СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫЕ НЕРЖАВЕЮЩИЕ СТАЛИ (Ющенко К А )

18.1. Состав, структура и назначение сталей

К наиболее распространенным сталям аустенитно ферритного класса отно­сятся стали типа 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 03Х23Н6, 08Х18Г8Н2Т, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2 [1] Микроструктура хромоинкелевой стали 08Х22Н6Т н хромо - ннкельмолнбденовой 08Х21Н6М2Т представлена на рис 181 Количество аустеннтной н ферритной фаз в сталях этого класса колеблется обычно в пределах 40—60 % Химический состав аустенитно ферритных сталей при­веден в табл 18 1, механические свойства — в табл 18 2

Аустенитно ферритные стали имеют относительно высокие пределы те кучести и прочности прн удовлетворительных пластичности и ударной вяз кости, а также высокую коррозионную стойкость н хорошую свариваемость Это позволяет сократить удельный расход металла при изготовлении хи­мической аппаратуры, рассчитываемой на прочность, благодаря уменьше

Рис 18 1 Микроструктура аустенитно ферритной стали 08X22H6T (ЭП53) (а)

08Х21Н6Ч2Т (ЭП51) (б) Х100

нию толщины листа Согласно диаграмме состояний сплавы Fe—Сг—Ni (гл 16, рис 16 1) обладают некоторыми характерными особенностями об ласть существования двухфазной аустенитно ферритной структуры в них на­ходится в интервале температур 20—1350 °С, при нагреве стали выше тем­пературы 1100 °С аустенит превращается в феррит н тем интенсивнее, чем выше температура и длительность нагрева, при температуре выше 1200 °С происходит полное у-*-а превращение, при последующем охлаждении проис­ходит обратное превращение феррита в аустенит Конечное соотношение количества структурных составляющих зависит от скорости охлаждения стали При изотермической выдержке в области температур 700—800 °С в стали возможно образование хрупкой составляющей 0 фазы Аустенитно-

ТА БЛИЦА 18 1 ХИМСОСТАВ АУСТЕНИТО ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Массовая доля элементов*,

С

Si

Мп

Сг

Ni

Ті

Мо

08Х22Н6Т

<0,08

<0,8

<0,8

21,0—23,0

5,3—6,3

5—

0,65

12Х21Н5Т**

0,09—

0,14

<0,8

<0,8

20,0—22,0

4,8—5,8

0,25—

0,5

08X21Н6М2Т

<0,08

<0,8

<0,8

20,0—22,0

5,5—6,5

о, го - одо

1,8—2,5

03Х23Н6***

<0,03

<0,4

1,0— 2,0

22,0—24,0

5,6—6,3

03Х22Н6М2***

<0,03

<0,4

1,0— 2,0

21,0—23,0

5,6—6,5

1,8—2,5

* Остальное у всех сталей Fe ** А1 ^ 0,08, *** S ^ 0 02 Р ^ 0,035 (у остальных сталей S < 0,025)

ТАБЛИЦА 182

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АУСТЕНИТО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Режим термической обработки

V

кгс/мм3

(МПа)

0 2’ кгс/мм3 (МПа)

б, %

кси,

кгс м/см3 (Дж/см3)

08Х22Н6Т*

Закалка при 1000— 1050 °С, охлаждение в воде

60 (588)

35 (343)

18

6 (58,8)

12X21Н5Т*

То же, при 950— 1050 °С

70 (688)

40 (360)

14

08Х12Н6М2Т*

То же, при 1050 ± + 25 °С

60 (588)

35 (343)

20

6 (58,8)

08Х18Г8Н2Т

То же, при 980— 1020 °С, охлажде­ние в воде или водя­ным душем

60 (588)

35 (343)

20

6 (58,8)

* Для толщин > 25 мм механические свойства не нормируются, для толщин < 6 мм стали 12Х21Н5Т предел текучести не менее 45 кгс/мм* (441 МПа)

