Сварка мартенситно-ферритных сталей

Высокая коррозионная стойкость хромистых сталей обеспечивается при содержании Cr пределах 12...14 %, так как при Cr > 12 % коррозионная стойкость более не увеличивается.

Вместе с этим при Cr > 12 % наблюдается склонность стали к охрупчиванию и снижению прочности в связи с формированием в структуре значительного количества ферритной составляющей.

Хромистые (13...14 %) стали имеют частичное g«a (М) – превращение (рис. 35) и относят­ся к мартенситно-ферритным, при охлаждении которых полиморфные превращения соответствуют реакции: d – g + d – a (М) + d.

Рис. 35. Термокинематическая диаграмма распада аустенита при непрерывном охлаждении 13 % -ной хромистой стали с различным содержанием С

Количество d–феррита в сталях повышается с увеличением содержания Cr и снижением концентрации углерода. С введением С границы области g–твердых растворов сдвигаются в сторону большего содержания Cr (см. рис. 34). Эти стали находят широкое применение при изготовлении химических агрегатов и энергетического оборудования (табл. 13 и 14).

Таблица 13

Химический состав мартенситно-ферритных сталей

Примечание. Содержание S < 0,025 %, P < 0,03 %.

Таблица 14

Механические свойства и назначение мартенситно-ферритных сталей

Трудности при сварке мартенситно-ферритных сталей связаны с охрупчиванием металла и возможностью образования холодных трещин. Это обусловлено характером распада аустенита в процессе охлаждения. Диаграмма распада аустенита стали 08X13 (см. рис. 35) имеет две области превращения: в интервале 600...930 °С – соответствующем образованию ферритно-карбидной структуры, и в интервале 120...420°С – мартенситной структуры.

Количество превращенного аустенита в указанных интервалах зависит от скорости охлаждения. Так, при охлаждении со средней скоростью 0,025 °С/с превращение аустенита происходит в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420°С. Повышение V_охл до 10 °С/с способствует переохлаждению аустенита до М_н = 420 °С и полному его бездиффузионному превращению в мартенсит. С увеличением доли мартенсита резко падает KCV. Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в области более низких Т границы превращения.

У сталей с 0,1...0,25 % С полное мартенситное превращение возникает при V_охл = 1 °С/с. При образовании мартенситной структуры KCV CC снижается до 0,05...0,1 МДж/м² (в 10 раз). Последующий отпуск при 650...700 °С приводит к распаду структуры закалки, выделению карбидов и повышению KCV до 1,0 МДж/м². Формирование значительного количества d–феррита в ЗТВ резко уменьшает склонность сварных соединений к образованию холодных трещин, но снижает вязкость сварных соединений.

С учетом возможности восстановления KCV после термообработки стали имеют повышенное содержание С для предотвращения образования большого количества феррита в структуре, что позволяет избежать охрупчивания. Но при этом ухудшается свариваемость вследствие склонности сварного соединения к холодным трещинам в ЗТВ из-за снижения вязкости металла околошовной зоны. Дополнительное легирование сталей карбидообразующими элементами (Мо и V) снижает "эффективное" содержание С и устойчивость аустенита в процессе охлаждения, способствуя его распаду уже при 300 °С.

Таким образом, повышение содержания углерода в сталях, с одной стороны, позволяет улучшить свойства сварного соединения за счет термообработки, а с другой – ухудшает свариваемость из-за охрупчивания ЗТВ. Устранить указанные трудности позволяет правильный выбор теплового режима сварки.