Сварка хромоникелевых аустенитных сталей

Обновлено: 15.05.2024

Группу хромоникелевых разнородных сталей составляют стали аустенитного, аустенито-ферритного и аустенито-мартенситного классов. В настоящее время для изготовления сварных конструкций наиболее широко применяются следующие стали: аустенитные — 08Х10Н20Т2, 10Х11Н20ТЗР, 09Х14Н19В2БР1, ОЗХ16Н15МЗБ, 08Х17Н13М2Т, 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, 08Х18Н10Т, 03Х18Н11, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 31Х19Н9МБТ, 07Х21Г7АН5, 03Х21Н21М4ГБ, 20Х23Н18, 12Х25Н16Г7АР; аустенито-феррит - ные— 12X21Н5Т, 08Х21Н6М2Т, 20Х23Н13,08Х18Г8Н2Т; аустенито - мартенситные — 20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 09Х17Н7Ю, 03X17H5M3.

В конструкциях, комбинируемых из хромоникелевых разнородных сталей, могут использоваться стали, предназначенные для работы в различного рода агрессивных средах и в условиях высоких температур, т. е. коррозионностойкие и жаропрочные стали. Поэтому особенности сварки хромоникелевых разнородных сталей определяются прежде всего особенностями сварки коррозионно - стойких и жаропрочных сталей.

Основная особенность сварки коррозионностойких сталей сводится к обеспечению требуемой стойкости околошовной зоны против межкристаллитной коррозии. Как известно, хромоникелевые стали аустенитного класса, содержащие углерода больше предела его растворимости (более 0,02%), при отсутствии в их составе более сильных карбидообразующих элементов, чем хром, в околошовной зоне под воздействием термического цикла сварки становятся склонными к межкристаллитной коррозии. Объясняется это тем, что в таких сталях даже при кратковременном нагреве в области температур 600—800° С по границам зерен выпадают карбиды хрома. Последние появляются вследствие того, что при содержании углерода выше предела растворимости образующаяся аустенитная структура стали находится в состоянии неустойчивого равновесия. Поэтому при повторных нагревах в области температур 400— 800° С она распадается и прежде всего в пограничных слоях, где свободная энергия наибольшая. Выпадение карбидов хрома приводит к снижению содержания этого элемента в пограничных участках зерна, так как диффузия углерода из центральных участков зерна к границе вследствие значительно большего ее коэффициента, чем коэффициент диффузии хрома, протекает значительно быстрее и поэтому вновь поступивший в пограничные участки углерод соединяется с содержащимся здесь хромом. Снижение содержания хрома в пограничных участках зерна, особенно ниже так называемого порога устойчивости, равного 12,5%, приводит к потере в этих участках способности к пассивации, что и вызывает появление здесь коррозиционного растрескивания.

Все это говорит о том, что в сварных конструкциях, комбинируемых из аустенитных хромоникелевых разнородных сталей и предназначенных для работы в агрессивных средах, следует стремиться применять стали с низким содержанием углерода. При выборе конкретною содержания этого элемента необходимо учитывать, что чем меньше сталь содержит углерода, тем после более длительной выдержки в области критических температур она становится склонной к межкристаллитной коррозии.

Допустимое содержание углерода в хромоникелевой аустенитной стали, предназначенной для работы в агрессивных средах, зависит также от содержания в ней хрома и никеля. В сталях, содержащих 9—11% никеля и более 18% хрома, количество углерода может достигать 0,04%. При кратковременных выдержках в области критических температур коррозионностойкая аустенитная сталь несклонна к межкристаллитной коррозии даже при содержании в ней углерода 0,07—0,08% [51].

Если в стали, используемой в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивных средах, необходимо, чтобы содержание углерода было более высоким, она должна быть легирована элементами, обладающими большим сродством к углероду, чем хром. Такими элементами являются титан, ниобий, тантал, цирконий, ванадий и вольфрам. При наличии этих элементов в стали углерод, выделившийся в процессе повторного нагрева из твердого раствора, прочно связывается и тем самым исключается его соединение с хромом, приводящее к обеднению этим элементов пограничных участ

ков зерен. В результате этого участки околошовной зоны такой стали при кратковременных нагревах в области критических температур (600—800° С) не становятся склонными к межкристаллитной коррозии.

