Реферат на тему свариваемость стали
Обновлено: 02.07.2024
Высоколегированными сталями считают сплавы на основе железа с суммарным содержанием легирующих элементов свыше 10% при содержании железа в них более 45%. Если содержание железа меньше этой величины, то материалы считаются специальными сплавами. Основные легирующие элементы сплавов и сталей этой группы - хром, никель, марганец, кремний, кобальт, вольфрам, ванадий, молибден, титан, бор и др.
Прикрепленные файлы: 1 файл
СВАРКА ВЫСОКО ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.docx
СВАРКА ВЫСОКО ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Высоколегированными сталями считают сплавы на основе железа с суммарным
содержанием легирующих элементов свыше 10% при содержании железа в них
более 45%. Если содержание железа меньше этой величины, то материалы
считаются специальными сплавами. Основные легирующие элементы сплавов и
сталей этой группы - хром, никель, марганец, кремний, кобальт, вольфрам,
ванадий, молибден, титан, бор и др.
Высоколегированные стали и сплавы обладают специфическими свойствами:
высокой коррозийной стойкостью, хладостойкостью, жаропрочностью,
жаростойкостью, сопротивлением ползучести при нагреве и др. Жаростойкость
(окалиностойкость) - свойство металлов и сплавов хорошо противостоять при
высоких температурах химическому воздействию, в частности окислению на
воздухе и в другой газовой среде. Жаропрочностью - способность материалов
при высоких температурах выдерживать без разрушения химические нагрузки.
Высоколегированные стали и сплавы - важнейшие конструкционные материалы,
применяемые в производстве оборудования, работающего в широком диапазоне
температур. Газовых или жидких средах, для химической промышленности, а
также авиации и энергетики.
Свариваемость сталей. В зависимости от содержания основных легирующих
элементов стали различаются на хромистые, хромоникелевые,
хромомарганцевые, хромомарганцевоазотистые и т. д. По структуре
высоколегированные стали разделяются на мартенситные,
мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитно- мартенситные,
аустенитно-ферритные и аустенитные.
Высоколегированные сплавы делят на две группы: сплавы на железоникелевой
(суммарное содержание железа и никеля более 65%) и никелевой (содержание
никеля более 55%) основах. Они имеют стабильную аустенитную структуру.
Хромистые стали имеют различную структуру в зависимости от содержания
хрома и углерода. При содержании в стали хрома 12…13% и углерода более
0,06…0,08% сталь относят к мартенситному классу; при содержании хрома
13…16% - мартенситно-ферритному; при содержании хрома более 16% - к
ферритному классу. Введение в стали других элементов изменяет её структуру
и может привести к переходу из одного класса в другой.
Стали с содержанием хрома 10,5…12% при легировании молибденом, вольфрамом,
ниобием и ванадием обладают повышенным сопротивлением высокотемпературной
ползучести и поэтому их используют как жаропрочные при температурах до
6000С. Термическая обработка и температуры эксплуатации могут вызвать
изменения в структуре стали и сделать её хрупкой. При некоторых видах
термического воздействия хромистые ферритные стали приобретают склонность
к межкристаллитной коррозии. Охрупчивание и снижение коррозийной стойкости
связано с выделением карбида хрома и других хрупких фаз по границам зёрен
и обеднением хромом твёрдого раствора в областях, прилегающих к границам
При сварке сталей мартенистого и мартенситно-ферритного класса в металле
сварного соединения образуются закалочные мартенситные структуры, имеющие
высокую твёрдость и малую пластичность. При определенных условиях это
может привести к появлению холодных трещин. Образование трещин исключается
предварительным и сопутствующим подогревами до температуры 200…4500С,
снижением в металле шва водорода и применением последующего высокого
При невозможности по каким-либо причинам осуществить подогрев и
последующую термическую обработку применяют сварочные материалы. Дающие
металл шва с аустенитной структурой.
