СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ ПЕРЛИТНЫЕ СТАЛИ (Хакимов А. Н.)

8.1. Назначение сталей

Низкоуглеродистые низколегированные стали перлитного класса применя­ются в различных конструкциях взамен углеродистых, обеспечивая снижение металлоемкости на 20—50 %. Оии широко используются в строительстве трубопроводов, конструкций газонефтехимических производств, судов, мостов и других сооружений, эксплуатируемых в температурном интервале от —70 до +475°С в зависимости от химического состава и структурного со­стояния, обеспеченного термообработкой.

8.2. Состав сталей

Одним из наиболее эффективных средств повышения качества низкоуглеро­дистых сталей является их упрочнение за счет легирования такими элемен­тами, как Si, Мп, и повышения дисперсности структуры посредством тер­мической или термомеханической обработки.

Содержание С в низколегированных сталях ие превышает 0,23 %. В за­висимости от легирующих элементов, суммарное содержание которых в со­ставе стали не превышает 5%, различают марганцовистые, кремнемарганцо­вистые, хромокремнемарганцовистые и другие стали, представленные в табл. 8.1. По содержанию S и Р эти стали можно отнести к качественным

ТАБЛИЦА 8.1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Содержание химических элементов,

і (по массе)

Механические

свойства

Марка

стали

С v

І 8

С х

т'Зі

С

Si

Мп

другие

- S

<. О) ^ 2 Ю 01 С X

о*

исС

XS

14Г

0,12—0,18

0,17—0,37

0,7—1,0

290

460

0,35

19Г

0,16—0,22

0,17—0,37

0,8—1,15

320

480

0,35

09Г2

<0,12

0,17—0,37

1,4—1,8

310

450

0,30

І4Г2

0,12—0,18

0,17—0,37

1,2—1,6

<0,3

340

470

0,35

18Г2

0,14—0,20

0,25—0,55

1,2—1,6

<0,3

360

520

0,40

12 ГС

0,09—0,15

0,5—0,8

0,8—1,2

320

470

16ГС

0,12—0,18

0,4—0,7

0,9—1,2

330

500

0,4

17ГС

0,14—0,20

0,4—0,6

1,0—1,4

350

500

0,4

09Г2С

<0,12

0,5—0,8

1,3—1,7

350

500

0,4

.10Г2С1

<0,12

0,9—1,2

1,3—1,65

(0,15—0,3) Си <0,3Ni

380

520

---

10ХСНД

<0,12

0,8—1,1

0,5—0,8

(0,6—0,9) Се, (0,5—0,8) Ni (0,4—0,65)Си

400

540

0,5

15ХСНД

0,12—0,18

0,4—0,7

Р

V

1

О

(0,6—0,9)Сг, (0,3—0,6) Ni, (0,2—0,4) Си

350

500

0,3

сталям В последние годы расширяется производство и применение рафини­рованных посредством электрошлакового, вакуумного переплава сталей, об­работанных в ковше синтетическими шлаками с целью снижения содержания серы в их составе для повышения сопротивляемости образованию слоистых (ламинарных) трещин. .

8.3. Механические свойства сталей

Введение в состав низкоуглеродистых сталей легирующих элементов (до 2 % каждого и до 5 % суммарно) способствует повышению прочности и сопротивления хрупкому разрушению, не ухудшая их свариваемости

Прочность сталей Показатели механических свойств сталей представ­лены в табл 8 1

Они характерны для проката в горячекатаном либо в нормализованном состояниях Термическое упрочнение позволяет дополнительно на 20—50 % увеличить уровень показателей прочности

Ударная вязкость. По ударной вязкости, в особенности при отрицатель­ных температурах, низколегированные стали превосходят низкоуглеристые стали Термическое упрочнение позволяет повысить уровень ударной вязко­сти в 1,5—2 раза и обеспечить высокую сопротивляемость хрупкому разру­шению низколегированных сталей

8.4. Свариваемость сталей

Легирующие элементы оказывают существенное влияние на показатели свариваемости сталей. Увеличение содержания эле­ментов, повышающих закаливаемость, сопровождается сниже­нием сопротивления сварных соединений образованию холод­ных трещин [1]. Элементы, упрочняющие твердый раствор, спо­собствуют, как правило, снижению ударной вязкости металла в околошовной участке ЗТВ сварных соединений.

