Низколегированных теплоустойчивых сталей

Низколегированные теплоустойчивые стали, как правило, содержат до 0,2 % С,1…2 % Сг (только стали типа 15Х5М содержат до 6 % Сг – в целях повышения сопротивления коррозии), до 0,5 % Мо и до 0,3 % V (12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х5М). Состав этих сталей обусловливает некоторые особенности структурных превращений в ЗТВ при сварке и некоторые особенности их термической обработки (табл. 13).

Таблица 13 – Режимы термической обработки сварных соединений

низколегированных теплоустойчивых сталей

Особенности превращений в ЗТВ связаны с тем, что входящие в сталь легирующие элементы повышают устойчивость образующегося при нагреве аустенита, приводя тем самым его к распаду при охлаждении в области низких температур с образованием дисперсных и частично неравновесных структур распада. В связи с этим твердость металла в ЗТВ этих сталей заметно повышается и может доходить до НВ 350. Поэтому отпуск сварных соединений этих сталей необходим не только для снижения уровня сварочных напряжений, но и для распада неравновесных структур, снижения твердости и повышения ударной вязкости в целях снижения опасности хрупких разрушений этих соединений.

Легирование сталей хромом, молибденом и ванадием приводит к образованию карбидов с повышенной устойчивостью к растворению, поэтому при кратковременном сварочном нагреве эти карбиды растворяются в более нагретых областях ЗТВ, чем карбиды большей части низколегированных строительных сталей, что делает участок с повышенной твердостью более узким у низколегированных теплоустойчивых сталей по сравнению с низколегированными строительными. Этот же эффект определяется более высокими значениями критических температур у рассматриваемых сталей. Повышение критической температуры Aс₁ предопределяет более высокую температуру отпуска при термической обработке низколегированных теплоустойчивых сталей (730…740⁰С), чем в углеродистых нелегированных и низколегированных сталях для строительных конструкций (550…650 ⁰С).

Низколегированные теплоустойчивые стали чаще применяют в термически обработанном состоянии: после нормализации с высоким отпуском и, реже, после закалки с отпуском. В процессе такой термической обработки перед сваркой в сталях создается мелкозернистое строение с равномерно распределенными мелкими частицами карбидов. Естественно, что сварка портит структуру стали в ЗТВ: в областях, прилежащих к сплавлению, растут зерна и появляются элементы неравновесных структур в области, нагревавшейся выше 900 ⁰С. В участках, нагревавшихся до более низких температур (700…900 ⁰С), происходит укрупнение карбидных выделений и некоторое снижение прочности.

В связи с этим полезно (там, где можно) восстанавливать свойства сварных соединений путем нормализации с высоким отпуском. Однако такая обработка может быть рациональной только в том случае, если нагреву подвергается все изделие. При локальном нагреве нормализация может привести к ухудшению строения и свойств переходного участка между нагревавшейся областью и оставшимся ненагретым металлом.

Значение термической обработки не ограничивается только воздействием на строение и свойства ЗТВ сварных соединений низколегированных теплоустойчивых сталей, она имеет значение и для улучшения свойств металла шва при сварке таких сталей электродами, дающими металл шва (типа 09МХ, 09Х1МФ, 10Х1М1НФБ), по составу близкий к свариваемой стали. На строение металла шва лучше всего влияет нормализация, обеспечивающая перекристаллизацию и измельчение зерна. Высокий отпуск пригоден только для локального нагрева, так как и в ЗТВ, и в металле шва приводит к распаду неравновесных структур, снижению твердости и уровня остаточных напряжений, повышению ударной вязкости.

Для сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х5М при толщине металла более 20 мм нагрев до 400 ⁰С ведут со скоростью до 300 ⁰С/ч, охлаждение после сварки до 300 ⁰С – со скоростью до 300 ⁰С/ч. Термическая обработка должна производиться не более чем через 3 суток после сварки сталей 12Х1М и 15Х1М1Ф всех толщин и не более чем через сутки после сварки стали 15Х5М всех толщин.