Проблема сварки ферритных сталей - укрупнение зерна в околошовной зоне и в
металле сварного шва при повышении погонной энергии сварки и уменьшении
концентрации источника сварочной теплоты. По этой причине становится
нежелательным применение сопутствующего или предварительного прогрева и
последующего отпуска для предотвращения появления холодных трещин. Сплавы
и стали классифицируют по системе легирования, структурному классу,
свойствам и служебному назначению. По системе легирования их делят на два
основных типа: хромоникелевые и хромомагниевые. Существуют также
хромоникельмолибденовые и хромоникельмарганцевые стали. В зависимости от
структуры, получаемой при охлаждении на воздухе, различают следующие
классы сталей: аустенитно-мартенситные, аустенитно-ферритные, аустенитные.
Сплавы на железоникелевой (при содержании более 30%) и никелевой основах
по структуре являются стабильно аустенитными и не имеют структурных
изменений при охлаждении на воздухе. В настоящее время используют также
боридные аустенитные стали и сплавы, основная структура которых - аустенит
с включениями боридной фазы.
При сварке аустенитных сталей и сплавов в металле шва и околошовной зоне
могут возникнуть горячие трещины. Для их предупреждения существуют
несколько способов. Один из них - создание в шве двухфазной структуры,
способствующей измельчению зерна в металле шва и уменьшению ликвации. В
большинстве случаев для этого в структуре шва достаточно иметь 2…3%
первичного d-феррита, что обеспечивается легированием шва
ферритообразующими элементами (титаном, молибденом, кремнием и др.).
Двухфазная структура в стабильно аустенитных сталях и сплавах может быть
создана за счёт выделения в металле шва карбидов или боридов. Для
получения аустенитно-карбидной структуры шов легирую углеродом и
карбидообразующими элементами - ниобием или титаном. Однако углерод резко
повышает склонность швов к межкристаллической коррозии. Поэтому этот
способ применим только при сварке жаропрочных и жаростойких сталей.
Получение аустенитно-боридной структуры достигается легированием шва
0,2…0,7% бора. При больших содержаниях бора в швах могут появиться
холодные трещины, для предупреждения которых требуется предварительный или
сопутствующий подогрев до температуры 250… 3000С.
При сварке чисто аустенитных сплавов в них ограничивают содержание вредных
примесей (серы, фосфора, висмута) и других элементов, образующих
легкоплавкие эвтектики (кремния, титана, алюминия и ниобия). Положительное
действие оказывают легирование этих сплавов молибденом, вольфрамом,
танталом и замена части никеля марганцем.
Измельчение структуры швов высоколегированных сталей и сплавов достигается
также использованием для сварки фторидных флюсов и электродов с
фторитсто-кальциевым покрытием. Большое внимание обращают на технику и
режим сварки, определяющие форму шва и характер кристаллизации его
металла. Уменьшение коэффициента формы шва, малые зазоры между кромками
повышают вероятность появления горячих трещин. Сварка электродными
проволоками малого диаметра (до 2 мм) и умеренные режимы сварки повышают
стойкость швов к горячи трещинам.
От состава и структуры и металлургического способа получения стали зависит
появление трещин в околошовной зоне в процессе длительной эксплуатации при
температурах 550…7700С (так называемых локальных разрушений).
При работе изделий в интервале температур от 350 до 5000С в ферритных и
аустенитно-ферритных швах, содержащих 15…20% сложнолегированного феррита,
может появиться 475-градусная, или тепловая, хрупкость. Она не
сопровождается заметными структурными изменениями. Предотвращение
охрупчивания швов подобного типа достигается ограничением в металле
феррита. Выдержка аустенитных аустенитно-ферритных сталей при температурах
550…8750С приводит к охрупчиванию в результате выпадения s-фазы,
представляющей собой интерметаллид. Предупреждение того вида охрупчивания
достигается закалкой с температуры 1050… 11000С, а в двухфазных
аустенитно-ферритных сталях - ограничение содержания первичного феррита
Необходимо отметить, что из-за высокого коэффициента теплового расширения
высоколегированных сталей значительно возрастает суммарная пластическая
деформация металла шва и околошовной зоны. В результате самонаклёпа
жёстких соединений (при сварке многослойных швов) количество феррита в
металле может повышаться. При длительной эксплуатации сварное соединение
стареет в результате выделения по границам зёрен карбидов и
интерметаллидов. Для уменьшения старения следует снижать содержание в
металле углерода. Этому же служит термическая обработка с нагревом выше
температура распада карбидов и интерметаллидов (выше 900…9500С).