8.4.1. Типы структур в зоне термического влияния

Наиболее распространенные в металлургической практике ле­гирующие элементы Мп, Сг, Мо снижают диффузионную под­вижность С и, как следствие, увеличивают уровень значений характеристических длительностей Тф, тп, те, понижают темпе­ратурный интервал y-v a-превращения. Поэтому при общепри­нятых режимах сварки в околошовном участке возрастает ве­роятность образования мартенсита и понижается сопротивляе­мость сварных соединений образованию холодных трещин.

8.4.2. Влияние легирующих элементов

Мп упрочняет феррит, снижает температуру начала у-э-а-пре - вращения, способствует процессу карбидообразования. Сг и Мо существенно снижают критическую скорость охлаждения, по­давляют перлитное превращение, расширяют область проме­жуточных превращений на диаграмме.

Такие элементы, как Al, Ті, Nb, интенсифицируют процесс у-*- ос-превращения при высоких температурах, способствуя уве­личению числа центров кристаллизации и получению мелко­зернистой структуры.

8.4.3. Выбор тепловых режимов сварки

Одним из технологических средств, снижающих вероятность по­явления холодных трещин, является предварительный и сопут­ствующий подогрев [1].

Ъ*в>°/о

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ ПЕРЛИТНЫЕ СТАЛИ (Хакимов А. Н.)

Толщина проката, мм

Рис 8 I Определение температуры подогрева в зависимости от Сэкв и толщины свариваемого проката {31

Для определения температуры подогрева стали с целью предотвращения образования холодных трещин в зависимости от содержания в ней химических элементов и толщины проката можно воспользоваться графи­ками, приведенными на рис. 8.1

[3] . Значения Сэкв, отложенные по оси абсцисс, определяют как:

Сэкв = с + Мп/6 + Si/5 + Сг/6 +

+ Ni/12+Mo/4 + V/5 + Cu/7+ Р/2.

Здесь символы обозначают со­держание соответствующих хи­мических элементов в процентах.

Предельное их содержание не должно превышать 0,5 % С;

1,6% Мп; 1 % Сг; 3,5 % N1;

0,6 % Мо; 1 % Си. Как видно, не­обходимая температура подо­грева возрастает с увеличением степени легированности стали и толщины свариваемого проката.

Другая методическая последовательность, рассмотренная в работе [3], позволяет дифференцированно определять условия подогрева для корневых и заполняющих швов в соответствии с номограммой, представленной на рис. 8.2.

Методика пользования номограммой на примере сварки кор­невого шва стали толщиной 30 мм при значении тока 250 А, напряжении дуги 25 В, скорости сварки 25 см/мин представ­лена ниже:

Восстанавливаем перпендикуляр из точки а, соответствующей /=250 А, до пересечения с прямой, соответствующей напряжению 25 В, и получаем точку б в квадранте I. Затем проводим горизонталь б — в до пересечения с прямой, соответствующей скорости сварки 25 см/мин, в квадранте //. После этого опускаем перпендикуляр из точки в до пересечения с кривой, соответствующей толщине проката 30 мм, и получаем точку г; затем про­водим горизонталь г — д до пересечения с прямой 1, соответствующей усло­виям сварки корневого шва в квадранте IV, восстанавливаем перпендикуляр из точки бив точке е определяем температуру подогрева, соответствую­щую 150 °С

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ ПЕРЛИТНЫЕ СТАЛИ (Хакимов А. Н.)

Рис. 8.2. Номограмма для определения режимов сварки и предварительного подогрева сталей с содержанием Сэкв<0,6 %, іде СзкВ «C + Ni/15+Mo/4+ (Cr+V)/5 + Cu/13 + P/2 - t - + 0,0024s (s — толщина проката, мм) [3]

/ — при сварке кория шва; 2 — при сварке заполняющих швов; кривая А отражает условие необходимости применения подогрева, а прямая Б — температуру нижией гра*

ницы интервала подогрева

8.5. Технология сварки и свойства сварных соединений

Технология сварки низколегированных сталей должна проек­тироваться с учетом того обстоятельства, что при уменьшении погонной энергии и увеличении интенсивности охлаждения в металле шва и зоны термического влияния возрастает веро­ятность распада аустенита с образованием закалочных струк­тур. При атоіуі будет отмечаться снижение сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин и хруп­кому разрушению. При повышенных погонных энергиях наблю­дается рост зерна аустенита и образуется грубозернистая фер - рито-перлитная структура видманштеттового типа с понижен­ной ударной вязкостью.

8.5.1. Ручная сварка

Технология рунной дуговой сварки низколегированных сталей практически не отличается от соответствующей технологии сварки низкоуглеродистых сталей.

Сварку низколегированных сталей осуществляют электро­дами типа Э46А и Э50А с фтористо-кальциевым покрытием, ко­торые позволяют достигать более высокую стойкость против образования кристаллизационных трещин и повышенную пла­стичность по сравнению с электродами других типов. Для ста­лей марок 09Г2, 09Г2С, 16ГС, 17ГС, 10Г2, 10Г2С1 рекомендуют применять электроды УОНИ 13/55, К-5А, АНО-11 (тип Э50А).

Для сварки кольцевых швов трубопроводов, работающих при температурах до —70 °С, например из стали 09Г2С, при­меняют электроды ВСН-3 (тип Э50АФ) с фтористо-кальциевым покрытием.

8.5.2. Сварка под флюсом

Технология сварки под флюсом низколегированных сталей практически такая же, как и для низкоуглеродистых сталей. В качестве флюсов при однодуговой сварке применяют флюсы марок АН-348А и ОСЦ-45, а при многодуговой на повышенной скорости — АН-60.

Для сталей марок 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1 при эксплуатации не ниже —40 °С рекомендуется использовать сварочные про­волоки Св-08ГА, Св-ЮГА, а при температурах эксплуатации до ■—70 °С (сталь 09Г2С в нормализованном состоянии) —сва­рочные проволоки Св-ЮНМА, Св-ЮНЮ, Св-08МХ с целью обеспечения достаточного уровня ударной вязкости.

8.5.3. Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка по общепринятой технологии сталей толщиной свыше 30 мм осуществляется, как правило, с после­дующей или сопутствующей нормализацией с целью повышения ударной вязкости металла шва и ЗТВ до регламентируемого уровня. Сварку сталей 16ГС, 09Г2С, 14Г2 осуществляют

с применением флюса АН-8 и сварочных проволок Св-08ГС, Св-10Г2. Режимы термообработки аналогичны указанным в гл. 7 для низкоуглеродистых сталей.

Сварка с регулированием термических циклов. Для кольце­вых швов аппаратов газонефтехймических производств с тол­щиной стенки до 100 мм при температуре эксплуатации не ниже —40 °С (сталь 16ГС) и не ниже —55 °С (сталь 09Г2С) в соответствии с ОСТ 291—81 допускается применять электро - шлаковую сварку с регулированием термических циклов в сочетании с последующим отпуском [4]. При этом удается не только обеспечить равнопрочность, но н достаточно высокий уровень сопротивления сварных соединений хрупкому разруше­нию без применения последующей высокотемпературной тер­мообработки.

Например, значения KCU~40 металла шва и околошовного участка составляют от 0,6 до 0,7 МДж/м2, а основного ме­талла— стали 16ГС толщиной 60 мм — 0,8 МДж/м2.

Соответствующие данные для сварных соединений стали 09Г2С толщиной 60 мм при температуре испытаний —60 °С равны 0,66 и 0,75 МДж/м2, а для основного металла 0,58МДж/м2.

По уровню параметров трещиностойкости металл шва и зоны термического влияния не уступают основному металлу — норма­лизованной стали 09Г2С, имеющей следующие показатели: os = 550 МПа; ат = 370 МПа; Аю = 67,5 МПа-м1/2; С = 6,32х 10~14; п = 3,82; dl/dN при А/Сіс = /Сіс/1,5 составляет 0,68-10~3 мм/цикл.

Увеличение интенсивности охлаждения при электрошлаковой сварке с регулированием термических циклов предотвращает образование структурно-свободного феррита при у-*- а-превра - щении. Отмеченное препятствует протеканию коррозионных процессов, а уменьшение размеров карбидных частиц, играю­щих роль коллекторов водорода, тормозит катодную реакцию при эксплуатации сварных соединений в коррозионно-активных средах.

Особенностью термоупрочненных сталей является их склон­ность к разупрочнению при сварке.

Применение сопутствующего охлаждения позволяет обеспе­чить равнопрочность сварных соединений с основным термоуп­рочненным металлом и повысить их сопротивление хрупкому разрушению. Например, при механизированной дуговой сварке под флюсом по общепринятой технологии коэффициент прочно­сти сварных соединений сталей 14ГН, 16ГС, 09Г2С толщиной 12 мм составил 0,75—0,77, а при сварке с сопутствующим ох­лаждением— не менее 0,98. Значения критических температур перехода в хрупкое состояние металла околошовного участка сварных соединений при переходе от общепринятой технологии к технологии сварки с сопутствующим охлаждением снизились на 40—50 °С и достигли уровня Ткр основного термоупрочнен­ного металла.

При переходе от общепринятой технологии электрошлаковой сварки к технологии электрошлаковой сварки с регулирова­нием термических циклов термоупрочненной стали 09Г2С (сва­рочная проволока Св-10НМ, флюс АН-8, последующий отпуск при 640 °С) коэффициент прочности сварных соединений по­вышается с 0,89 до 0,99, значения KCU~40 металла шва — с 0,12 до 0,72, а металла околошовного участка — с 0,08 до 0,42 МДж/м2.

9.1. Назначение сталей

Широкое применение при изготовлении конструкций ответственного иазна - значения — таких, как сосуды высокого давления, танкеры, суда, ледоколы, береговые и морские нефтегазовые сооружения, находят микролегирован - иые стали. Наряду с экономией легирующих элементов при их использова­нии особенно в термо - и термомеханически обработанном состояниях обес­печиваются высокая прочность и сопротивляемость хрупкому разрушению металла.

9.2. Состав сталей

В микролегированных сталях содержание углерода, как правило, не пре­вышает 0,20 %. Микролегирующие элементы, входящие в состав сталей, находятся в следующих пределах, %: Al<0,06; Cr<0,25; Zr<0,15;

V<0,15; Ті 0,1—0,2; Nb<0,06; Mo<0,20; B<0,05.

ТАБЛИЦА 9.1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИКРОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Сталь

Содержание химических элементов, %

С

Si

Мп

V

N

14Г2АФ

16Г2АФ

18Г2АФ

09Г2ФБ

10Г2ФР

12Г2СМФ

12ГН2МФАЮ

0,12—0,18

0,14—0,20

0,16—0,23

<0,10

<0,12

0,09—0,15

0,09—0,16

0,3—0,6 0,4—0,7 0,4—0,7 <0,7 0,4—0,7 0,4—0,7 0,4—0,7

1,2—1,6

1.3— 1,7

1.4— 1,8 <1,7

1.3— 1,7

1.3— 1,7

1.3— 1,7

0,06—0,15 0,08—0,18 0,15—0,20 0,04—0,08 0,07—0,12 0,07—0,15 0,05—0,10

0,010—0,025

0,015—0,030

0,020—0,040

0,015

Продолжение табл. 9.1

Сталь

Содержание химических элементов, %

Механические свойства (не менее)

другие

а0,2'

МПа

°в

МПа

KCU-40,

МДж/м2

14Г2АФ

400

550

0,4

16Г2АФ

450

600

0,4

18Г2АФ

500

650

0,3

09Г2ФБ

0,05

460

560

0,6

10Г2ФР

0,004В

420

600

0,4

12Г2СМФ

0,25Мо

600

700

0,3

12ГН2МФА

0,1А

600

700

0,3

Суммарное содержание Zr и Ті ие превышает 0,2%, a Nb, Ті и W — 0,16 %. В качестве микролегирующих элементов используют редкоземельные (Се, La, Y), а также N

Микролегирующие элементы вводят в состав стали как в процессе ее выплавки, так и в ходе виепечной обработки. Они могут присутствовать в металле в составе включений вторых фаз или непосредственно в матрице Например, в сталях, микролегированных V и Nb (иногда дополнительно А1 и Ті) в сочетании с повышенным до 0,03 % содержанием N, образуются дисперсные карбонитридные фазы, существенно повышающие их прочность.

Для повышения ударной вязкости и снижения анизотропии свойств ог­раничивают содержание S в составе стали до 0,005-—0,012 %.

Химический состав ряда марок микролегированных сталей приведен в табл. 9.1. Аналогами этих марок сталей в зарубежной практике являются стали типов Х55—Х80.

Известно, что С относительно слабо влияет на предел текучести сталей с феррито-перлитиой структурой. Однако с увеличением содержания С в составе стали существенно снижаются вязкопластические свойства и ухуд­шается свариваемость. Поэтому в последние годы получают распростране­ние малоперлитные стали с ограниченным содержанием С (доі0,12%). Для компенсации понижения прочности их легируют марганцем до 1,7 % микро - легируют V, Сг, Мо. К отечественным малоперлитным сталям относятся стали марок 07Г2ФБ, 08Г2СФБ, 09Г2ФБ.

Из микролегированных сталей с бейнитиой структурой нашли примене­ние марки 12Г2СМФ и 12ГН2МФАЮ.

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.