СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫЕ СТАЛИ

(Зубченко А. С.)

14.1. Состав и свойства сталей

14 1 1 Структура сталей

С точки зрения коррозионной стойкости оптимальное содержание Сг в стали составляет 12—14 % Такой уровень легирования Сг обеспечивает легкую пассивацию поверхности во многих агрессивных средах, связанных с произ­водством нефтехимических продуктов, а также в воде высоких параметров с борным регулированием При повышении содержания хрома более 12 % коррозионная стойкость практически не увеличивается Вместе с тем в этом случае имеет место проявление склонности стали к охрупчиванию и сни­жению прочности в связи с формированием в структуре значительного ко­личества ферритной составляющей 13—14 %-кые хромистые стали с час­тичным у-»-а (М)-превращением относят к мартеиситно-ферритным По структуре мартенситно феррнтные стали соответствуют сплавам Fe — Сг, при охлаждении которых полиморфные превращения соответствуют реакции б->у+б-^-а(Л4) +6 Количество 6-феррнта в сталях повышается с увеличе­нием содержания Сг и снижением концентрации С С введением С границы существования области у-твердых растворов сдвигаются в сторону более высокого содержания Сг У 13 %-ных хромистых сталей с <0,25% С тер­мокинетическая диаграмма распада аустенита состоит из двух областей превращения При температурах выше 600 °С в случае достаточно низкой скорости охлаждения возможно образование ферритной составляющей структуры Ниже 400 °С при более быстром охлаждении наблюдается без - диффузионное превращение аустенита в мартенсит Количество образовав­шегося мартенсита в каждом из указанных температурных интервалов за­висит, главным образом, от скорости охлаждения и содержания углерода в стали

14.1 2. Назначение и марки сталей

Несмотря на отрицательное влияние 6-феррита на пластичность и ударную вязкость, мартенситно ферритные стали марок 08X13, 12X13, 20X13, 08Х14МФ и др находят довольно широкое применение при изготовлении химических аппаратов и энергетического оборудования (табл 14 1 и 14 2) Наиболее широкое применение в машиностроении имеют стали марок 08X13 и

08Х14МФ е пониженным содержанием углерода

Сталь 08X13 используют как в виде однородного листа и труб, так и кор-

ТАБЛИЦА 14 1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МАРТЕНСИТНО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Сталь, марка

ГОСТ, ТУ

Содержание элементов,

% по массе

С

Si

Мп

08X13

ГОСТ 5632—72 ГОСТ 10835—75

<0,08

<0,80

<0,08

12X13

ГОСТ 5632—72

0,09—0,15

<0,80

<0,80

20X13

ГОСТ 5632—72

0,16—0,25

<0,80

<0,80

08Х14МФ*

ТУ-14-159-155—82

0,03—0,12

0,20—0,45

0,8—1,2

14Х17Н2**

ГОСТ 5632—72

0,11—0,17

<0,8

<0,8

Сталь, марка

ГОСТ, ТУ

Содержание элементов,

% по массе

S

Р

Сг

08X13

ГОСТ 5632—72 ГОСТ 10835—75

<0,025

<0,030

12,0—14,0

12X13

ГОСТ 5632—72

<0,025

<0,030

12,0—14,0

20X13

ГОСТ 5632—72

<0,025

<0,030

12,0—14,0

08X14МФ*

ТУ-14-159-155—82

<0,022

<0,035

12,0—14,8

14Х17Н2**

ГОСТ 5632—72

<0,025

<0,030

16,0—18,0

* 0,2 —0,4 Мо; 0,15 — 0,30 V. 1,5 —2,5 Ni.

МАРТЕНСИТО-ФЕРРИТНЫЕ СТАЛИ ТАБЛИЦА 14.2

Сталь, марка

ГОСТ, ТУ

Примеры использования

Т, °С, эксплуа­тации

08X13

ГОСТ 5632—72

Корпуса, днища, труб­ные решетки, внутрен­ние устройства химиче­ских аппаратов, корпуса цилиндров паровых и га­зовых турбин, рабочие и направляющие лопат­ки, диафрагмы Корпуса, днища, патруб­ки химических аппаратов, подведомственных Госгортехнадзору

40—550

08X13 (плакирующий слой биметалла)

(Ст. 3, 20К, 16ГС, 12ХМ, 12МХ + - Ь 08X13)