Из упомянутых карбидообразующих элементов с большим чем у хрома сродством к углероду наиболее устойчивые карбиды образуют титан и ниобий. Поэтому прежде всего ими должна быть легирована хромоникелевая аустенитная сталь, используемая в конструкции, предназначенной для работы в агрессивных средах, и содержащая углерода больше предела его растворимости. Совершенно очевидно, что содержание этих элементов в указанной стали должно быть таким, чтобы обеспечить соединение всего углерода, выделяющегося из твердого раствора при повторном нагреве, количество которого равно разности между концентрацией углерода в стали и его предельной растворимостью, равной, как принято считать, 0,02%. В таком случае требуемое количество карбидообразующего элемента определяется по типу образуемого им карбида. При этом необходимо полученное количество несколько завысить, так как некоторая часть его должна оставаться в твердом растворе, а часть может быть израсходована на взаимодействие с другими находящимися в стали элементами. С учетом сказанного, для обеспечения стойкости против межкристаллитной коррозии околошовной зоны сталь должна содержать титана или ниобия в количествах, определяемых по следующим уравнениям:

Следует отметить, однако, что практическое осуществление указанных рекомендаций нередко затруднено, так как выбор требуемого состава хромоникелевых сталей аустенитного класса ограничен. Поэтому при изготовлении сварных конструкций с использованием таких сталей для устранения полученной в околошовной зоне склонности к межкристаллитной коррозии сварные соединения или конструкцию в целом подвергают специальной термической обработке. Наиболее простым видом ее является нагрев до температур 950—1150° С с последующим быстрым охлаждением. При таком нагреве усиливается диффузия хрома из центральных участков зерна к его границе, а также растворяются выпавшие карбиды. В результате этого повышается содержание хрома в обедненных участках и они становятся склонными к пассивации, и, следовательно, стойкими против межкристаллитной коррозии. Быстрое охлаждение термообрабатываемого сварного соединения или всей конструкции требуется для того, чтобы исключить новое выделение карбидов.

Склонность высоколегированных хромоникелевых сталей к межкристаллитной коррозии значительно уменьшается при наличии в них ферритной фазы. В результате повторного нагрева таких сталей карбиды образуются по границам ферритных зерен. Так как феррит здесь содержит больше хрома, чем аустенит, то в обедняемых им из-за образования карбидов пограничных участках ферритных зерен этого элемента содержится еще достаточно для пассивации. Из сказанного следует, что в конструкциях, требующих высоколегированных хромоникелевых сталей и предназначенных для работы в агрессивных средах, лучше использовать не аустенитные, а аус - тенито-ферритные стали.

Особенность сварки хромоникелевых разнородных сталей в’кои - струкциях, предназначенных для работы в условиях высоких температур, обусловлена тем, что сварное соединение должно обладать определенной жаропрочностью. Из этих соображений в таких конструкциях следует применять сталь, которая в своей структуре в состоянии поставки не должна иметь ферритной составляющей. Не допускается появление этой составляющей и в околошовной зоне сварного соединения. Даже в том случае, если конструкции подвергаются одновременному воздействию и высокой температуры и агрессивной среды, применять для их изготовления коррозионно - стойкую двухфазную аустенито-ферритную сталь не следует. Требуемая коррозионная стойкость здесь должна обеспечиваться другим способом. Объясняется это тем, что аустенитные стали с ферритной составляющей в условиях высоких температур (600—800°С) склонны к образованию a-фазы, которая вызывает сильное их охрупчивание. Поэтому даже в тех случаях, когда в аустенитном металле, используемом в конструкциях, предназначенных для эксплуатации в условиях высоких температур, необходимо наличие феррита, например для предотвращения появления в металле шва горячих трещин, содержание его следует ограничивать. Оно не должно превышать 5—5,5%.

