СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНЫЕ СТАЛИ (Савченко В. С.)

19.1. Состав, структура и назначение сталей

К аустенитно-мартенситному классу в соответствии с ГОСТ 5632—72 отно­сятся стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество кото­рых можно изменить в широких пределах К этому классу относятся стали, химический состав которых выбран с соотношением легирующих элементов, обеспечивающих начало мартенситного превращения при 20—60 °С. Пред­ставители этого класса сталей приведены в табл 19 1, 19 2

Ориентировочно оценку структуры сталей в зависимости от состава мо­жно определить по диаграмме Я М Потака, В А Сагалевич (рис 13.3).

Стали аустенитно-мартеиситного (переходного) класса, лежащего между мартенситным и аустенитным, в зависимости от термической обработки имеют структуру н обладают свойствами, близкими к свойствам сталей аустенитного или мартенситного классов

После закалки с температуры, достаточной для растворения карбидов, структура сталей переходного класса в основном аустенитиая, хотя в зави­симости от марки стали и условий, заданных при выплавке, сталь может содержать некоторое количество мартенсита Однако этот аустенит неустой­чив и при охлаждении до отрицательных температур (рис 19 1) либо плас­тической деформации при температурах у-^а-превращения сравнительно легко превращается в мартенсит, причем полнота мартенситного превраще­ния в последнем случае зависит от температуры деформации Деформация аустенита при температуре 100—200 °С замедляет мартенситное превраще­ние практически до нуля Структурное состояние определяет механические характеристики сталей (табл 19 3)

Указанные стали рекомендуются к применению как высокопрочные стали для изделий, работающих в атмосферных условиях, уксуснокислых и других солевых средах, а также для упругих элементов Учитывая высокую пластичность и вязкость металла после закалки, из сталей целесообразно изготовлять детали посредством глубокой штамповки с последующим упроч­нением отпуском Значительное количество остаточного аустенита при соот­ветствующих режимах термообработки обеспечивает высокую пластичность и ударную вязкость сталей при отрицательных температурах и позволяет рекомендовать стали для изделий криогенной техники, работающих до тем­ператур —196 °С [3] В этом случае для обеспечения высокой надежности в эксплуатации стали не следует подвергать старению

19.2. Свариваемость сталей

19.2 1. Структура, свойства металла шва и зоны термического влияния

После сварки сталей, прошедших полный цикл упрочняющей термообработки и имеющих благодаря этому мартенситную структуру, наблюдается широкая зона, имеющая после высоко­температурного нагрева структуру аустенита. Ширина зоны определяется температурой обратного мартенситного превра­щения металла (Ас—Ас3) (650—750 °С). Одновременно в ин­тервале температур 550—900 °С происходит интенсивное выде­ление карбидов (рис 19 2), особенно по границам аустенитных зерен. Кроме того, в узкой зоне, примыкающей к поверхности сплавления, наблюдается образование некоторого количества

6- феррита Структурные превращения в зоне термического вли­яния приводят к снижению пластичности и ударной вязкости металла, а также его чувствительности к концентраторам

напряжений (рис. 19.3). Кроме того, эти превращения снижают коррозионную стойкость и стойкость против межкристаллит- ной коррозии ЗТВ.

19.2.2. Хрупкость сварных соединений

Обратное мартенситное превращение в ЗТВ и ограниченный объем последующего мартенситного превращения при охлаж­дении до комнатной температуры исключает при сварке сталей этого класса образование холодных трещин. Вместе с тем ин­тенсивное выделение карбидов, и особенно образование 6-фер­рита, приводят к хрупкому разрушению сварных соединений в зонах структурных изменений, особенно при понижении тем­пературы до —196 °С. Последнее объясняется резким сниже­нием пластичности 6-феррита. В этом случае полная термо­обработка (закалка, обработка холодом, отпуск) позволяет по­лучить оптимальные соотношения аустенита и мартенсита, а также отсутствие 6-феррита. При этом восстанавливается вязкость зоны сплавления при сохранении прочностных харак­теристик сварного соединения на уровне 0,9 ов основного ме­талла в случае выполнения сварки материалами мартенситного либо аустенитно-мартенситного класса.

19.3. Технология сварки и свойства соединений

19.3.1. Выбор сварочных материалов

Соединения стали аустенитно-мартенситного класса целесооб­разно выполнять аргонодуговой сваркой без присадки (тонко­листовые детали) либо с присадкой перечисленными ниже ма­териалами, а также контактной точечной и роликовой сваркой и электронно-лучевой сваркой.

