирте при комнатной температуре;
в серной кислоте с концентрацией 90-100 % при комнатной температуре.

Сталь 08Х13 является стойкой во многих пищевых продуктах, таких как, фруктово-ягодные смеси, сахарный спирт, патока, пищевое масло.

Специальные свойства стали 08Х13

Сталь 08Х13 применяют как жаростойкий материал для изготовления изделий, в том числе, сварных, для работы окислительной атмосфере при температурах до 750-800 ° С, например, в нефтеперерабатывающей промышленности.

При работе стали 08Х13 в водороде предельные допустимые параметры атмосферы составляют 600 ° С и 80 МПа.

Плотность стали 08Х13 — 7,73 г/см3.

Сварка стали 08Х13

Сталь 08Х13 сваривают различными видами сварки. Для получения сварных соединений с высокой пластичностью применяют в качестве присадочного материала аустенитную проволоку Св-07Х25Н13, Св-13Х25Н18 и Св-08Х20Н9Г7Т.

Термическая обработка сварных швов стали 08Х13

Сварные конструкции из стали 08Х13, которые подвергаются динамическим нагрузкам, после сварки подвергают отжигу при 760-780 ° С с последующим медленным охлаждением.

Сварные конструкции из стали 08Х13, которые не подвергаются динамическим нагрузкам, а также сварные конструкции для эксплуатации при высоких температурах термической обработке не подвергают.

Технологические параметры стали 08Х13

Сталь 08Х13 пластически деформируют в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал горячей пластической деформации составляет от 1180 до 900 ° С. После горячей деформации применяют медленное охлаждение.

Для стали 08Х13 обычно применяют два основных режима термической обработки:

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

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: