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).

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕКОТОРЫХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТО - МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА ([1], ГОСТ 5632—72)

Марки сталей

Массовая доля элемента *

* %

С

Si

Мп

07X16Н6

0,05—0,09

<0,8

<0,8

09X15Н8Ю

<0,09

<0,8

<0,8

08Х17Н5МЗ

0,06—0,10

<0,8

<0,8

10Х15Н4АМЗ**

—0,13

<0,8

<1,0

Продолжение табл. 19.1

Марки сталей

Массовая доля элемента

, %

Сг

N1

Мо

А1

07Х16Н6

15,5—17,5

5,0—8,0

09X15Н8Ю

14,0—16,0

7,0—9,4

0,7—1,3

08Х17Н5МЗ

16,0—17,5

4,5—5,5

СО

0

1

со

сл

10Х15Н4АМЗ**

~15

— 4,5

~2,75

* S < 0,020 %. Р < 0 035 % ** [N ] ~ 0,07

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)

ТАБЛИЦА 19 2

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Марки стали

Закалка

Обработка холодом

Отпуск (старение)

Т, °С

07Х1-6Н6

950—1000

—70

200—400

09X15Н8Ю

975—1050

—70

425

08Х17Н5МЗ

950

—70

450

ЮХ15Н4АМЗ

1070

—70

200, 350, 450

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

Рис 19 1 Структура стали 07Х16Н6 (а) и шва (б) аналогичного состава после полного цикла термической обработки Х200

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

ТАБЛИЦА 19 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА ПРИ НОРМАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ [i J

Сталь

Состояние

°0 2

°в

6

о

KCV МДж/м1

МПа

»

07X16Н6

Закалка с 975 °С, обра­ботка холодом, 2 ч, от­пуск при 250—400 °С

1150

1300

23

16

Закалка

300

1000

30

09X15Н8Ю

Закалка с 975 °С, обра­ботка хотодом 2 ч, ОТ­ПУСК при 425 °С

1100

1300

15

60

1,0

Закалка с 1050 °С

250

950

30

08Х17Н5МЗ

Закалка с 950 °С обра­ботка холодом 2 ч, от­пуск при 450 °С

1050

1250

15

-50

Закалка с 1050 °С

300

1000

28

10Х15Н4АМЗ

Упрочнение с отпуском 200 °С

1250

1600

20

60

1,5

То же, отпуск 350 °С

1150

1450

21

65

1,7

То же, отпуск 450 °С

1250

1550

18

60

1,4

Рис 19 3 Изменение ударной вязкости О 1 KCV-m металла ЗТВ в стали 07Х16Н6 6 = = 11 мм в состоянии после сварки (сварка в ар гоне плавящимся электродом диаметр про волоки 2,0 мм /св=350 А) [2]

Рис 19 2 Структура зоны термине ского влияния сварного соединения стали 07Х16И6 в состоянии после свар ки X100

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).

ТИПИЧНЫЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОГО

КЛАССА

Сталь

Присадочная проволока

Толщин а металла, мм

Механические свойства, <тв, МПа

без тер - мообра - ботки

с термообра­боткой

07X16Н6 08Х17Н5МЗ

Св-07Х16Н6

Св-01 Х19Н18Г10 АМ4

Св-08Х17Н5МЗ

10

10

4—11

655

1200 1100—1200

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

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО-МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА

Способ сварки

Толщина свари­ваемого метал­ла, мм

Число проходов

Диаметр прово­локи, мм

Сварочный ток, А

Напряжение дуги, В

Скорость свар­ки, м/ч

Расход аргона, л/мии

Ручная дуго­

2—6

1—2

1,6—2,0

50—80

10—11

6—8

вая неплавя-

6—12

2—6

2,0—3,0

80—120

10—11

8—10

щимся элек­

12—20

6—16

2,0—3,0

120—200

11—12

10—12

тродом в инертном газе

Полуавтомати­ческая дуго­

2,5

3,0

1

1

1,0

1—1,6

140—180

150—260

)

6—8

6—8

вая плавящим­ся электродом в инертном

4,0

6—8

10,0

1

1—2

2—3

1—1,6 1,6—2,0 2,0

160—300

220—360

290—380

120—25

9—15

12—17

газе

Автоматиче­

3,0

1

1,6—2,0

200—280

1

20—40

6—8

ская дуговая

4,0—6,0

1—2

2,0—2,5

220- 360

} 20—30

20—30

7—12

плавящимся

8,0—10,0

2

2,0—3,0

300—440

J

15—30

12—17

электродом в инертном газе

Автоматиче­

5—8

I

3—4

520—550

32—34

25—35

ская под

10—12

1—2

4

560—600

34—36

25—30

слоем флюса

14—16

2—3

4

560—600

34—36

25

(обратная по­лярность)

18—20

3—4

4

560—600

34—36

20

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,

ТАБЛИЦА 19 6 КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНО - МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ [1]

Среда

1

1 Концентра­ция

о

і-.'

Скорость коррозии,

мм/г

09Х15Н8Ю

08X17H5M3

12X18H10T

Азотная кислота

10

40

0

0,001

0,001

То же

10

Кипе­

0,020

0,012

0,010

ние

»

30

20

0

0

0

»

30

40

0

0

0

30

Кипе­

0,110

0,100

0,030

ние

Фосфорная кислота

20

То же

0,03

0,01

0,004

Едкое кали

30

»

0,003

0,004

0,003

Хлористый магний

42

135

0,01

0,01

0,003

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).

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.