Трещины повторного нагрева

Трещины повторного нагрева (ТПН) образуются в процессе высокого отпуска сварного соединения с целью снятия сварочных напряжений. Они характерны для низколегированных и легированных сталей, в особенности для перлитных жаропрочных Сг-Mo-V сталей.

ТПН – межкристаллическое разрушение в крупнозернистой части ЗТВ. Критический интервал температур растрескивания составляет 500...700 °С.

Образование ТПН связывают с локальной пластической деформацией ползучести, обусловливающей релаксацию (снятие) сварочных напряжений.

Нагрев и выдержка при 500...700 °С приводят к выделению мелкодисперсных частиц карбидов в теле зерна. Упрочнение последних способствует развитию пластических деформаций преимущественно в приграничных областях зерен.

В результате относительного смещения зерен на их стыках появляются пики микронапряжений, которые являются причиной зарождения микротрещин.

Образование микротрещин облегчается сегрегацией примесей на границах зерен, снижающих их прочность сцепления.

Склонность к ТПН зависит от состава стали, микроструктуры ЗТВ и величины остаточных сварочных напряжений. Наличие в стали Сг, Mo, V, а также Сu, Ti, Nb и примесей Р, S, Sn, Sb и др. способствует появлению склонности к растрескиванию.

Меры предотвращения ТПН предусматривают выбор рационального легирования стали, особенно уменьшение до возможного минимума Мо и V, снижение уровня остаточных напряжений в сварных узлах и повышение Т отпуска свыше 700 °С.

Хрупкие разрушения

Хрупкое разрушение (ХР) характеризуется тем, что оно не сопровождается заметной пластической макродеформацией и происходит при действии средних напряжений, не превышающих s_Т.

Траектория разрушения близка к прямолинейной, излом нормален к поверхности и имеет кристаллический характер. Хрупкие разрушения, как правило, являются внутрикристаллическими.

Разрушение в большинстве случаев происходит под действием нормальных напряжений и распространяется вдоль наименее упакованной кристаллической плоскости, называемой плоскостью слома (отрыва).

Но иногда (водородное насыщение, коррозия и др.) ХР может быть межкристаллическим. ХР часто происходит внезапно и распространяется с большой скоростью и малыми затратами энергии. В ряде случаев оно приводит к катастрофическим разрушениям в сварных конструкциях в процессе эксплуатации.

Металлы и сплавы с ОЦК-решеткой разрушаются пластично (вязко) или хрупко в зависимости от состава и условий эксплуатации.

Примеси и легирующие элементы, блокирующие подвижность дислокаций, повышают склонность к ХР. Переход от пластичного к хрупкому разрушению может произойти при снижении температуры, увеличении скорости деформирования и остроты надреза.

Процесс хрупкого разрушения может включать три этапа: возникновение трещины, медленное (стабильное) ее развитие и лавинообразное распространение разрушения.

Отдельные конструкции допускаются к эксплуатации с трещиной при условии контроля за их медленным развитием.

В сварных соединениях легированных сталей наибольшую степень охрупчивания получают участки на расстоянии » 0,1 мм от линии сплавления вследствие укрупнения зерна и образования твердых и малопластичных составляющих структуры в результате превращения аустенита (трансформационное охрупчивание).

Причиной охрупчивания является и сегрегация примесей на границах зерен, обусловливающая межзеренное ХР.

Снижение степени охрупчивания достигается технологическими и металлургическими мерами.

Для низкоуглеродистых сталей это ограничения g/v или высокий отпуск сварного соединения. Для легированных сталей технологические меры аналогичны применяемым для предотвращения XT.

Легирование сталей Mo, Ni, снижение содержания S, P, O, N и Н снижает их склонность к ХР. Стали электрошлакового и вакуумно-дугового переплава имеют высокое сопротивление ХР.