ГОСТ 10835—75

40—560

08Х14МФ

ТУ 14-3-815—79 ТУ 14-3-1065—82 ТУ 14-159-155—82 ТУ 14-1-3452—82

Теплообменники для теп­ловых и атомных элек­тростанций, облицовка хранилищ

350

12X13

ГОСТ 5632—72

Детали паровых, газовых и гидравлических турбин

500

20X13

ГОСТ 5632—72

Детали насосов

500

14Х17Н2

ГОСТ 5632—72

Детали внутренних уст­ройств оборудования АЭС

400

розиоиностойкого слоя биметалла. Сваренные детали из стали 08X13 при­меняют в основном для изготовления внутренних устройств химических ап­паратов и энергетического оборудования, не подлежащих контролю надзор­ных органов за безопасной эксплуатацией. Биметалл с плакирующим слоем из стали 08X13 используют для изготовления нефтехимического оборудо­вания, работающего под давлением при температурах от —40 до 560 °С.

Сталь 08X14МФ применяется на предприятиях энергетического маши­ностроения, в основном в виде труб для изготовления теплообмеиного обо­рудования, работающего при температурах до 350 °С. Стали 12X13 и 20X13 с повышенным содержанием углерода используют для изготовления деталей различных турбни и насосов с температурой эксплуатации до 500 °С.

ТАБЛИЦА 14.3

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАРТЕНСИТО-ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Сталь, марка

гост, ТУ

СИ

с

S

N

О

О

Я

С

S

в

о

х

иЭ

«О

X

4

в*

S

а*

иЧ

ие меиее

08X13

ГОСТ 5949—75

410

590

20

60

1,0

12X13

ГОСТ 5949—75

410

590

20

60

0,9

20X13

ГОСТ 5949—75

440

650

16

55

0,8

08Х14МФ

ТУ 14-1-3452—82

300

450

22

14Х17Н2

ГОСТ 5949—75

635

835

10

30

0,5

Сталь марки 14Х17Н2 со значительно большим содержанием Сг, но име­ющая мартенситно-феррнткую структуру благодаря дополнительному леги­рованию Ni, отличается высокой коррозионной стойкостью, не склонна к МКК. Применяется для внутренних устройств оборудования АЭС.

14.1.3. Механические свойства сталей

Механические свойства мартенситио-ферритиых сталей регламентируют в за­висимости от толщины и вида проката В табл. 14.3 приведены основные требования к механическим свойствам. В связи с возможностью формирова­ния структуры с большим количеством ферритной составляющей, способ­ствующей охрупчиванию, нормативными документами, как правило, не пре­дусматриваются требования по величине ударной вязкости. Лишь для отдельных видов проката сталей марок 08X13 и 12X13 регламентирована ве­личина ударной вязкости.

14.2. Свариваемость сталей

14.2.1. Фазовые и структурные превращения при сварке

У стали марки 08X13 с содержанием углерода менее 0,08% термокинетическая диаграмма распада аустенита имеет две области превращения: в интервале 600—930 °С, соответствую­щем образованию ферритно-карбидной структуры, и 120— 420 °С — мартенситной (рис. 14.1). Количество превращенного аустенита в каждом из указанных температурных интервалов зависит главным образом от скорости охлаждения. Например, при охлаждении со средней скоростью 0,025 °С/с превращение аустенита происходит преимущественно в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлажде­ния от 420 °С. Повышение скорости охлаждения стали до 10 °С/с способствует переохлаждению аустенита до темпера­туры начала мартенситного превращения (420 °С) и полному его бездиффузионному превращению. Изменения в структуре,

обусловленные увеличением скорости охлаждения, сказыва­ются и на механических свойствах сварных соединений. С воз­растанием доли мартенсита наблюдается снижение ударной вязкости.

Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в об­ласть более низких температур границы превращения у->-(а + + К) и у-*-(а + .М). У сталей с содержанием углерода 0,10— 0,25 % в результате этого полное мартенситное превращение

время, с

Рис 14 1. Термокинетическая ди­аграмма распада аустенита при непрерывном охлаждении 13 %-ной хромистой стали с различным со­держанием углерода

имеет место после охлаждения со скоростью ~ 1 °С/с.

