Высокохромистые стали

Высокохромистые стали

Система легирования Fe-Cr-С является весьма интересной и послужила для создания целого семейства сталей различных структурных классов, помимо высокой прочности обладающих весьма значительной коррозионной стойкостью. Это тем более ценное свойство, что достигается оно за счет легирования стали дешевым и малодефицитным хромом. Высокая коррозионная стойкость хромистых сталей объясняется окисной пленкой, приводящей к пассивации ее поверхности. В зависимости от содержания хрома коррозионная стойкость стали сохраняется до температур 600...800°С, а с увеличением его содержания обеспечивается окалиностойкость при высоких температурах (800...1100°С).

Структура хромистых сталей может быть различна, что определяется процентным содержанием в них углерода и хрома. В зависимости от развития структурных превращений хромистые стали подразделяются на 3 группы: с полным γ→α -превращением; с частичным γ→α -превращением; без превращения.

Стали первой группы имеют мартенситную структуру (20Х13, 14Х17Н2 и др.), второй - мартенсито-ферритную структуру (12Х13, 14Х12В2МФ) и третьей - ферритную (12Х17, 08Х17Т). Свариваемость этих сталей тесно связана с их структурой. Наиболее затруднена сварка сталей М и М + Ф класса. Стали с мартенситной структурой при сварке в зоне и в шве (если химический состав шва подобен составу основного металла) закаливаются на мартенсит. Такие швы обладают низкой деформационной способностью, что на последней стадии охлаждения (при Т~100 °С) может привести к образованию холодных трещин.

Большая, чем в ЗТВ, крупнозернистость металла шва также способствует образованию в нем холодных трещин; к интенсификации этого процесса приводит и увеличение жесткости закрепления при сварке. Для предотвращения образования холодных трещин обычно применяется подогрев и модифицирование металла шва.

Температура подогрева выбирается в зависимости от склонности стали к закалке и жесткости (толщины) свариваемых элементов изделия. Практически температура подогрева колеблется в интервале 100...250 °С. Верхний предел сопутствующего подогрева ограничен из-за опасности появления синеломкости металла. Однако любая температура подогрева не предупреждает распад по мартенситному механизму; металл 3ТВ имеет достаточно высокую твердость и низкую ударную вязкость. Это связано с высокими скоростями охлаждения даже при наличии подогрева. Поэтому сварные соединения после их выполнения должны подвергаться термообработке (высокому отпуску).

Наилучшими режимами термообработки являются или подстуживание после сварки изделия примерно до 100°С с выдержкой до двух часов (это необходимо для полного распада аустенита) с последующим нагревом до 700 °С и медленным охлаждением, или «отдых» после сварки в течение 10 ч, охлаждение до комнатной температуры с последующим высоким отпуском. Для обеспечения равнопрочности соединения отпуск после сварки рекомендуется давать при температуре примерно на 20 °С ниже температуры отпуска стальных заготовок до сварки.

Для сварки конструкций из М и М + Ф сталей применяют почти все разновидности сварки плавлением. Особое распространение получили ручная сварка покрытым электродом, автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитных газах.

Наиболее часто для этих способов сварочные материалы (электроды, электродную и присадочные проволоки) выбирают с таким расчетом, чтобы получить металл того же химического состава, что и основной. В этом случае после последующей термообработки удается получить свойства сварного соединения, наиболее близкие к свойствам исходного металла. Если нет условий для такого усложнения технологии (сопутствующего подогрева и последующей термообработки), то следует изменить подход и выбрать сварочные материалы, обеспечивающие аустенитную или аустенитно-ферритную структуру металла шва. В этом случае отпадает необходимость в последующей термообработке, так как деформационная способность металла шва повышается.

Для ручной сварки покрытыми электродами в зависимости от марки свариваемой стали можно рекомендовать:

• - для стали марок 08Х13, 12Х13 электроды Э-12Х13 (марка УОНИ-13/Х13);
• - для стали 15Х11МФ электроды Э-12Х11НМФ (марка КТН-9).

Для автоматической сварки под флюсом:

• - для стали 12Х13 и 20Х13 - проволоку марки Св-06Х13 и флюс АН-20;
• - для сварки в среде углекислого газа сталей 12Х13 и 20Х13- проволоку марки Св-08Х14ГНТ.

Основной особенностью свариваемости хромистых сталей ферритного класса является их повышенная склонность к росту зерна в 3ТВ и шве (если последний аналогичен по своему химическому составу основному металлу). Для ослабления этого процесса рекомендуется применение способов сварки с сосредоточенными источниками тепла с ограничением погонной энергии.

При применении сварочных материалов, дающих в шве А или А+Ф структуру, необходимо учитывать разбавление металла шва расплавленным основным металлом с целью сохранения в шве структуры желаемого типа.