Термическая обработка сварных соединений высоколегированных сталей

Термическая обработка сварных соединений из низколегированных теплоустойчивых сталей.

Эти стали, как правило, содержат до 0,2%С, 1-2% Cr, до 0,5% Мо, до 0,3% V.Это 12МХ, 15МХ, 15Х5М, 12х1МФ, 10Х1М1НФБ и др.

Состав этих сталей обуславливает некоторые особенности структурных превращений в ЗТВ при сварке.

а)входящие в состав сталей легирующие элементы повышают устойчивость аустенита при нагреве и его распад происходит при охлаждении до более низких температур. Образуются бейнитные и мартенситные структуры высокой дисперсности. Это приводит к резкому повышению твердости. Поэтому возникает необходимость проведения высокого отпуска для распада этих неравновесных структур и снижения внутренних остаточных напряжений.
б) легирование хромом, молибденом, ванадием приводит к образованию карбидов повышенной устойчивости к растворению. При нагреве в большей части ЗТВ они не растворяются, тем самым образуются участки с повышенной твердостью. Для таких сталей температуру отпуска необходимо повысить до температур 730-750С (в отличие от строительных 550-650С).

в) очень часто низколегированные теплоустойчивые стали применяют в термоулучшенном состоянии (после нормализации с высоким отпуском). В структуре таких сталей млкозернистый аустенит с дисперсными равномерно распределенными карбидами. Естественно, сварка приведет к изменению такой структуры: росту зерна в ЗТВ, укрупнению карбидов. В таких случаях полезно восстанавливать свойства сварного соединения проведением нормализации с высоким отпуском всего изделия.

г) пониженная теплопроводность сталей, что требует ограничения скорости нагрева при сварке, локальной термообработке. Скорость охлаждения после высокого отпуска также необходимо ограничить.

Сварные конструкции из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов находят применение в химических, энергетических установках разного назначения и работают при воздействии активных сред в широком диапазоне температур. Кроме предъявленных к ним требований конструктивной прочности, они должны обладать коррозионной стойкостью и прочностью при высоких температурах. Их широкой номенклатуры таких сплавов можно выделить стали с аустенитной и ферритной структурой, не претерпевающие полиморфных превращений при сварке и термообработке.

Высоколегированные хромистые стали содержат от 11 до 28% хрома. Термообработка сварных соединений определяется фазовым и структурным состоянием ЗТВ и металла шва после сварки.

20Х13 – мартенситного класса;

12Х13, 14Х17Н2 – мартенсито-ферритного класса,

15Х25Т – ферритного класса;

08Х22Н6Т –феррито-аустенитного класса.

К классу аустенитных сталей относятся высоколегированные хромоникелевые стали: Х18Н10; 08Х18Н10Т; Х18Н9; Х18Р12ТБ; Х17Н13М2.

К основным структурнымпроцессам, формирующим их свойства, относятся растворение и выделение упрочняющих фаз (карбидов, нитридов, интерметаллидов), рост зерна. Наибольшей склонность к росту зерна обладают ферритные и феррито-мартенситные стали. Ферритные стали:. Термическая обработка (даже высокий отпуск) может привести к еще большему ухудшению свойств.

Заготовки из этих сталей обычно поставляются в термообработанном состоянии, что обеспечивает нужный уровень свойств металла. Воздействие сварки может приводить к снижению коррозионной стойкости и жаропрочности, а также к охрупчиванию отдельных зон соединения. В соединениях таких сталей часто используются сварочные материалы, отличающиеся по составу от основного материала по составу и структурному классу. Например, для ферритных и феррито-мартенситных сталей сварку проводят аустенитными или феррито-аустенитнымии электродами. Поэтому при назначении режима термообработки необходимо учитывать изменение свойств основного материала и шва разных структурных классов.

Стабилизирующий отжиг:

Эта операция используется для неупрочняемых однофазных и двухфазных аустенитных и ферритных сталей при температуре для снятия сварочных напряжений и восстановления свойств сварного соединения.

Для аустенитных сталей Нагрев до 850-900С – процесс растворения карбидов происходит медленно, а в стали с активными карбидообразующими элементами они вообще не растворяются, а наоборот, начнется процесс их коагуляции (укрупнения). Данный отжиг исключает развитие межкристаллитной коррозии и растрескивания. Если коррозионная среда отсутствует, то сварные соединения, эксплуатирующиеся до 500С, термообработке не подвергаются.

Остальные (двухфазные структуры) подвергаются высокому отпуску при температуре 680-760С.

При сварке аустенитных сталей распределение температур в ЗТВ приводит к тому, что в ней создаются участки различного фазового состава. Например, в области ЗТВ,нагревавшейся выше 1100С, расположен чистый аустенит. В зоне, нагревавшейся до 900-1000С могут оставаться частицы нерастворившихся карбидов, хотя в ней будет более мелкое зерно аустенита. По свойствам эти зоны посте сварки будут характеризоваться высокой коррозионной стойкостью и ударной вязкостью. Однако, если при эксплуатации конструкция будет нагреваться до 500-650С, то в этих зонах начнется процесс выделения карбидов. В результате основной карбидообразующий элемент в этой стали - хром будет связываться в карбид, тем самым уменьшается его концентрация на границах зерен аустенита. При эксплуатации в агрессивной среде в этой зоне возникает межкристаллитная коррозия. В связи с этим, сварные соединения из таких сталей, работающих в агрессивных средах при повышенных температурах, подвергают термообработке, заключающейся в продолжительной нагреве при 900С в течение 3-4 часов. Такой нагрев одновременно с выделением карбидов приводит к ускорению диффузионных процессов внутри аустенитных зерен и к обогащению его границ хромом.

При сварке аустенитно-ферритными электродами может возникнуть опасность охруачивания швов вследствие прохождения в температурном интервале 600-900С процесса образования сигма-фазы. С увеличением объемной доли феррита до 20% интенсивность этого процесса возрастает. Поэтому для снижения опасности охрупчивания содержание феррита ограничивают до 1-5%. Если сварные узлы из аустенитной стали термообработке не пожвергаются, то содержание ферритной фазы можно увеличить до 10%.

При использовании в конструкциях стали с карбидным упрочнением стабилизирующий отжиг не приводит к заметному изменению свойств основного металла. Если свариваются высокожаропрочные стади с интерметаллидным упрочнением (Ni 3(TiAl), которое устойчиво до 80-850С, то после стабидизирующего отжига прочность может падать за счет растворения интерметаллидов. В данных случаях применяют двухступенчатый отжиг, 1 – для снятия сварочных напряжений, а 2 – для частичного восстановления заданных свойств. Например, для ЭИ612 рекомендуется отжиг 950, 10 частов с последующим старением при 700С в течение 35-50 часов.

Операция стабилизирующего отжига связана с большими трудностями из=за высоких температур нагрева, особенно для крупногабаритных конструкций, иногда она невыполнима. Поэтому отказ от проведения термообработки связан с переходам к сталям, нечувствительным к воздействию сварки.

Рис. 30. Межкристаллитная коррозия в ЗТВ аустенитной стали

Дата добавления: 2014-01-07