14.2.2. Сопротивляемость XT и хрупкому разрушению

С точки зрения свариваемости" мартенситно-ферритные стали яв­ляются «неудобным» материалом. В связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях этих с-талей возможно образова­ние холодных трещин. Склонность к образованию трещин при сварке зависит от характера распада аустенита в процессе охлаждения.

В случае формирования мар - тенситной структуры ударная вяз­кость сварных соединений 13%-ных хромистых сталей сни­жается до 0,05—0,10 МДж/м2. Последующий отпуск при 650— 700°С приводит к распаду струк­туры закалки, выделению карбидов, в результате чего тетраго - нальность мартенсита уменьшается. После отпуска ударная вяз­кость возрастает до —1 МДж/м2. С учетом такой возможности восстановления ударной вязкости большинство марок хроми­стых сталей имеет повышенное содержание углерода для пред­отвращения образования значительного количества феррита в структуре. Таким путем удается избежать охрупчивания стали. Однако при этом наблюдают ухудшение свариваемости вследствие склонности сварных соединений к холодным трещи­нам из-за высокой хрупкости околошовного металла со структу­рой пластинчатого мартенсита.

Формирование значительного количества 6-феррита в струк­туре околошовного металла резко уменьшает склонность свар­ных соединений к образованию холодных трещин. Образование большого количества 6-феррита характерно для 13 %-ных хро­мистых сталей с содержанием С<0,1 %. Количество 6-феррита

в структуре околошовного металла зависит от уровня темпера­туры нагрева. В участках, нагреваемых до температур, близких к Тсолидуса, количество 6-феррита в структуре может стать по­давляющим. Такая структура характерна для участка зоны термического влияния, примыкающего к линии сплавления со швом и подвергающегося при сварке влиянию наиболее высо­ких температур. Ширина этого участка мало зависит от тем­пературы подогрева, но возрастает с погонной энергией сварки. Поэтому для сталей 08X13 и 08Х14МФ с увеличением ширины участка с большим количеством б-феррита отрицательное вли­яние его на вязкость сварных соединений возрастает.

14.2.3. Выбор теплового режима сварки

В соответствии с табл. 14.4 сварка мартенситно-ферритных сталей производится в основном с предварительным и сопут­ствующим подогревом.

Даже для узлов и деталей из стали марки 08X13 с наибо­лее низким содержанием углерода при сварке рекомендуется подогрев до 150—250 °С с последующей термической обработ­кой. Подогрев не производится только при сварке плакирую­щего слоя биметалла.

Дополнительное легирование стали 08Х14МФ карбидообра­зующими элементами снижает «эффективное» содержание С и устойчивость аустенита в процессе охлаждения, способствуя его распаду уже при 300 °С. Тетрагональность мартенсита уменьшается, что благоприятно сказывается на свариваемости. Сталь 08Х14МФ, легированная дополнительно Мо и V, свари­вается в результате этого без подогрева.

ТАБЛИЦА 14.4

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА СВАРКИ МАРТЕНСИТО - ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

Сталь, марка

Температура

подогрева,

°С

Время пролежива - ния до термической обработки, ч

Термическая обработка

08X13

150—250

Не ограничено

Отпуск при 680—700 °С

08X13

Без подо­

Не производится

(плакирующий

грева

слой биметалла)

08X14МФ

Без подо-

То же

12X13

>300

2

Отпуск при 700—720 °С

20X13

>300

2

Отпуск прн 700—720 °С

14Х17Н2

150—250

Не ограничено

Отпуск при 620—640 °С

Сварное

Металл шва

соединение

Сталь,

марка

Способ сварки, сварочные материалы

а *

иЧ

vs

а*

икс

vs

ц

>>?

град.

08X13

300

540

15

15

0,5

540

0,5

40

490

637

35

0,5

590

12

0,5

300

540

15

15

0,5

540

0,5

40

300

540

15

0,5

15

540

0,5

08X14МФ

300

540

15

0,5

15

450

0.5

08X14МФ

08X14МФ

314

300

490

490

540

637

0,9

0,5

0,5

490

540

590

0,5

0,5

0,5

15

35

12X13

РДС: электроды Э-10Х25Н13Г2 (ОЗЛ-6, ЦЛ-25), Э-10Х25Н13Г2Б (ЦЛ-9),

Э-08Х20Н15ФБ (АН В-9), Э-10Х20Н15Б (АНВ-10),

Э-12Х13 (УОНИ-13/НЖ, АНВ-1), ЦЛ-51 АДС:

проволока Св-07Х25Н12Г2Т, Св-06Х25Н12ТЮ, Св-08Х25Н 12БТЮ, флюс АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-18 АрДС: проволока Св-06Х25Н12Т, Св-08Х25Н 13БТЮ, Св-07Х25Н12Г2Т, аргон по ГОСТ 8050—85 РДС: электроды Э-10Х25Н13Г2, (ЦЛ-25)

АДС: проволока Св-07Х25Н13 флюс АН-26 АрДС: проволока Св-04Х20Н5М6Б, Св-07Х25Н13 электроды Э-12Х13 (ЛМЗ-1), Э-06Х13Н (ЦЛ-41) ЦЛ-51

Сталь,

марка

Способ сварки, сварочные материалы

Металл

шва

Сварное

соединение

СО

С

S

о

о

я

С

Й

а

о

*

«А

«О

S

4

а

а"*

осе

*<£

СО

С

S

t>“

а

а*

осе

*<£

Угол за­гиба, град.

12X13

Э-11X15Н25 М6АГ2

363

588

13

15

0,4

590

0,5

(ЭА-395/9)

12X13

Э-10Х25Н13Г2,

300

540

15

15

0,5

540

0,5

(ЗиО-8, ЦЛ-25)

20X13

Э-10Х25Н13Г2,

300

540

15

15

0,5

540

0,5

(ЗиО-8, ЦЛ-25).

ЦЛ-51

490

637

12

35

0,5

637

0,5

20X13

АДС:

Св-07Х25Н13

300

540

15

15

0,5

540

0,5

флюс АН-26

14Х17Н2

АДС:

электроды

588

755

17

60

0,6

755

0,5

СВ-10Х18Н2,

(АНВ-2)

АДС:

Проволока

588

755

20

45

0,7

755

0,5

Св-08Х18Н2ГТ,

Св-08Х14ГНТ

флюс АН-26с,

ОФ-6; АНФ-6

14Х17Н2

АрДС:

проволока

588

755

20

40

0,8

755

0,5

Св-08Х18Н2ГТ,

Св-08Х 14ГНТ,

аргон по

ГОСТ 10157—73

14.3. Технология сварки и свойства соединений

14.3.1. Способы сварки и сварочные материалы

Для стали 08X13 применяют различные способы сварки: руч­ная штучными электродами и в защитных газах, автоматиче­ская под флюсом. Разнообразны также применяемые свароч­ные материалы. Их марки регламентированы в ОСТ 26-01-77, РТМ 108.940.08—85 и отраслевых инструкциях (табл. 14.5). Среди них наибольшее распространение имеют сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие получение аустенит - ного наплавленного металла (электроды типа Э-10Х25Н13Г2, проволока Св-07Х25Н12Г2Т).

Присадочные материалы для ручной дуговой сварки (элек­троды типа Э-10Х18Н2), аргонодуговой и автоматической сварки под флюсом (проволока Св-08Х18Н2ГТ и Св-08Х14ГНТ)

стали 14Х17Н2 по химическому составу близки к основному металлу. Для деталей и узлов из стали 14Х17Н2 находит также применение способ электронно-лучевой сварки.

14.3.2. Термическая обработка

Из-за опасности образования холодных трещин и просто хруп­кого разрушения вследствие резкого снижения ударной вязко­сти околошовного металла сварные соединения мартенситно - ферритных сталей должны быть подвергнуты термическому от­пуску для «смягчения» структур закалки и снятия остаточных напряжений. Режим термической обработки приведен в табл. 14.4.

14.3.3. Механические и служебные свойства соединений

Так как для сталей 08X13, 08Х14МФ, 12X13 и 20X13 приме­няют в основном аустенитные сварочные материалы, то проч­ностные свойства их сварных соединений ниже по сравнению с основным металлом. Равнопрочность достигается при исполь­зовании для сварки электродов и проволок, обеспечивающих получение металла швов с мартенситной структурой (электро­дов АНВ-1, АНВ-2, ЦЛ-51) (табл. 14.5).

К сварным соединениям стали 14Х17Н2 предъявляют тре­бования стойкости против МКК. Эта стойкость обеспечивается рекомендуемой в табл. 14.4 термообработкой.

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.