Возможность охрупчивания высоколегированных хромоникелевых сталей при повторном нагреве обусловила вторую особенность их сварки. Охрупчивание этих сталей вызывается прежде всего выделением карбидов, образующихся при нагреве стали до температур 500—850° С. Карбиды образуются за счет углерода, выделяемого из твердого раствора вследствие того, что содержание его превышает предел растворимости.

В аустенито-ферритных сталях, если они содержат хрома 10% и более и имеют в своей структуре более 15% феррита, охрупчивание, вызываемое выпадением карбидов, усугубляется так называемой 475-градусной хрупкостью. В стали с проявленной 475-градусной хрупкостью даже с помощью электронного микроскопа нельзя выявить каких-либо изменений структуры. Поэтому природа этой хрупкости еще не выяснена, хотя этому вопросу посвящено много исследований. Вместе с тем, установлено, что отпуск охруп - ченной таким образом стали при температуре 600—700° С восстанавливает ее пластические свойства. На этом основании некоторые исследователи полагают, что 475-градусная хрупкость высоколегированных сталей вызывается образованием в твердом растворе богатых хромом комплексов, которые при последующем отпуске рас

сеиваются вследствие происходящего при этом выравнивания содержания хрома.

Явления, вызывающие рассмотренные изменения свойств высоколегированных хромоникелевых сталей при их сварке, происходят не только в околошовной зоне. Они могут иметь место и в металле шва. Поэтому материалы для сварки этих сталей необходимо выбирать таким образом, чтобы исключить возможность таких явлений или иметь возможность устранить их последствия.

Что касается изменений структуры и свойств металлов в зоне их сплавления, которые определяют основную особенность сварки разнородных сталей, то их в большинстве случаев при сварке высоколегированных хромоникелевых сталей можно не учитывать. Обусловлено это тем, что в зоне сплавления таких разнородных сталей процесс перераспределения углерода не имеет существенного развития.

При выборе материалов для сварки рассматриваемых разнородных сталей следует учитывать, что высоколегированный хромоникелевый металл шва весьма склонен к образованию горячих трещин. Из этих соображений для сварки разнородных высоколегированных хромоникелевых сталей всех возможных сочетаний наиболее целесообразно применять материалы, обеспечивающие получение металла шва аустенито-ферритного класса с содержанием феррита 2—5%. Лишь в том случае, когда в комбинируемой конструкции используется сталь аустенитного класса с высоким содержанием никеля, необходимо применять сварочные материалы, обеспечивающие металл шва однофазной аустенитной структуры при содержании в нем элементов, исключающих образование горячих трещин (гл. 1). При использовании в этом случае сварочных материалов, обеспечивающих получение аустенито-ферритного шва, дополнительное его легирование никелем за счет проплавления высоконикелевой свариваемой стали приводит к образованию в нем однофазной аустенитной структуры и появлению вследствие этого горячих трещин.

Исходя из изложенного, ниже приведен один из рекомендуемых вариантов применения сварочных материалов для сварки хромоникелевых разнородных сталей (аустенитных с аустенито-феррит - ными, аустенитных с аустенито-мартенситными, аустенито-феррит - ных с аустенито-мартенситными):

Автоматическая под флюсом

В защитных газах. . .

Электроды Э-04Х20Н9, Э-10Х25Н13Г2, Э-06Х19Н11Г2М2,

Э-0Х20Н9Г6С, Э-11X15 Н25М6АГ2

Сварка хромоникелевых разнородных сталей

Группу хромоникелевых разнородных сталей составляют стали аустенитного, аустенито-ферритного и аустенито-мартенситного классов. В настоящее время для изготовления сварных конструкций наиболее широко применяются следующие стали: аустенитные — 08Х10Н20Т2, 10Х11Н20ТЗР, 09Х14Н19В2БР1, ОЗХ16Н15МЗБ, 08Х17Н13М2Т, 12Х18Н9Т, 04Х18Н10, 08Х18Н10Т, 03Х18Н11, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 31Х19Н9МБТ, 07Х21Г7АН5, 03Х21Н21М4ГБ, 20Х23Н18, 12Х25Н16Г7АР; аустенито-ферритные — 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т, 20Х23Н13, 08Х18Г8Н2Т; аустенито-мартенситные — 20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 09Х17Н7Ю, 03X17H5M3.

