Высоколегированные хромистые стали

Теплоустойчивые стали.

Низко- и среднелегированные, хромомолибденовые и хромо-молибдено-ванадиевые стали способны сохранять механические свойства в условиях эксплуатации при повышенных температурах (550-570С). Теплоустойчивость этих сталей обусловлена тем, что легирование хромом и молибденом низкоуглеродистых сталей в количествах выше критического отношения Ме/С приводит к тому, что значительная доля этих элементов находится в твердом растворе. Такое легирование феррита вызывает его упрочнение и затрудняет процессы диффузии и самодиффузии при повышенных температурах, что определяет устойчивость свойств при нагреве.

- При легирование хромом, молибденом и ванадием образуются специальные карбиды, которые имеют повышенную устойчивость против коагуляции при нагреве.Этот фактор также влияет на сохранение свойств хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей при температурах до 570С. Но это обстоятельство приводит также к тому, что образующийся аустенит может быть негомогенным по содержанию углерода, но он не имеет резкой неоднородности по содержанию легирующих элементов.

В связи с этим образующийся при сварке в ЗТВ легированный аустенит имеет повышенную устойчивость и при охлаждении после сварки может претерпевать превращения и различные продукты распада аустенита определяют склонность сталей теплоустойчивых к образованию холодных трещин при сварке и принятия технологических мер по их предупреждению. Как правило, теплоустойчивые стали хорошо свариваются различными видами сварки. Ограничения могут быть связаны с необходимостью подогрева, условиями термообработки.

Хром – основной легирующий элемент для получения коррозионно-стойких и жаропрочных и жаростойких сталей. В коррозионно-стойких сталях хром играет двоякую роль. При его содержании более 12% резко повышается электрохимический потенциал и сталь становится более устойчивой в растворах электролитов. В то же время хром способствует образованию на поверхности металла плотной и достаточно прочной окисной пленки, защищающей поверхность от воздействия агрессивной среды. Эта же пленка хрома защищает от окисления при высоких температурах – повышает жаростойкость. Таким образом, высокохромистые стали оказываются стойкими против химической и электрохимической коррозии в окислительных средах. Наряду с высокой коррозионной стойкостью стали, содержащие примерно 12% хрома, имеют высокие прочность и жаропрочность.

Высокохромистые стали в связи с указанным сочетанием свойств широко применяются в различных областях промышленности. Однако такие стали имеют пониженную технологичность, в том числе пониженную свариваемость. Это связано с особенностями фазового состояния высокохромистых сталей и особенностями структурных и фазовых превращений, происходящих при нагреве и охлаждении.

Хромистые стали с содержание хрома 8-14% и 0,06-0,4%С относятся к классу мартенситных в связи с небольшой критической скоростью охлаждения при закалке. Такие стали можно подвергать термообработке с целью упрочнения. Для характерно, что мартенситный распад при отпуске обуславливает значительные искажения в кристаллической решетке и повышение плотности дислокаций за счет их блокирования карбидом хрома. Такое упрочнение устойчиво даже при высокой температуре.

Дополнительное повышение жаропрочности высокохромистых сталей достигается введением карбидообразующих элементов: вольфрама, ванадия, ниобия, молибдена.

Таким образом, стали 08Х13, 12Х13, 20Х13 применяют для изготовления оборудования, эксплуатируемого в условиях воздействия сернистых газов и других сред при температуре до 500С. Стали 10Х13 и 40Х13 используют как коррозионно-стойкие для различных инструментов и пружин.

Стали 15Х11МФ, 18Х11МНФБ, 15Х12ВНМФ и 14Х12В2МФ являются жаропрочными, применяются при температуре соответственно 550, 580, 630 для изготовления деталей турбин, литых конструкций и труб.

Стали с 17% хрома по сравнению со сталями, содержащими 12% хрома, имеют более высокую стойкость к коррозии в атмосфере и, например, в азотной кислоте. 12Х17, 12Х17Т, 12Х17Н2. Эти стали имеют практически ферритную структуру.

Сварка сталей всех 3 групп связана с рядом трудностей:

1.Выделение избыточных фаз в участках ЗТВ (400-500, 550-850, 1000-Тпл), которые понижают ударную вязкость, что в свою очередь, вызывает охрупчивание околошовной зоны. В этой связи повышения сопротивления сварных соединений хромистых ферритных сталей можно достигнуть за счет минимизации углерода, азота и кислорода, а с другой стороны-подавлением рекристаллизацонных процессов например легированием нитридами.

3. Стали имеют низкую теплопроводность, что приводит к возникновению в зоне сварки более высокого градиента температур, а значит повышенного уровня сварочныъ напряжений.

4. В мартенситных сталях –образование мартенсита в ЗТВ, который обуславливает склонность к образованию холодных трещин при сварке.

5. Стали мартенситного класса являются термически улучшаемыми и используются после закалки и высокого отпуска. В процессе сварки происходит разупрочнение в ЗТВ. Такое разупрочнение может быть ликвидировано только повторной сложной термообработкой (нормализацией и отпуском). Поскольку для этих сталей применимы различные отпуски (250…760С) в зависимости от требуемой твердости, то для сварных изделий рекомендуется выбирать сталь с наиболее высоким отпуском, так как в этом случае будет наименее заметным разупрочнение в ЗТВ.

6. Для полуферритных и ферритных сталей с содержанием хрома 17-25% хрома при сварке в ЗТВ происходит резкий рост размера зерна феррита, что значительно охрупчивает ЗТВ.

7. Повышение хрупкости ЗТВ у высокохромистых сталей может быть связано и сдругим явлением – развитие хрупкости в участках, нагревавшихся до 500С м выделением по границам зерен карбидов. В этой связи этот недостаток может быть устранен за счет легирования ниобием и титаном, которые связывают углерод в стойкие карбиды. Если в сталях не содержаться ниобий и титан, то для повышения стойкости к межкристалитной коррозии проводят термообработку.

Таким образом, высокохромистые стали можно сваривать различными способами сварки, но при условии наименее интенсивного теплового воздействия сварочного источника теплоты в ЗТВ. При сварке мартенситных сталей это уменьшает размер мартенситных участков.

Неблагоприятные факторы – низкую теплопроводность и повышенный градиент температур в ЗТВ, можно компенсировать предварительным подогревом сталей или уменьшить скорость охлаждения после сварки.

Все сварные соединения мартенситных сталей подвергаются высокому отпуску для снятия напряжений, распада мартенсита и общего повышения ударной вязкости. Обычно это нагрев до температур 680-760С в зависимости от состава сталей.

Сварные изделия, работающие в коррозионно-активных средах для восстановления устойчивости к межкристаллитной коррозии подвергают термообработку при температуре 760-780С с последующим ускоренным охлаждением.

Дата добавления: 2014-01-07