ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ШВОВ НА ИХ СТОЙКОСТЬ ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН
1. Наличие серы, фосфора, кремния, ниобия, углерода, наличия легкоплавких металлов (Рb, Sп и др.) и укрупнения структуры, способствует образованию горячих трещин в высоколегированных аустенитных швах.
2. Образованию горячих трещин в высоколегированных аустенитных швах способствует также увеличение отношения в них количества никеля к хрому (т.е. увеличения запаса аустенитности).
3. Особенно сильное влияние на снижение стойкости аустенитных однофазных швов против образования горячих трещин оказывает ниобий, причем действие его значительно превосходит влияние кремния. В чисто аустенитном хромоникелевом шве типа 08Х20Н15 с весьма низким содержанием углерода, кремния и серы достаточно 0,30 — 0,35% ниобия, чтобы вызвать появление горячих трещин. По некоторым данным наличие 0,15 — 0,20% ниобия в чисто аустенитных хромоникелевых швах вызывает образование горячих трещин.
а). Такое влияние ниобия обусловлено сильной дендритной ликвацией его из-за ограниченной растворимости в твердом растворе металла шва вследствие большой разности в размере его атома по сравнению с атомом железа.
б). Ниобий снижает также пластичность швов, однако подобно молибдену он несколько уменьшает вредное действие кремния на трещиноустойчивость хромоникелевого металла типа 25-20.
4. Наиболее эффективное повышение стойкости аустенитных швов против образования горячих трещин обеспечивается при наличии в них ферритной составляющей.
Минимальное количество феррита, необходимое для предотвращения образования горячих трещин в хромоникелевом металле шва, содержащем ниобий и повышенное количество кремния, составляет 2%, а без ниобия и при минимальном содержании кремния — 1% . С увеличением количества ферритной фазы в аустенитно-ферритном шве возможность образования в нем горячих трещин уменьшается. По данным некоторых авторов повышение содержания феррита в хромоникелевом аустенитном шве от 0 до 25% приводит примерно к четырехкратному увеличению его критической скорости деформации, что свидетельствует о повышении стойкости металла против образования горячих трещин. Наиболее трещиноустойчивыми являются швы, содержащие от 20 до 60% ферритной фазы.
Положительное влияние ферритной фазы на сопротивляемость аустенитных швов образованию горячих трещин обусловлено следующими факторами:
А. При кристаллизации аустенитно-ферритного металла шва получается более мелкозернистая и дезориентированная (равноосная) структура с трещиностойкими разветвленными ферритными участками. В отличие от этого структура однофазного аустенитного металла шва характеризуется относительно развитыми столбчатыми кристаллитами, состоящими из дендритов с неразвившимися осями высших порядков.
Б. Такие примеси, как кремний, сера, фосфор, снижающие высокотемпературную межкристаллитную прочность и пластичность металла шва, предпочтительнее растворяются в а-твердом растворе (феррите), благодаря чему концентрация их в маточном жидком расплаве при кристаллизации двухфазного аустенитно-ферритного металла значительно меньше, чем при кристаллизации однофазною аустенитного шва. В результате этого уменьшается дендритная неоднородность аустенита по указанным элементам и повышается его межкристаллитная пластичность.
В. При охлаждении закристаллизовавшегося аустенитно-ферритного металла шва в нем не развивается физическая неоднородность, которая имеет место при аналогичных условиях охлаждения в однофазном аустенитном шве.
5. В связи с положительным влиянием ферритной фазы на стойкость аустенитных швов против образования горячих трещин современная технология электродуговой сварки большинства аустенитных нержавеющих сталей предусматривает получение швов с аустенитно-ферритной структурой при количестве ферритной составляющей от 2 до 7 — 8% (см. рис. 1 Диаграмма Шеффлера).