Поэтому особенности сварки хромоникелевых разнородных сталей определяются прежде всего особенностями сварки коррозионно-стойких и жаропрочных сталей.

Все это говорит о том, что в сварных конструкциях, комбинируемых из аустенитных хромоникелевых разнородных сталей и предназначенных для работы в агрессивных средах, следует стремиться применять стали с низким содержанием углерода. При выборе конкретного содержания этого элемента необходимо учитывать, что чем меньше сталь содержит углерода, тем после более длительной выдержки в области критических температур она становится склонной к межкристаллитной коррозии.

Из упомянутых карбидообразующих элементов с большим чем у хрома сродством к углероду наиболее устойчивые карбиды образуют титан и ниобий. Поэтому прежде всего ими должна быть легирована хромоникелевая аустенитная сталь, используемая в конструкции, предназначенной для работы в агрессивных средах, и содержащая углерода больше предела его растворимости. Совершенно очевидно, что содержание этих элементов в указанной стали должно быть таким, чтобы обеспечить соединение всего углерода, выделяющегося из твердого раствора при повторном нагреве, количество которого равно разности между концентрацией углерода в стали и его предельной растворимостью, равной, как принято считать, 0,02%. В таком случае требуемое количество карбидообразуюгцего элемента определяется по типу образуемого им карбида. При этом необходимо полученное количество несколько завысить, так как некоторая часть его должна оставаться в твердом растворе, а часть может быть израсходована на взаимодействие с другими находящимися в стали элементами. С учетом сказанного, для обеспечения стойкости против межкристаллитной коррозии околошовной зоны сталь должна содержать титана или ниобия в количествах, определяемых по следующим уравнениям:

Особенность сварки хромоникелевых разнородных сталей в конструкциях, предназначенных для работы в условиях высоких температур, обусловлена тем, что сварное соединение должно обладать определенной жаропрочностью. Из этих соображений в таких конструкциях следует применять сталь, которая в своей структуре в состоянии поставки не должна иметь ферритной составляющей. Не допускается появление этой составляющей и в околошовной зоне сварного соединения. Даже в том случае, если конструкции подвергаются одновременному воздействию и высокой температуры и агрессивной среды, применять для их изготовления коррозионно-стойкую двухфазную аустенито-ферритную сталь не следует. Требуемая коррозионная стойкость здесь должна обеспечиваться другим способом. Объясняется это тем, что аустенитные стали с ферритной составляющей в условиях высоких температур (600—800°С) склонны к образованию α-фазы, которая вызывает сильное их охрупчивание. Поэтому даже в тех случаях, когда в аустенитном металле, используемом в конструкциях, предназначенных для эксплуатации в условиях высоких температур, необходимо наличие феррита, например для предотвращения появления в металле шва горячих трещин, содержание его следует ограничивать. Оно не должно превышать 5—5,5%.

В аустенито-ферритных сталях, если они содержат хрома 10% и более и имеют в своей структуре более 15% феррита, охрупчивание, вызываемое выпадением карбидов, усугубляется так называемой 475-градусной хрупкостью. В стали с проявленной 475-градусной хрупкостью даже с помощью электронного микроскопа нельзя выявить каких-либо изменений структуры. Поэтому природа этой хрупкости еще не выяснена, хотя этому вопросу посвящено много исследований. Вместе с тем, установлено, что отпуск охрупченной таким образом стали при температуре 600—700° С восстанавливает ее пластические свойства. На этом основании некоторые исследователи полагают, что 475-градусная хрупкость высоколегированных сталей вызывается образованием в твердом растворе богатых хромом комплексов, которые при последующем отпуске рассеиваются вследствие происходящего при этом выравнивания содержания хрома.