ТАБЛИЦА 18 З

ПРИМЕРНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Примерное назначение

08Х22Н6Т

Рекомендуется как заменитель марки 08Х18Н10Т для изготов­ления сварной аппаратуры, применяемой для химической, пи­щевой и других отраслей промышленности при рабочих темпе­ратурах до 350 °С. Обладает повышенным сопротивлением межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением и более высокой прочностью по сравнению со сталью 08 X18Н10Т. Сталь сваривается всеми видами сварки

12Х21Н5Т

Применяется для тех же целей, что и сталь марки 08Х22Н6Т, но обладает более высокой прочностью Сталь отличается удо­влетворительной стойкостью к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением

08Х18Г8Н2Т

Рекомендуется как заменитель стали 08Х18Н10Т для изготов­ления сварной аппаратуры, работающей в, различных средах средней агрессивности. Рабочая температура — не выше 350 °С. Обладает хорошей стойкостью к МКК

08Х21Н6М2Т

Рекомендуется как заменитель стали 10X17H13M3T для изго­товления деталей и сварных конструкций, работающих в сре­дах повышенной агрессивности: в фосфорной, муравьиной, мо­лочной, уксусной и других кислотах, а также в условиях син­теза мочевины. Рабочая температура — до 300 °С.

ферритиые стали поставляются в закаленном состоянии с температур 950— 1050 °С. Разница по содержанию Сг и Ni между аустенитной и ферритной фазами составляет 2—5%. Аустенитно-ферритные стали теряют вязкость при нагреве их в интервале температур 450—650 °С Это связано с тем, что хрупкость, обусловленная выделением карбидов, усиливается действием так называемой 475° хрупкости.

Примерное назначение и температура эксплуатации аустенитно-феррит - ных сталей указаны в таблице 18 3

18.2. Свариваемость сталей

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной склон­ностью к росту зерна в зоне термического влияния при воздей­ствии сварочного термического цикла. Наряду с ростом фер­ритных зерен возрастает общее количество феррита. Последую­щим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура. Размеры зерна и количество феррита, а также ши­рина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки, соот­ношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву [2]. Соотношение количества структурных составляющих (у - и a-фаз) в исходном состоя­нии в значительной степени зависит от содержания в стали Ті. Количеством титана в стали также определяется устойчивость
аустенитной фазы против у—>-6-превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ті, тем чувствительнее сталь к перегреву (рис. 18.2). Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязко­сти металла околошовной зоны и угла загиба сварных соеди­нений аустенитно-ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие Ті,— это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.

Рис. 18.2. Микроструктура участка крупного фсрритного зерна, образовавшаяся в зоне термического влияния под воздействием сварочного нагрева при автоматической сварке под флюсом.

Х100

/ ■.:

18.3. Технология сварки и свойства соединений

Аустенитно-ферритные стали можно сваривать как ручной и механизированной электродуговой сваркой, так и другими способами сварки (электроннолучевой, электрошлаковой), плазменнодуговой и др.). Предпочтительнее способы сварки с невысокими погонными энергиями. Техника и режимы сварки аустенитно-ферритных сталей не отличаются от общепринятых для всего класса нержавеющих сталей. При выборе видов швов сварных соединений рекомендуется руководствоваться ГОСТ 5264—69, ГОСТ 8713—70, ГОСТ 14771—69, ОСТ 26-291—71 и стандартами предприятий. Под­готовка кромок под все виды сварки производится механиче­ским способом, чтобы исключить возникновение зон термиче­ского влияние (ЗТВ), снижающих регламентированные свой­ства сварных соединений. Сварочные материалы, применяемые для сварки аустенитно-ферритных сталей, приведены в табл.

18.4 и 18.5. Швы соединений, выполненные указанными сва­рочными материалами, имеют аустенитно-ферритную струк-

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ АУСТЕНИТО-ФЕРРИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ (ПО ГОСТ 10052—75)

Марка стали

Марка электрода

08Х22Н6Т, 03Х23Н6

ЦЛ-11, ЦТ-15-1 ОЗЛ-7, АНВ-23

08Х18Н2Г8Т

ЦЛ-11, ЦТ-15-1, ОЗЛ-7

08X21Н6М2Т, 03Х22Н6М2

НЖ-13, АНВ-36, ЭА-902/14,

ЭА-400/13, ЭА-400/10

Примечание. Для сварки в нижнем положении.

