МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

ЛЕГИРОВАННЫЕ ТЕПЛОСТОЙКИЕ СТАЛИ

Теплостойкими или теплоустойчивыми называют стали, эксплуатирующиеся при температурах до Тэксп =

500.. .580 °С в течение t — 104-.. 10s ч. По степени легиро­вания к теплоустойчивым сталям в основном относят­ся низко - и среднелегированные перлитные стали. Со­держание углерода в этих сталях составляет 0,08...0,17%. В соответствии с условиями эксплуатации теплоустой­чивые стали должны обладать сопротивлением ползучес­ти, длительной прочностью и жаростойкостью. Обеспе­чение перечисленных свойств в интервале температур эксплуатации достигается путем легирования сталей хромом (0,5...2,0%), молибденом (0,2...1,0%), ванадием (0,1...0,3%), добавками W, Ті, Si и соответствующей тер­мообработкой (улучшением).

Известны два основных направления получения тре­буемого уровня теплостойкости.

Первый путь — обеспечение теплостойкости за счет структурного упрочнения твердого раствора хромом и молибденом, что повышает температуру рекристаллиза­ции железоуглеродистого сплава и снижает интенсив­ность диффузионных процессов (разупрочнение) при

высокотемпературной эксплуатации. Кроме того, в про­цессе длительной эксплуатации при Т = 450...600 °С мо­либден образует с железом интерметаллид Fe2Mo (фазу Лавеса), что повышает длительную прочность стали за счет дисперсионного твердения, т. е. созданием на грани­цах зерен препятствий для движения дислокации. Оп­тимальным содержанием Мо в стали является 0,4... 1,3%.

Второй путь структурного упрочнения стали — это введение в сталь сильных карбидообразующих — вана­дия и ниобия. Эти элементы, находясь в металле в виде высокодисперсных карбидов VC и NbC, растворенных в зернах, также повышают длительную прочность ста­ли. Такие теплоустойчивые стали с карбидным упроч­нением подвергают полной термической обработке: закалке на мартенсит и высокому отпуску. Во время пос­леднего и образуются мелкодисперсные карбиды VC и NbC. Однако длительная эксплуатация изделий при Т = 550...600 °С приводит к коагуляции этих карбидов и их расположению вблизи границ зерен, что ведет к возможности межзеренного разрушения (охрупчива­нию) и снижению теплостойкости сталей.

Поэтому для сварных соединений предпочтительным является первый путь структурного упрочнения сталей, так как он позволяет получать более пластичный металл шва по сравнению с карбидным упрочнением и обеспе­чивает большую стабильность структуры в процессе длительной эксплуатации.

Разработаны и используется большое число марок сталей, в которых для упрочнения применяются оба указанных механизма.

Теплостойкие стали используются для изготовления сварных узлов парогенераторов, трубопроводных систем энергетических и нефтехимических установок, атомных реакторов и т. д. Наиболее известными являются марки сталей 12ХМ, 12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ (Траб = 450...550 °С)

122

и 12Х1МФ, 15Х1МФ, 20ХМФЛ, 12Х2МФЛ и др. (Т, мб=

550.. .580 °С) Химическим состав и свойства сталей рег­ламентированы ГОСТ 20072—74 и указаны в литературе [12]. Оптимальные механические свойства и их стабиль­ность в течение 100 000 ч (10 лет) обеспечиваются струк­турой перлита, получаемой после закалки с последую­щим высоким отпуском или после нормализации.