Глава 14 ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ И ЖАРОСТОЙКИЕ СТАЛИ

Назад: 14.1 Общая характеристика сталей.

14.2 Характеристика свариваемости

Свариваемость гомогенных жаропрочных сталей определяется структурой и свойствами шва и зоны термического влияния. В стабильно аустенитных сталях (первая группа) с соотношением Сr_экв/Ni_экв 1,3 кристаллизация шва протекает путем выделения из жидкой фазы g-твердого раствора (аустенита) и небольшого количества d-феррита. Однако в условиях ускоренного охлаждения швы в этом случае состоят по существу из одного аустенита, формирующегося в виде крупных столбчатых кристаллитов со значительно развитой междендритной ликвацией. При Сr_экв/Ni_экв > 1,3 ведущей фазой при кристаллизации является феррит, что приводит к измельчению зерна и упрочнению структуры шва. Содержание феррита в этих сталях может достигать 5...6 %. Для придания таким сталям однофазного состояния с мелким зерном шов и сварное соединение в целом должны быть подвергнуты аустенизации (закалке с 1050…1100 ⁰С), так как аустенитная (или с небольшим количестве феррита) крупнозернистая структура шва с высоким уровнем междендритной ликвации повышает склонность его к горячим трещинам.

Важной для характеристики свариваемости является схема кристаллизации шва. Наиболее благоприятной с точки зрения сопротивляемости горячим трещинам является кристаллизация с изгибом кристаллитов, при котором угол срастания их в центре шва близок к нулю (см. ч.1, гл.8.4, рис. 8.2). При многослойной сварке последующий шов создает условия для появления транскристаллизации металла шва, что в свою очередь, повышает склонность к горячим трещинам.

В ЗТВ соединений из указанных сталей происходят следующие изменения:

выделение сегрегатов и карбидной эвтектики с возможностью образования трещин-надрывов;

расплавление по линии сплавления со швом нeметаллических включений;

образование первичного d-феррита в высоконагретых зонах;

коагуляция и растворение избыточных упрочняющих фаз, что способствует охрупчиванию тела зерна;

рост зерна в участках нагрева выше 1000 ⁰С, особенно в гомогенных сталях, находившихся перед сваркой в состояний наклепа на 5…15 % (листы, профили).

Таким образом, характер кристаллизации сварных швов и изменения состояния металла в ЗТВ снижают пластичность металла в температурном интервале хрупкости, что приводит к горячим кристаллизационным трещинам, а при Т = 1200...1000 ⁰С – к горячим подсолидусным трещинам, образующимся в результате межзеренной высокотемпературной деформации.

В сварных швах и ЗТВ из этих сталей образуются также ликвационные горячие трещины (по строчкам неметаллических включений) особенно при сварке на мягких режимах (малые скорости сварки) и при многослойной сварке (повторный нагрев). Этот вид трещин наиболее характерен при сварке деталей из литых сталей.

Свариваемость гетерогенных жаропрочных сталей содержащих феррита до 8…10 % и подвергающихся послесварочной термообработке (закалка+старение), характеризуется возникновением трещин в интервале температур Т = 600…800 ⁰С как результат чрезмерного роста зерна и формирования плоских (надрезы) включений карбидов по их границам. Трещины чаще возникают в жестких сварных узлах, имеющих концентраторы напряжений (непровары, подрезы). Стали, легированные Ti и Nb (12XI8Н9Б, 10Х15Н35ВЗТ, 12Х18Н9ТР), наиболее склонны к подобному трещинообразованию.

При длительной эксплуатации сварных соединений в интервале 300...500 ⁰С, в металле швов, содержащих 8…10 % феррита наблюдается охрупчивание («475-градусная» хрупкость) из-за выделения карбидов. А при Т = 650...900 ⁰С охрупчивание соединений происходит вследствие выделения s-фазы, что создает опасность локального разрушения. Гомогенизация сварных соединений из сталей этой группы устраняет оба вида охрупчивания и восстанавливает необходимую пластичность сварных соединений. Швы, легированные бором, более стойки к образованию трещин.

Для жаропрочных сталей характерно радиационное охрупчивание из-за образования в решетке твердого раствора атомов водорода и гелия под действием нейтронного облучения. Длительная прочность таких сталей и сварных соединений снижается и практически не восстанавливается. Исключение составляют стали типа 25-20, легированные ниобием (Nb >10 %).

Далее: 14.3 Технологические рекомендации по сварке.