ТАБЛИЦА 18.5 СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Марка стали

Сварочный материал

ГОСТ или ТУ на сварочный материал

Примечание

08Х22Н6Т

Св-06Х21Н7БТ

ТУ 14-1-1389—75

Если не тре­

(ЭП53)

(ЭП500)

буется стой­

08Х18Н2Г8Т

Св-03Х21Н10АГ5

ТУ 14-1-4176—86

кость против

(ЭК-91)

МКК

Св-05Х20Н9ФБС

ГОСТ 2246—70

Св-06Х19Н9Т

ГОСТ 2246—70

Св-07Х19Н10Б

ГОСТ 2246—70

Св-07Х18Н9ТЮ*

ГОСТ 2246—70

Св-04Х19Н9

ГОСТ 2246—70

Флюс АН-26

ГОСТ 9081—75

Флюс АНК-45МУ

ТУ ИЭС 623—87

03Х23Н6

Св-06Х21Н7БТ

ТУ 14-1-1389—75

(ЭИ68)

(ЭП500)

Св-03Х21Н10АГ5

ТУ 14-1-4176—86

Флюс АН-26

ГОСТ 9081—75

Флюс АНК-45МУ

ТУ ИЭС 623—87

03Х22Н6М2

Св-06Х20Н11МЗТБ

ГОСТ 2246—70

(ЭИ67)

СВ-06Х19Н10МЗТ

ГОСТ 2246—70

08X21Н6М2Т

Св-03Х 19Н15Г6М2АВ2

ТУ 14-1-1595—76

Если стойкость

(ЭП54)

Св-04Х19Н11МЗ*

ГОСТ 2246—70

против МКК

Флюс АН-26

ГОСТ 9081—75

не требуется

Флюс АНК-45МУ

ТУ ИЭС 623—87

туру. Количество ферритной фазы в швах составляет 15— 60 % и зависит не только от применяемых сварочных материа­лов, но и от доли участия свариваемого металла в металле шва, от колебаний химического состава в пределах марки. Самый высокий процент ферритной фазы в швах наблюдается при автоматической сварке под флюсом встык без разделки кромок проволокой Св-06Х21Н7БТ. Благодаря высокому со дер­жанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против образования горячих трещин. Изменение содержания феррит - ной фазы в шве за счет легирования или термообработки при­водит к существенному изменению его механических свойств. Пределы текучести и прочности при достаточно высокой пла­стичности и вязкости шва достигают максимума при равном процентном содержании в нем аустенитной и ферритной фаз.

18.3.1. Механичекие свойства сварных соединений

Механические свойства швов и соединений, выполненных сва­рочными материалами, указанными в табл. 18.4 и 18.5, приве­дены в табл. 18.6. Анализ механических свойств показывает, что самую высокую прочность швов при автоматической сварке под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей можно получить, применяя проволоку Св-06Х21Н7БТ (ЭП500), а хромоникельмолибденовых — проволоку Св-06Х20Н 11МІЗТБ (ЭП89). Сочетание достаточно высокой прочности и пластич­ности достигается при применении для автоматической сварки под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей про­волоки Св-03Х21Н10АГ5 (ЭК-91), а для хромоникельмолибде­новых— проволоки Св-03Х19Н15Г6М2АВ2 (ЧС-39). Эти прово­локи предпочтительнее применять при сварке стали значитель­ных (>10 мм) толщин встык, без разделки кромок. Для улучшения пластичности сварных соединений аустенитно-фер­ритных сталей, если позволяют габариты изделий, можно про­водить термообработку — закалку от 1000 °С с охлаждением в воде.