В случае сварки соединений, для которых отсутствует тре­бование равнопрочности, допускается ручная электродуговая сварка электродами, дающими аустенитный наплавленный ме­талл, либо механизированная сварка под слоем флюса марки АН-26с по ГОСТ 9087—81 либо марки 48-ОФ-6 по ОСТ 5.9206—76.

Выбор присадочного материала осуществляют, исходя из требований прочности сварного соединения. В случае отсут­ствия требований высокой прочности к швам в качестве приса­дочной можно рекомендовать аустенитную проволоку Св-01X19Н18Г10АМ4 (ТУ 14-1-1892—71) либо Св-08Х21Н10Г6 (ГОСТ 2246—70), обладающих хорошей стойкостью против образования горячих трещин и высокой прочностью и пластич­ностью в широком интервале температур, в том числе отрица­тельных (до —196 °С).

При наличии требований высокой прочности сварных соеди­нений рекомендуется к применению аустенитно-мартенситные проволоки СВ-07Х16Н6, Св-08Х17Н5МЗ, Св-09Х15Н9Ю (ТУ I4-I-997— 74), Св-01Х12Н11М2ТС (ТУ 14-1-3482—82).

Механические свойства сварных соединений, полученных с применением некоторых из указанных сварочных материалов, приведены в табл. 19.4.

Прочность сварных соединений, сваренных аустеннтной при­садочной проволокой, выше прочности самой присадки. Это объясняется стеснением деформации металла шва из-за более высокой прочности основного металла. Такой эффект по мере увеличения ширины шва и зоны с аустенитной структурой уменьшается.

19.3.2. Выбор режимов сварки

Режим сварки выбирают, исходя из способа сварки, толщины свариваемого материала, диаметра сварочной проволоки н дру­гих параметров.

Приведенные режимы сварки (табл. 19.5) могут быть скор­ректированы в зависимости от типа соединения, наличия раз­делки кромок, качества сборки, наличия либо отсутствия под­кладки, положения шва в пространстве и т. д.

19.3.3. Выбор послесварочной термообработки

Влияние термического цикла сварки приводит к структурным изменениям, приводящим к охрупчиванию металла ЗТВ сталей, а также снижению их коррозионной стойкости и стойкости про­тив межкристаллитной коррозии. Поэтому при изготовлении ответственных конструкций, к которым предъявляются требо­вания высокой прочности, вязкости и коррозионной стойкости сварных соединений, целесообразно предусмотреть полный цикл

термообработки, включающий закалку, обработку холодом и отпуск. Режим термообработки в этом случае выбирают ана­логичным термообработке основного металла (см. табл. 19.2).

В случае выполнения сварки крупногабаритных изделий, исключающих возможность закалки, следует сварное соедине­ние подвергнуть обработке холодом и последующему отпуску. При этом несколько повышается ударная вязкость сварного соединения.

19.3.4. Коррозионная стойкость соединений

Стали аустенитно-мартенситного класса имеют после закалки с температур, достаточных для растворения карбидов, высокую коррозионную стойкость, определяемую прежде всего высоким содержанием хрома. Сварные соединения имеют равную корро­зионную стойкость с основным металлом.

Мартенситное превращение при обработке холодом сталей,

прошедших закалку, не влияет на коррозионную стойкость и способность сталей к пассивации.

Низкотемпературный отпуск и старение после обработки холодом также не вызывают каких-либо изменений общей кор­розионной стойкости.

Стали аустенитно-мартенситного класса 09X15Н8Ю,

07X16Н6, 08XI7H5M3 в соответствии с требованиями ГОСТ 6032—84 после полного цикла термообработки стойки также против межкристаллитиой коррозии. Вместе с тем при нагреве выше 500 °С наблюдается интенсивное падение стойкости про­тив межкристаллитиой коррозии в связи с выделением по гра­ницам бывших аустенитных зерен карбидов, богатых хромом.

Холодная пластическая деформация сталей аустенитно-мар­тенситного класса, при которой образуется до 75 % мартенсита, не уменьшает склонность стали к общей и межкристаллитиой коррозии. Таким образом, нержавеющие стали рассматривае­мого класса и их сварные соединения во многих случаях имеют хорошее сочетание высокой прочности и коррозионной стойко­сти в агрессивных средах (табл. 19.6).