Характеристика теплоустойчивых сталей 

Теплоустойчивые стали 

Характеристика сталей. Теплоустойчивые стали предназначены для длительной работы при температуре 450...600°С. По степени легирования их можно подразделить на три основные группы: низко-, средне- и высоколегированные стали. Низко- и среднелегированные часто называют сталями перлитного класса, хотя в зависимости от химического состава и скорости охлаждения при термической обработке они могут иметь широкую гамму структур: от преимущественно ферритной до мартенситной. Для этого класса сталей характерны структурные изменения в ЗТВ, связанные с перегревом под воздействием термического цикла сварки и γ -->α – превращением с различными продуктами распада аустенита в зависимости от содержания углерода, легирующих элементов и скорости охлаждения в критическом интервале температур.

Теплоустойчивые стали перлитного класса относятся к группе улучшаемых сталей, которые упрочняются путем термической обработки. Характерная особенность этих сталей – большая чувствительность к скоростям охлаждения. Вследствие различных скоростей охлаждения от температуры Ас₃ даже при одинаковом химическом составе могут образовываться различные структуры, и металл будет иметь разные механические свойства при нормальной и высоких температурах.

На структуру стали значительное влияние оказывают легирующие элементы. Молибден – один из наиболее эффективных элементов, способствующих образованию бейнитных структур. Определенное его количество позволяет достигнуть относительно хорошего сочетания прочности и пластичности стали. В присутствии молибдена в стали образуются карбиды хрома и ванадия: карбиды хрома выделяются в основном по границам зерен, а весьма дисперсные карбиды ванадия распределяются равномерно по всему объему металла и резко повышают сопротивляемость деформации твердого α-раствора. Одновременно большая их термодинамическая стойкость препятствует коагуляции, что исключительно важно для сохранения при высоких температурах жаропрочных свойств стали в условиях длительного нагружения.

В условиях высоких температур (особенно при длительном их воздействии) снижаются прочность и твердость металла, изменяются его пластичность и вязкость, металл становится хрупким, в определенных температурных интервалах изменяется его микроструктура Поэтому нагрузку, которую металл способен выдержать в течение десятков и сотен часов при нормальной температуре, может быстро разрушить металл при повышении температуры. В металле, длительно работающем в условиях высоких температур, большое значение приобретают такие явления, как ползучесть и релаксация, не наблюдающиеся при температуре, близкой к нормальной. Поэтому кроме обычных механических свойств (временного сопротивления разрыву σ_в пределу текучести σ_т и др.), эти стали должны обеспечить требования по длительной прочности (напряжениям, вызывающим разрушение металла при заданной высокой температуре за определенный промежуток времени - 100, 1000 ч и т.д.) и условному пределу ползучести σ_п (напряжению, при котором через определенный промежуток времени, например 100 000 ч, при заданной высокой температуре деформация ползучести не превысит заданное значение, например, 1...1,5 %).

Сварка теплоустойчивых сталей сопровождается изменением свойств свариваемого металла, связанным с его расплавлением и кристаллизацией при образовании шва, а также структурным изменением в ЗТВ. Это обусловливает физико-химическую неоднородность сварных соединений и образование местного сложнонапряженного состояния, что может ухудшить работоспособность и эксплуатационную надежность конструкций. Степень неоднородности сварных соединений определяется свойствами основного и наплавленного металлов, технологией сварки и размерами свариваемых изделий.

Химической состав низколегированных хромомолибденовых или хромомолибденованадиевых теплоустойчивых сталей существенно влияет на их свариваемость, повышая или снижая закаливаемость и чувствительность к надрезам.

Это требует проведения контроля режимов: предварительного подогрева, термического режима сварки, медленного охлаждения или нагрева после сварки, термической обработки после сварки. Таким образом, свариваемость оценивается степенью соответствия свойств сварных соединений основному металлу, сопротивляемостью металла шва и околошовной зоны образованию трещин.