18.3.2. Коррозионная стойкость сварных соединений

При сварке изделий, к сварным швам которых предъявляются требования стойкости к межкристаллитной коррозии, слой шва, обращенный к агрессивной среде, должен выполняться послед­ним. В связи с тем, что аустенитно-ферритные стали подвер­жены охрупчиванию в интервале температур 450—500 и 650— 800 °С, особое внимание при их сварке необходимо обращать на строгое соблюдение режимов сварки и охлаждения изделий. При сварке изделий из металла толщиной 16—20 мм рекомен­дуется применять обработку границ швов с основным металлом сваркой аргонодуговым способом. Получаемый при этом мест­ный нагрев с малой погонной энергией (^'=4200 Дж/см2) уча­стка крупного зерна ЗТВ до расплавления приводит при ох­лаждении к образованию мелкозернистой ферритной структуры с аустенитными прослойками по границам зерен. Металл с та­кой структурой пластичнее крупнозернистого феррита, образу­ющегося при сварке в ЗТВ и более коррозионностоек.

При соотношении аустенитной и ферритной фаз, близком к единице, швы стойки как против межкристаллитной, так и против структурно-избирательной коррозии. Такая зависимость коррозионной стойкости от соотношения структурных состав­ляющих объясняется тем, что при 40—60 % a-фазы размеры зерен феррита и аустенита примерно одинаковы, а химическая неоднородность по Сг и Ni между фазами минимальна (рис. 18.3) [3]. При уменьшении количества аустенитной фазы

'1

Ак

И***

>

Ч

ч

Л

оо

0,9

*£o, s ОЛ

3 4 S S

7 9 S 70 11 12 Ni,%

85 74 57 46 36 27 16 3,5

Количество ос,-(разы,°h

1,2

в шве или околошовной зоне до 20 % и менее в металле проявляется склонность к меж­кристаллитной коррозии. От­пуск сварных соединений при 850 °С предотвращает меж - кристаллитную коррозию свар­ных соединений.

Рис. 18.3. Влияние a-фазы иа химическую неоднородность по Сг (1) и Ni (2) в фер­ритной и аустенитной фазах аустенитно - ферритного металла:

С jqj — содержание никеля в а-фазе;С^г—

содержание хрома в a-фазе; —содер - V

жанне никеля в v-фазе; С£г—содержание хрома в 'уфазе

Структурно - избирательную коррозию можно объяснить разностью электродных потен­циалов аустенита и феррита в двухфазном металле, а так­же разностью поверхностей структурных составляющих в местах контактирования с агрессивной средой. Элек­тродные потенциалы между структурными составляющими в агрессивной среде могут от­личаться при разном содержа­нии в них легирующих элемен­тов, обусловливающих корро­зионную стойкость металла в данной среде. В окислительных средах (азотная кислота) пассивирующая способность и, следовательно, коррозионная стойкость аустенитной и ферритной фаз металла зависят глав­ным образом от содержания Сг, а в неокислительных (раство­рах серной кислоты) от содержания Ni и Мо. За ухудшение коррозионной стойкости аустеиитио-ферритного металла всегда ответственна аустенитная фаза. Кроме того, в соединениях ау­стенитно-ферритных сталей всегда имеются участки, отлича­ющиеся по своему электродному потенциалу. Это шов, ЗТВ, основной металл. Такое соединение в электролите представ­ляет собой многоэлектродную систему с несколькими катодами и анодами. Преимущественному растворению в электролите бу­дет подвергаться та часть системы, которая в данном элект­ролите будет иметь наиболее отрицательный электродный по­тенциал, т. е. будет катодом.

ТАБЛИЦА IS, Є МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШВОВ И СОЕДИНЕНИЙ ИЗ АУСТЕНИТО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Сварной шов

Сварное

соединение

Марка стали

Сварочный материал

МПа

, МПа

в

- 2

о *

, МПа

угол из­гиба, град

N

©

а

©

«о

4-

а

©

Автоматическая сварка под флюсом

08Х22Н6Т

Проволока Св-06Х21Н7БТ (ЭП500), флюс АН-26

420

800

35

32

120

780

180

08Х22Н6Т

Проволока Св-05Х20Н9ФБС (ЭИ649), флюс АН-26

490

720

28

53

90

740

120

Проволока СВ-03Х21Н10АГ5 (ЭК91), флюс АН К-45

500

710

30

51

130

720

180

Проволока Св-07Х19Н10Б, флюс АН-26

320

770

40

41

110

670

170

08X21Н6М2Т

Проволока Св-06Х20Н11МЗТБ (ЭП-89), флюс АН-26

420

720

26

48

103

710

180

Проволока Св-03Х19Н15М2АВ2 (ЧС-39), флюс АНК-45

470

700

37

6!

105

701

180

Проволока СВ-08Х19Н10Б, флюс АН-26

340

810

46

36

94

750

180

08Х18Н2Г8Т

Проволока Св-06Х21Н7БТ (ЭП-500), флюс АНК-45МУ

485

730

28

46

120

740

180

Проволока СВ-03Х21Н10АГ5 (ЭК-91), флюс АНК-45

460

710

48

55

110

710

180

03Х23Н6

Проволока СВ-08Х21Н10АГ5 0К-91), флюс АНК-45

488

690

28

46

140

700

180

03Х23Н6

Св-06Х21Н7БТ (ЭП-500), флюс АНК-45МУ

460

710

28

41

120

700

180

03Х22Н6М2

СВ-06Х20НПМЗТБ (ЭП-89), флюс АН-45МУ

480

705

26

43

110

710

190

Св-ОЗХ 19Н15Г6М2АВ2 (ЧС-39), флюс АНК-45МУ

460

690

32

49

150

700

180

Марка стали

Сварочный материал

Сварной

шов

Сварное

соединение

ЙЗ

С

5

н

to

та

С

г

а

to

«О

о?

4

. Е

о *

та

С

S

а

to

угол из­гиба, град

Ручная электродуговая сварка

08Х22Н6Т

Электроды ЦЛ-11

440 '

730

29

57

104

710

180

Электроды АНВ-23

470

690

25

38

108

180

08X21Н6М2Т

АНВ-36

450

660

39

58

122

180

НЖ-13

470

720

29

55

126

180

Установлено отрицательное влияние кремния и ванадия в сварочном шве на коррозионную стойкость в окислительных средах сварных соединений из аустенитно-ферритных сталей [4]. Таким образом, при выборе присадочного материала необ­ходимо стремиться обеспечить равенство не только механиче­ских свойств шва и основного металла и стойкость шва против межкристаллитной коррозии, но и равенство общей коррозион­ной стойкости металла всех зон сварного соединения. Необхо­димо учитывать влияние карбидообразующих элементов (Ті и Nb) на свойства швов в соединениях аустенитно-ферритных сталей, так как для обеспечения стойкости против межкристал­литной коррозии при содержании углерода >0,07 % необхо­димы стабилизаторы (карбидообразующие элементы). Сталь 08Х22Н6Т стойка в азотной кислоте: 65 %-ной концентрации до температуры 50 °С, в 56 %-ной до температуры 70 °С, в 30 %-ной до температуры кипения. Сталь 08Х21Н6М2Т стойка в муравьиной кислоте независимо от концентрации при темпе­ратурах до 60 °С, в 30 %-ной кипящей и в 85°/0-ной фосфор­ной кислоте при Г^80°С, в 10 %-ной серной кислоте.

СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (Третьяков А. Ф.)

39.1. Классификация пористых материалов Пористые материалы (ПМ) на металлической основе применяются в каче­стве фильтроэлемеитов, смесителей, газовых линз, глушителей шума и др ПМ классифицируются по назначению, химическому составу и типу струк­турообразующих …

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (Чернышова Т. А.)

38.1. Классификация Композиционные материалы — это материалы, армированные наполнителями, определенным образом расположенными в матрице Наполнителями чаще всего являются вещества с высокой энергией межатомных связей, высо­копрочные и высокомодульиые, однако в сочетании …

ПЛАСТМАССЫ (Зайцев К. И.)

37.1. Состав и свойства 37.1.1. Получение пластмасс Пластмассы — это материалы, полученные на основе синтетических нли ес­тественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимериза­ции или поликондеисацни мономеров в присутствии катализаторов при …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.