При выборе материалов для сварки рассматриваемых разнородных сталей следует учитывать, что высоколегированный хромоникелевый металл шва весьма склонен к образованию горячих трещин. Из этих соображений для сварки разнородных высоколегированных хромоникелевых сталей всех возможных сочетаний наиболее целесообразно применять материалы, обеспечивающие получение металла шва аустенито-ферритного класса с содержанием феррита 2—5%. Лишь в том случае, когда в комбинируемой конструкции используется сталь аустенитного класса с высоким содержанием никеля, необходимо применять сварочные материалы, обеспечивающие металл шва однофазной аустенитной структуры при содержании в нем элементов, исключающих образование горячих трещин. При использовании в этом случае сварочных материалов, обеспечивающих получение аустенито-ферритного шва, дополнительное его легирование никелем за счет проплавления высоконикелевой свариваемой стали приводит к образованию в нем однофазной аустенитной структуры и появлению вследствие этого горячих трещин.

Исходя из изложенного, ниже приведен один из рекомендуемых вариантов применения сварочных материалов для сварки хромоникелевых разнородных сталей (аустенитных с аустенито-ферритными, аустенитных с аустенито-мартенситными, аустенито-ферритных с аустенито-мартенситными):

Сварка хромоникелевых аустенитных сталей

Высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали обладают большой вязкостью, хорошо противостоят коррозии, действию кислот, окалинообразованию, действию высоких и низких температур, хорошо свариваются и поэтому широко применяются при изготовлении различных аппаратов для химических производств и изделий, работающих как при высоких, так и очень низких температурах и подвергающихся действию агрессивных жидкостей, паров и газов.

Наиболее распространенные марки этих сталей содержат 0,08— 0,2% углерода, 18—20% хрома и 8—10% никеля и имеют обозначение, например 0Х18Н9, 1Х18Н9 и т. д. Цифра 0 в обозначении марки указывает, что сталь содержит менее 0,07% углерода, цифра 1 —до 0,14%; цифра 2 — 0,15—0,25% углерода; обозначение Х18—хрома 17—20%; Н9 — никеля 8—11%.

Для предупреждения выпадения в стали карбидов хрома к ней добавляют до 0,8% титана или до 1,5% ниобия, которые связывают углерод и тем предупреждают выделение в структуре карбидов хрома. В этом случае в обозначение марки стали добавляется буква Т (титан) или Б (ниобий). Соответственно сталь обозначается 1Х18Н9Т или 1Х18Н11Б.

Для сварки хромоникелевых нержавеющих сталей применяют электроды с обмазками ЦЛ-2, ЦЛ-3, ЦЛ-4, ЦЛ-11, ЦЛ-22, УОНИ - 13/нж и многие другие. Покрытие ЦЛ-11 имеет состав: 38% мрамора, 44% плавикового шпата, 4% ферромарганца, 3% ферротитана, 2% ферросилиция, 4,5% двуокиси титана, 4,5% феррониобия, жидкого стекла — 520—540 см3 на 1 кг сухой смеси.

Основное затруднение при сварке хромоникелевых сталей, не содержащих титана или ниобия, состоит в том, что при нагревании до 500—700° они теряют свои антикоррозийные свойства и становятся хрупкими вследствие выделения карбидов хрома по границам зерен. Свойства стали можно снова восстановить нагреванием до температуры 850° (при которой карбиды хрома вновь растворяются в сплаве) и последующим быстрым охлаждением в воде, а для малых толщин — на воздухе. Такой вид термообработки называется стабилизирующим отжигом.

Хромоникелевые стали обладают низкой теплопроводностью и чувствительны к перегреву так же, как и хромистые стали. Поэтому их необходимо сваривать на постоянном токе обратной полярности и применять те же режимы, что и при сварке хромистых сталей. Электроду придают только поступательное движение, без поперечных колебаний. Для отвода тепла от места сварки используют медные подкладки. Кромки металла перед сваркой должны быть тщательно зачищены. Хромоникелевые стали с повышенным содержанием углерода свариваются с предварительным подогревом до 300—500°.

После сварки изделие рекомендуется подвергнуть термообработке — нагреву до 850° с последующим охлаждением в воде. Сталь толщиной 1—2 мм можно охлаждать на воздухе. Хромоникелевые стали, содержащие титан или ниобий, термообработке после сварки можно не подвергать.

Тонколистовую нержавеющую сталь 1Х18Н9Т толщиной 1—1,5 мм сваривают проволокой из хромоникелевой нержавеющей стали Св-02Х19Н9 или Св-04Х19Н9С2 по ГОСТ 2246—60. Проволока Св-04Х 19Н9С2 содержит повышенное количество кремния (от 2 до 2,75%), который способствует образованию феррита в структуре наплавленного металла. В качестве покрытия используют ЦЛ-2 или ЦЛ-11. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности. Ток берется для электродов диаметром 2 мм 40 а, диаметром 2,5 мм 40-—60 а. Покрытие ЦЛ-2 дает более плотный наплавленный металл, но внешний вид шва получается хуже.

При сварке стали 1Х18Н9Т может происходить науглероживание металла шва, вызывающее снижение его стойкости против межкристаллитной коррозии. Как показали исследования, основным источником науглероживания является мрамор, входящий в состав покрытия электрода и содержащий до 12% углерода, а при автоматической сварке — флюс. Поэтому лучшие результаты дает сварка нержавеющих сталей в среде защитных инертных газов— аргона и гелия.

Для сварки жаропрочных аустенитных сталей (например, марки 1Х18Н12МЗТ) применяют специальные электроды, обеспечивающие содержание в структуре наплавленного металла от 2 до 5% ферритной фазы. За последние годы разработан ряд новых марок таких аустенитно-ферритных электродов а именно: КТИ-5, ЦТ-15, ЦТ-7, ЦТ-16,ЗИО-3, ЗИО-7 и других, хорошо зарекомендовавших себя в различных отраслях промышленности. Электроды КТИ-5 и ЦТ-7 содержат дополнительные легирующие примеси — молибден и ванадий; электроды ЦТ-15 и ЗИО — ниобий. Кроме того, различные марки этих электродов отличаются содержанием углерода, марганца и никеля. Изменением содержания хрома регулируется количество ферритной фазы, получаемой в наплавленном металле.

Окалиностойкие стали Х23Н13, Х23Н18 и др. содержат больше хрома (от 22 до 25%), никеля (от 12 до 20%). Они склонны давать при температуре 850—950° горячие трещины. Их сваривают

Сварка хромистых сталей

Для изготовления химической аппаратуры, нефтеаппаратуры и других изделий широко используются хромистые стали, являющиеся нержавеющими и кислотостойкими и более дешевыми по сравнению с другими марками легированных сталей, обладающих этими же свойствами.

При содержании хрома от 4 до 14% сталь относится к среднелегированным, а при содержании хрома более 14% — к высоко

легированным. Среднелегированные хромистые стали содержат до 0,15% углерода и применяются в конструкциях, где не требуется, высокая прочность, но необходима устойчивость против кор-> розии.

Высоколегированные хромистые стали могут содержать до 0,35% углерода; они обладают повышенной прочностью, хорошо сопротивляются коррозии и действию кислот. Для повышения устойчивости против образования окалины (газовой коррозии) при температурах до 1100° в состав хромистых сталей вводится 1—2% кремния или 0,2—0,6% алюминия. Повышение жаропрочности достигается введением в состав хромистой стали до 0,6% молибдена. Для улучшения свариваемости хромистой стали в ее состав вводят титан.

При нагревании стали до температур 400—900° хром вступает в химическое соединение с углеродом, образуя карбиды хрома, выделяющиеся по границам зерен и лишающие данную сталь ее основного свойства — сопротивляемости коррозии. При наличии в структуре стали карбидов хрома коррозия возникает не только йа поверхности, но и в толще металла, в местах расположения карбидов хрома. Такая коррозия называется межкристал - л и т н о й и является очень опасной, так как понижает прочность и придает металлу хрупкость. Чем выше содержание углерода в хромистой стали, тем легче выделяются карбиды хрома в металле сварного шва и околошовной зоны, подвергающихся при сварке нагреву до указанных выше температур.

Это свойство хромистых сталей создает основное затруднение при их сварке. Кроме того, хром придает стали способность к самозакаливанию, отчего сварной шов и соседние с ним участки становятся твердыми и хрупкими при охлаждении на воздухе после сварки. Закалка вызывает внутренние напряжения, которые способствуют образованию трещин в металле. Наряду с этим хромистые стали в 1,5—2 раза хуже проводят тепло, чем обычная малоуглеродистая сталь, и поэтому обладают повышенной склонностью к короблению при - сварке. Хром легко окисляется, образуя тугоплавкие шлаки, что также затрудняет сварку. Вследствие указанных причин хромистые стали относятся к группе ограниченно сваривающихся и требуют особых приемов сварки.

Сварку хромистых сталей производят проволокой из хромоникелевой стали Св-02Х 19Н9 и Св-Х25Н13 по ГОСТ 2246—60 с покрытием ЦЛ-2 или УОНИ-13/нж. Эти покрытия дают жидкий шлак, хорошо защищающий ванну, растворяющий окислы хрома и раскисляющий металл шва.

Вследствие повышенного электрического сопротивления проволоки из хромоникелевой стали электроды из нее при большом токе могут быстро нагреваться и усиленно плавиться. Расплавленный металл будет стекать на недостаточно нагретый основной ме-

талл, что приведет к образованию непроверенных мест и ослаблению прочности сварного соединения.

Для предупреждения указанного явления электроды берут длиной не более 250—300 мм, т. е. короче обычных. Из этих же соображений при сварке хромистых сталей применяют пониженный ток и следующие режимы сварки:

Толщина листов, мм . 3 4—5 6—8 10—11 13—16

Ток, а. 50—70 90—100 120—150 100—180 225—260

Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности. Для лучшего отвода тепла под шов кладут толстые медные подкладки, охлаждаемые водой. Для восстановления первоначальных свойств основного металла изделие после сварки подвергают термической обработке по одному из режимов, указанных в табл. 20.

Режимы термообработки сталей после сварки

Содержание хрома встали, %

Температура нагрева, град

Выдержка, мин/1 мм толщины (ио не менее 1 часа)

Два варианта: 1) охлаждение с печью до 600° со скоростью 25 град/час, затем иа воздухе; 2) охлаждение с печью до 730° с выдержкой при этой температуре ие менее 5 мин иа 1 мм толщины, затем на воздухе Охлаждение на воздухе

Два варианта: 1) охлаждение на воздухе; 2) охлаждение до 600° с печью со скоростью 25 град/час, затем на воздухе

Охлаждение в холодной воде, затем отпуск с нагревом до 600 — 700° и медленным охлаждением

Хромистые стали с содержанием 18—30% хрома и до 0,35% углерода во избежание образования трещин подогревают до 200— 350°. Нужно особенно следить за тем, чтобы не перегревать металл шва и околошовной зоны, ведя сварку на пониженных токах с наибольшей скоростью. Особенно это опасно при сварке многослойных швов валиками малых сечений, выполняемых с охлаждением до 200° перед наложением каждого последующего слоя. Для получения менее хрупкого металла шва сварку сталей с 18—30% хрома осуществляют электродами из хромоникелевой стали Св-Х25Н13 с покрытием УОНИ-13/нж.

Если от металла шва после сварки требуется твердость, то охлаждение производят быстро в воде; при медленном охлаждении на воздухе металл шва получается менее твердым, но более вязким.

Металл толщиной свыше 8—10 мм следует сваривать в несколько слоев и, если возможно, с предварительной подваркой корня V-образного шва с обратной стороны.