Особенности:
а). Верхний предел содержания феррита ограничивается указанным количеством в том случае, если изделие эксплуатируется при температуре выше 300°С, так как при содержании феррита в хромоникелевом аустенитном и высокохромистом мартенситном шве более 13 — 15% в интервале температур 350 — 530° С происходит падение его вязкости из-за так называемой 475-градусной хрупкости.
б). Из условий же оптимальной коррозионной стойкости, особенно в окислительных средах, при условии, что рабочие температуры не превышают 300° С, содержание ферритной фазы в шве может достигать 60%.
в). Для обеспечения в аустенитных швах требуемого количества феррита проволоки и электроды, применяемые для сварки той или иной нержавеющей стали, легируют дополнительным по сравнению со свариваемой сталью количеством ферритообразующих элементов хромом, кремнием, ванадием, титаном, молибденом.
г). Следует, однако, при этом учитывать отрицательное влияние ряда элементов (молибдена, кремния, а в некоторых пределах и ванадия) на общую коррозионную стойкость металла шва в окислительных жидкостных средах (см. главу 1). В этом случае в качестве легирующего ферритообразующего элемента наиболее целесообразно использовать хром (например, в электродах ЦЛ-11, ЦТ-15 и др.)
6. В ряде случаев из условий требуемой коррозионной стойкости в высоко агрессивных неокисляющих средах (серная кислота концентрации более 10—15%, фосфорная и уксусная кислоты, среды при производстве карбамида, мочевины и др.), а также из условий сохранения достаточно высокой вязкости и длительной работоспособности сварных соединений при весьма низких температурах наличие не только боридной, но и ферритной фаз ни в стали, ни в металле шва не допустимо. Наоборот, металл такого оборудования в преобладающем большинстве случаев должен иметь значительный запас аустенитности (повышенное содержание никеля и соответственно больше, чем обычно встречающееся отношение количества никеля к хрому), а также минимальное количество углерода . К материалам, применяемым для такого оборудования, относятся стали марок 08Х17Н16М3Т, 04Х17Н16М3Б, 03Х16Н15М3, 33Х21Н21М4Б, 06Х23Н28М3Д3Т, 03Х23Н28М3Д3Т, 03Х20Н16АГ6 и другие, швы на которых должны быть однофазными аустенитными.
МЕРЫ, предотвращающие образование горячих трещин в чисто аустенитных сварных швах, в том числе и хромоникельмолибденовых низкоуглеродистых (с позиции управления химическим составом и структурой):
1. для стойкости аустенитных швов против образования горячих трещин особо важны измельчение его структуры,
2. уменьшение содержания кремния, серы, фосфора, водорода, нейтрализация этих вредных примесей,
3. легирование элементами, повышающими высокотемпературную пластичность и до определенного предела прочность и блокирующими дефекты кристаллической решетки.
4. существуют металлургические пути повышения трещиноустойчивости аустенитных швов и технологические приемы. К первым относятся отмеченные выше пути получения соответствующего химического состава металла шва, ко вторым — такие технологические приемы, как вибрация сварочной ванны, продольные частые колебания электрода, электромагнитное воздействие на дугу и сварочную ванну, сварка на оптимальных режимах и др.
а). Аналогично окислительному флюсу положительную роль на трещиноустойчивость аустенитных швов, выполняемых вручную, оказывают окислы железа и особенно окислы хрома, а также до определенного количества окисел циркония, вводимые в электродное покрытие и в керамические флюсы.
б). Увеличение основности окислительного покрытия электродов повышает трещиноустойчивость аустенитного металла шва главным образом вследствие уменьшения в нем содержания кремния и серы. В связи с этим количество вводимой в покрытие электродов двуокиси титана следует ограничивать лишь в соответствии с требуемой технологичностью электродов (стабильность горения дуги, отделимость шлаковой корки и др.).
в). Увеличение содержания серы в шве, переходящей из покрытия, также сильно снижает сопротивляемость шва образованию горячих трещин.
Дата добавления: 2015-10-22; просмотров: 1399;