Большинство высоколегированных сталей и сплавов широко используются как
корозийностойкие материалы. Однако под действием агрессивной среды в
сварных соединениях могут наблюдаться различные виды коррозийного
разрушения, связанные с перераспределением хрома. Под действием хрома. Под
действием критических температур (500…8000С) по границам зёрен выделяются
карбиды, обогащённые хромом. Одновременно происходит обеднение хромом
приграничных слоёв зёрен. Которое ведёт к потере стойкости к действию
агрессивной среды и проявлению межкристаллитной коррозии. Межкристаллитная
коррозия наблюдается в металле шва, околошовной зоны или в узкой зоне на
границе сплавления (ножевая коррозия). Появление ножевой коррозии может
быть связано с условиями нагрева при сварке или эксплуатации изделия в
интервале критических температур при сварке многослойных или
перекрещивающихся швов, при смене электрода и т. д. снижает коррозийную
стойкость сварных соединений.
Предупреждение склонности сплавов к межкристаллитной коррозии достигается:
снижением содержания углерода и легированием сильными карбидообразующими
элементами - титаном, ниобием, имеющими большее сродство к углероду, чем
хром. Обычно должны выдерживаться соотношения Ti>5(C - 0.02) и Nb>10C;
формирование двухфазной аустенитно- ферритной структуры с содержанием
феррита до 20…25%;
Термической обработкой (закалка для сталей Х18Н10 с температуры
1050…11000С или стабилизирующий отжиг в течение 2…3 ч при температурах
700…7800С - для хромистых сталей). При нагреве под закалку карбиды
растворяются, при быстром охлаждении углерод фиксируется в твёрдом
растворе (аустените). Однако повторный нагрев может снова вызвать
межкристаллитную коррозию шва. При стабилизирующем отжиге происходит более
полное выпадение карбидов и выравнивание концентрации хрома по объёму
Предотвращение ножевой коррозии обеспечивается приёмами, снижающими
перегрев металла в околошовной зоне (сварка короткой дугой, ускоренное
охлаждение и др.).
Для уменьшения общей коррозии следует применять технику и технологию
сварки, при которых металл шва не отличается по химическому составу от
Коррозийное растрескивание наблюдается в сварных соединениях на
аустенитных сталях при совместном действии агрессивной среды и
растягивающих напряжений. Снижение уровня остаточных растягивающих
напряжений и образование двухфазной аустенитно-ферритной или
аустенитно-боридной структуры - главные способы борьбы с этим видом
разрушения сварных соединений.
Высокая коррозийная стойкость сталей при повышенных температурах в газовых
средах (жаростойкость) определяется возможностью образования и сохранения
на их поверхности плотных и прочных плёнок оксидов. Это достигается их
легированием кремнием и алюминием. Требуемую жаростойкость металла шва
обычно получают за счёт максимального сближения химических составов шва и
Общие технологические приёмы при сварке. Высоколегированные стали и сплавы
сваривают следующими способами сварки: ручной дуговой покрытыми
электродами, дуговой под флюсом, в защитных газах плавящимся и не
плавящимся электродом, электрошлаковой сваркой. Применяют также сварку
лучом лазера и электронно-лучевую сварку.
Теплофизические и химические свойства высоколегированных сталей и сплавов
Читайте также: