Глава 13 ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ

Назад: 13.4 Характеристика свариваемости.

13.5 Технологические рекомендации по сварке

В отдельных отраслях машиностроения устанавливаются специальные технологические рекомендации по сварке хромистых и хромоникелевых сталей, контролю качества, методам испытаний и сертификации сварных изделий (РТМ, РД). Однако общность теплофизических свойств сталей, некоторая типичность их химических составов и во многих случаях одинаковый механизм коррозии (электрохимический) позволяют сформулировать общие рекомендации по их сварке.

Сварку высокохромистых сталей ферритного, мартенситно-ферритного и мартенситного классов можно осуществить по двум технологическим вариантам:

1) с применением электродных материалов одинакового или сходного с основным металлом химического состава;

2) с применением электродных материалов аустенитного или аустенитно-ферритного классов.

В первом случае соединение отличается структурной и химической однородностью, достаточной прочностью и пластичностью после соответствующей термообработки (отпуск при Т = 680…740 ⁰С). При этом для сварки соединений из высокохромистых сталей толщиной S 7...10 мм подогрев с целью устранения холодных трещин не требуется. С повышением толщины свариваемых элементов, увеличением содержания углерода и легирующих применение подогрева становится обязательным и находится в пределах температур Т_под = 150...250 ⁰С, а послесварочная термообработка производится сразу после сварки.

Во втором случае, сварное соединение характеризуется значительной структурной неоднородностью, усугубляемой процессами диффузии на границе сплавления, особенно в процессе длительной эксплуатации. Это приводит, как правило, к снижению содержания углерода в шве (или вблизи линии сплавления), заметному уменьшению прочности соединения и возможности появления локальных разрушений по обезуглероженному слою. В то же время технология сварки значительно упрощается, так как не требуется отпуска, а в ряде случаев и подогрева.

Независимо от вариантов технологии, фактором, снижающим эксплуатационную надежность сварного соединения, является межкристаллитная коррозия. Она устраняется либо легированием стали и шва титаном (08Х17Т, 15Х25Т), либо послесварочным отпуском при T = 650...750 ⁰C.

В большинстве случаев применяют ручную дуговую сварку. Электроды перед сваркой обязательно прокаливаются. Покрытия должны носить основной характер. При сварке под флюсом используются безокислительные флюсы (48-ОФ-6) либо слабоокислительные (АН-17) в комбинации с легированными проволоками. Рекомендации по выбору сварочных материалов приведены в ч.1, гл.13.4, табл. 13.1.

При сварке хромоникелевых аустенитных сталей следует рекомендовать дополнительное легирование швов Mn, N, Mo, исключая или максимально снижая в них содержание Ti, Nb, AL. Количество вредных примесей в металле шва (P, S), а также Si должно резко ограничиваться. Это требует особого входного контроля качества сварочных материалов и подготовки поверхностей свариваемых кромок.

В аустенитно-ферритных швах (а их номенклатура наиболее широка), чтобы избежать горячих трещин, структура должна содержать феррита в пределах 15…30 %, что достигается соответствующим легированием сварочными материалами (ч.1, гл.13.4, табл. 13.1).

Для аустенитно-мартенситных сталей следует добиваться либо аустенитной структуры металла, обеспечивающей высокую стойкость против горячих трещин (если отсутствуют требования по высокой прочности шва), либо аустенитно-мартенситной структуры, соответствующей исходному металлу, но требующей послесварочной термообработки.

Во всех случаях требуемой структуры можно добиваться с использованием рекомендуемых электродов, проволок или регулированием режимов сварки [5,7,8]. Ориентировочно выбор составов сварочных материалов, обеспечивающих требуемые свойства, состав и структуру швов, можно предварительно оценивать, используя диаграмму Шеффлера (рис. 13.3).

Рис. 13.3 – Диаграмма Шеффлера

Для всех классов хромоникелевых сталей необходимо применять режимы сварки с пониженной погонной энергией за счет снижения величины тока на 25...30 %, а чаще за счет повышения скорости сварки (соответственно и скорости охлаждения). Это сужает зону пластических деформаций сварного соединения и время пребывания околошовных участков, нагреваемых до критических температур (например образования Cr₂₃C₆).

При выборе режимов сварки необходимо, чтобы доля участия основного металла в шве была минимальной, так как это существенно влияет на механические и коррозионные характеристики соединения в целом.

После сварки швы необходимо подвергать механической обработке с целью устранения концентраторов напряжений и повышения вязкости сварных соединений, особенно эксплуатирующихся при криогенных температурах.

Подготовку кромок под сварку следует, производить либо механическим путем (фрезерование, резание, строжка), либо плазменно-дуговыми способами, чтобы исключить неблагоприятное изменение исходной структуры основного металла на свойства околошовной зоны.

Для аустенитных сталей в большинстве случаев не требуется послесварочной термообработки. Ее применяют для аустенитно-ферритных сталей (закалка с 1050 ⁰С или стабилизирующий отжиг при температуре 850…920 ⁰С), когда требуется повышенная стойкость соединений к межкристаллитной (ножевой) коррозии или коррозионному растрескиванию. Для сварных соединений из аустенитно-мартенситных сталей рекомендуют после сварки закалку с отжигом, для выравнивания структуры шва и зоны термического влияния. Во всех случаях это способствует снижению уровня остаточных сварочных напряжений и уменьшает влияние концентраторов напряжений.

Итак, основными рекомендациями по повышению коррозионной стойкости сварных соединений в целом являются:

1. Снижение содержания углерода ( 0,03 %) в стали и швах за счет применения низкоуглеродистых основных и сварочных материалов.

2. Стабилизация структуры швов с применением карбидообразователей (Nb, V, Ti).

3. Создание двухфазной аустенитно-ферритной структуры швов за счет легирования.

4. Применение режимов, сварки обеспечивающих высокие скорости охлаждения металла в области критических температур.

5. Применение гомогенизирующей термообработки (аустенизация).

6. Расположение сварных швов вдали от участков металла, исчерпавших свою деформационную способность из-за предшествующих видов обработки.

Более подробную информацию о свойствах и особенностях сварки коррозионностойких сталей можно найти в литературе [6,16,7,8].

Далее: Глава 14 ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ И ЖАРОСТОЙКИЕ СТАЛИ