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Аппарат для сварки: какой выбрать

Самый популярный способ крепления металлических деталей – сварка. И заниматься ею можно не только во промышленных масштабах. В быту сварочные работы используются также часто, причем речь не всегда о сварщиках, …

Расходные материалы, необходимые для сварки

Чтобы выполнить сварку прочно и качественно, недостаточно иметь только сварочный аппарат. Дополнительно потребуется подобрать расходные материалы с учетом вида свариваемого металла. Перед началом работы определите, что именно вам нужно, и …

Критерии выбора сварочных аппаратов

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

Сварка высокохромистых сталей с хромоникелевыми

Высокохромистые ферритные, мартенсито-ферритные и мартенситные стали могут свариваться с хромоникелевыми аустенитными, аустенито-ферритными и аустенито-мартенситными сталями. При сварке высокохромистых сталей с хромоникелевыми прежде всего необходимо предпринимать меры, исключающие образование околошовных трещин (если используются мартенситные или мартенсито-ферритные стали) и чрезмерный рост зерна в зоне термического влияния (в случае использования ферритных сталей). Кроме того, при сварке высокохромистых сталей с хромоникелевыми должно быть исключено изменение структуры свариваемой стали в околошовной зоне, вызывающее ее охрупчивание. Если рассматриваемая композиция сталей используется в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивных средах, необходимо принимать меры, позволяющие исключить появление склонности к межкристаллитной коррозии, или устранить ее, если она появилась.

Меры, которые целесообразно применять при сварке высокохромистых сталей с хромоникелевыми, такие же, как и при сварке закаливающихся, коррозионностойких и жаропрочных сталей.

Что касается сварочных материалов, то они для сварки высокохромистых сталей с хромоникелевыми должны выбираться только исходя из требований обеспечения нужных свойств металла шва. Требование к ним исключить образование в сварном соединении структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей, может не учитываться. В зоне сплавления сварных соединений этих сталей вследствие высокого содержания в них хрома, являющегося довольно сильным карбидообразующим элементом, процесс перемещения углерода не получает сильного развития.

Лучшими сварочными материалами для сварки высокохромистых сталей с хромоникелевыми следует признать те из них, которые обеспечивают получение металла шва аустенитного или феррито-аустенитного класса. Использование других материалов неизбежно приводит к образованию в металле шва мартенситной структуры, которая снижает его пластичность и даже может вызвать возникновение в нем трещин.

Мартенсит в металле шва при сварке высокохромистых сталей с хромоникелевыми может образоваться и в том случае, если используется аустенитная проволока с малым запасом аустенитности (типа Х18Н9) или электроды из нее. Поэтому сварку целесообразно производить проволокой с болеевысоким запасом аустенитности или изготовленными из нее электродами. При этом следует применять такие из них, которые в случае получения металла шва аустенитной структуры обеспечивают образование в нем определенного количества феррита.

Конкретные композиции металла шва в сварных соединениях высокохромистых сталей с хромоникелевыми зависят от условий, в которых должна эксплуатироваться изготовляемая конструкция. В конструкциях, предназначенных для работы в агрессивных средах, металл шва должен обладать стойкостью против коррозии. В этом случае, как показано ранее, необходимо, чтобы он имел низкое (0,03—0,04%) содержание углерода. Если шов должен содержать большее количество углерода, его необходимо легировать элементами, обладающими более высоким сродством к углероду, чем хром, например, титаном, ниобием, ванадием, вольфрамом, цирконием или танталом. В металле шва, предназначенном для работы в агрессивных средах, желательно иметь также элементы, способствующие выделению ферритной фазы.

В конструкциях, работающих в условиях высоких температур, металл шва должен иметь ограниченное (не более 5,5%) количество ферритной фазы. В противном случае в нем возможно образование σ-фазы, вызывающей его охрупчивание. В металле шва таких конструкций следует так же ограничивать содержание углерода и сильных карбидообразующих элементов, так как при определенном их количестве последующий нагрев металла шва может вызвать его охрупчивание вследствие выделения карбидов.

Ниже приведен один из возможных вариантов сварочных материалов, рекомендуемых для различных видов сварки высокохромистых сталей с хромоникелевыми:

Читайте также: