Сварка стали 20х23н18 технология

Электроды для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов.

Электроды этой группы обеспечивают получение сварных соединений с требуемой жаростойкостью и/или жаропрочностью.Жаростойкими сварными соединениями являются соединения, обладающие высокой стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550-600 гр С. Жаропрочными сварными соединениями являются соединения, работающие при этих температурах в нагруженном состоянии в течение определенного времени (жаропрочные соединения должны обладать при этом достаточной жаростойкостью).

Электроды, предназначенные для сварки жаростойких и/или жаропрочных материалов, иногда используются для сварки коррозионно-стойких и разнородных сталей и сплавов.

Тип электродов по ГОСТ 10052 или тип наплавленного металла

Дополнительная или сопутствующая область применения

Сварка жаростойкого и жаропрочного сплава марки ХН78Т

Сварка коррозионно-стойких конструкций и оборудования из сплава ХН78Т. Сварка разнородных сталей. Сварка чугуна.

Сварка жаропрочных конструкций и оборудования из сталей типа 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т, Х20Н12Т-Л и Х16Н13Б, работающих при температуре 570-650 о С.

Сварка сталей типа 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т, Х20Н12Т-Л, Х16Н13Б, когда к металлу шва предъявляют жесткие требования стойкости к МКК.

Сварка жаростойких сталей типа 20Х23Н13 и 20Х23Н18, работающих в окислительных средах при температуре до 1000 о С

Сварка сталей типа 15Х25Т и стали 25Х25Н20С2. Сварка разнородных сталей.

Сварка реакционных труб из жаростойких сталей марок 45Х25Н20С2, 45Х20Н35С, 25Х20Н35, работающих при температуре до 900 о С в печах конверсии метана

Сварка жаростойких сталей типа 12Х25Н16Г7АР, 45Х25Н20С2 и Х18Н35С2, работающих в окислительных средах при температуре до 1050 о С и в науглероживающих средах при температуре до 1000 о С

Сварка сталей 20Х23Н13, 20Х23Н18.

Сварка жаростойких хромоникелевых сталей, преимущественно марки 30Х24Н24Б, работающих при температуре до 950 о С

Сварка жаропрочных сталей и сплавов типа ХН67МВТЮЛ, ХН64МТЮР, ХН78Т, ХН77ТЮР и ХН56МТЮ

Сварка разнородных сталей и сплавов.

Сварка и наплавка конструкций из 25Cr — 20Ni жаростойких сталей в т.ч. 45Х25Р20Cr, 20X23H13, 2023H18, работающих при температурах до 1100 о С.

Сварка броневых сталей.

Сварка жаростойких и жаропрочных сплавов на никелевой основе типа ХН78Т, ХН70ВМЮТ

Сварка перлитных и хромистых сталей со сплавами на никелевой основе.

Сварка жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов на никелевой основе типа 37Х12Н8Г8МФБ, ХН67ВМТЮ, ХН75МБТЮ, ХН78Т, ХН77ТЮ

Сварка разнородных сталей и сплавов.

Сварка жаростойких сталей типа 20Х23Н13, работающих при температуре до 900 о С в газовых средах, содержащих сернистые соединения

Сварка жаростойких сталей типа 20Х20Н14С2, 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, 45Х25Н20С2, работающих в науглероживающих средах при температуре до 1050 о С

Сварка жаростойких сталей марок 20Х25Н20С2, 45Х25Н20С2, Х18Н35С2, работающих в науглероживающих средах с температурой до 1050 о С, в т.ч. при повышенных стати-ческих нагрузках на сварные швы

Сварка тонколистовых жаростойких сталей типа 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2 , 45Х25Н20С2, работающих в науглероживающих средах при температуре до 1000 о С

Сварка корневого и облицовочного слоев шва, обращенных в сторону рабочей науглероживающей среды, в конструкциях из сталей типа 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, 45Х25Н20С2 больших толщин

Сварка жаростойких сталей типа 20Х25Н20С2 и 20Х20Н14С2, работающих в окислительных средах при температуре до 1050 о С

Заварка дефектов литья из сталей типа 20Х25Н20С2 и 20Х20Н14С2.

Сварка тонколистовых (толщиной до 6 мм) конструкций и нагревательных элементов из жаростойких сплавов типа ХН78Т

Наплавка облицовочных слоев швов при сварке конструкций из сплавов типа ХН78Т большой толщины.

Сварка жаростойких сплавов марок ХН70Ю и ХН45Юи других сплавов на никелевой основе, работающих при температуре до 1200 о С

Сварка облицовочных слоев швов, выполненных электродами других марок.

См. группу «Электроды для сварки разнородных сталей и сплавов»

Сварка корневых слоев швов жестких конструкций из жаростойкой стали марки 45Х25Н20С2.

К высоколегированным сталям относят сплавы, содержание железа в которых более 45%, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10%, считая по верхнему пределу при концентрации одного из элементов не менее 8% по нижнему пределу. К сплавам на никелевой основе относят сплавы с содержанием не менее 55% никеля. Промежуточное положение занимают сплавы на железоникелевой основе.

В соответствии с ГОСТ 10052-75 электроды для сварки высоколегированных коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов по химическому составу наплавленного металла и механическим свойствам металла шва и наплавленного металла классифицированы на 49 типов. Наплавленный металл значительной части электродов, регламентируется техническими условиями предприятий — изготовителей.

Химический состав и структура наплавленного металла электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов отличаются — и иногда существенно — от состава и структуры свариваемых материалов. Основными показателями, решающими вопрос выбора таких электродов, является обеспечение: основных эксплуатационных характеристик сварных соединений (механических свойств, коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности), стойкости металла шва против образования трещин, требуемого комплекса сварочно-технологических свойств.

Электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов имеют покрытия основного, рутилового и рутилово-основного видов. Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления скорость плавления, а следовательно и коэффициент наплавки электродов со стержнями из высоколегированных сталей и сплавов существенно выше, чем у электродов для сварки углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Вместе с тем повышенное электросопротивление металла электродного стержня обуславливает необходимость применения при сварке пониженных значений тока и уменьшения длины самих стержней (электродов). В противном случае из-за чрезмерного нагрева стержня возможен перегрев покрытия и изменение характера его плавления, вплоть до отваливания отдельных кусков.

Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности.

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

  • Акции
  • Новости
  • Статьи
  • Оплата и доставка

Высоколегированные аустенитные стали и сплавы обладают комплексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например коррозионно-стойких, хладостойких, жаропрочных и т.д. В связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут различными. Это определит и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки и т.д.), направленную на получение сварного соединениях необходимыми свойствами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Характерные для высоколегированных сталей теплофизические свойства определяют некоторые особенности их сварки. Пониженный коэффициент теплопроводности при равных остальных условиях значительно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне (рис. 1). В результате одинаковые изотермы в высоколегированных сталях более развиты, чем в углеродистых. Это увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий.

Поэтому для уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии. Примерно в 5 раз более высокое, чем у углеродистых сталей, удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. При автоматической и полуавтоматической дуговой сварке следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Одна из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей и сплавов — предупреждение образования в швах и околошовной зоне горячих трещин. Предупреждение образования этих дефектов достигается:

1) Ограничением (особенно при сварке аустенитных сталей) в основ ном и наплавленном металлах содержания вредных (серы, фосфора) и ликвирующих (свинца, олова, висмута) примесей, а также газов — кислорода и водорода. Для этого следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. Техника сварки должна обеспечивать минимальное насыщение металла шва газами. Этому способствует применение для сварки постоянного тока обратной полярности. При ручной сварке покрытыми электродами следует поддерживать короткую дугу и сварку вести без поперечных колебаний. При сварке в защитных газах, предупреждая подсос воздуха, следует поддерживать коротким вылет электрода и выбирать оптимальными скорость сварки и расход защитных газов. Необходимо также принимать меры к удалению влаги из флюса и покрытия электродов, обеспечивая их необходимую прокалку. Это уменьшит также вероятность образования пор, вызываемых водородом;

2) Получением такого химического состава металла шва, который обеспечил бы в нем двухфазную структуру. Для жаропрочных и жаростойких сталей с малым запасом аустенитности и содержанием никеля до 15 % это достигается получением аустенитно-ферритной структуры с 3 . 5 % феррита. Большее количество феррита может привести к значительному высокотемпературному охрупчиванию швов ввиду их сигматизации. Стремление получить аустенитно-ферритную структуру швов на глубокоаустенитных сталях, содержащих более 15 % Ni, потребует повышенного их легирования ферритообразующими элементами, что приведет к снижению пластических свойств шва и охрупчиванию ввиду появления хрупких эвтектик, а иногда и ?-фазы.

Поэтому в швах стремятся получить аустенитную структуру с мелкодисперсными карбидами и интерметаллидами. Благоприятно и легирование швов повышенным количеством молибдена, марганца и вольфрама, подавляющих процесс образования горячих трещин. Количество феррита в структуре швов на коррозионно-стойких сталях может быть повышено до 15 . 25 %. Высоколегированные стали содержат в качестве легирующих присадок алюминий, кремний, титан, ниобий, хром и другие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому при наличии в зоне сварки окислительной атмосферы возможен их значительный угар, что может привести к уменьшению содержания или к полному исчезновению в структуре шва ферритной и карбидной фаз, особенно в металле с небольшим избытком ферритизаторов.

Читайте также  Сухая сварка как пользоваться?

Для сварки рекомендуется использовать неокислительные низкокремнистые, высокоосновные флюсы (фторидные) и покрытия электродов (фтористокальциевые). Сварка короткой дугой и предупреждение подсоса воздуха служит этой же цели. Азот — сильный аустенитизатор, способствует измельчению структуры за счет увеличения центров кристаллизации в виде тугоплавких нитридов. Поэтому азотизация металла шва способствует повышению их стойкости против горячих трещин.

Высокоосновные флюсы и шлаки, рафинируя металл шва и иногда модифицируя его структуру, повышают стойкость против горячих трещин. Механизированные способы сварки, обеспечивая равномерное проплавление основного металла по длине шва и постоянство термического цикла сварки, позволяют получить и более стабильные структуры на всей длине сварного соединения;

3) Применением технологических приемов, направленных на изменение формы сварочной ванны и направления роста кристаллов аустенита. Действие растягивающих сил, перпендикулярное направлению роста столбчатых кристаллов, увеличивает вероятность образования горячих трещин (рис. 2). При механизированных способах сварки тонкими электродными проволоками поперечные колебания электрода, изменяя схему кристаллизации металла шва, позволяют уменьшить его склонность к горячим трещинам;

4) Уменьшением силового фактора, возникающего в результате термического цикла сварки, усадочных деформаций и жесткости закрепления свариваемых кромок. Снижение его действия достигается ограничением силы сварочного тока, заполнением разделки швами небольшого сечения и применением соответствующих конструкций разделок. Этому же способствует хорошая заделка кратера при обрыве дуги. Кроме перечисленных общих особенностей сварки высоколегированных сталей и сплавов, есть специфические особенности, определяемые их служебным назначением. При сварке жаропрочных и жаростойких сталей обеспечение требуемых свойств во многих случаях достигается термообработкой (аустенизацией) при температуре 1050 . 1110 °С, снимающей остаточные сварочные напряжения, с последующим стабилизирующим отпуском при температуре 750 . 800 °С. При невозможности термообработки сварку иногда выполняют с предварительным или сопутствующим подогревом до температуры 350 . 400 °С. Чрезмерное охрупчивание швов за счет образования карбидов предупреждается снижением содержания в шве углерода. Обеспечение необходимой окалиностойкости достигается получением металла шва, по составу идентичного основному металлу. Это же требуется и для получения швов стойких к общей жидкостной коррозии.

При сварке коррозионно-стойких сталей различными способами для предупреждения МКК не следует допускать повышения в металле шва содержания углерода за счет загрязнения им сварочных материалов (графитовой смазки проволоки и т.д.), длительного и многократного пребывания металла сварного соединения в интервале критических температур.

В связи с этим сварку необходимо выполнять при наименьшей погонной энергии, используя механизированные способы сварки, обеспечивающие непрерывность получения шва. Повторные возбуждения дуги при ручной сварке, вызывая нежелательное тепловое действие на металл, могут вызвать появление склонности его к коррозии. Шов, обращенный к агрессивной среде, по возможности следует сваривать в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев, последующие швы в многослойных швах — после полного охлаждения предыдущих. Следует принимать меры к ускоренному охлаждению швов. Брызги, попадающие на поверхность основного металла, могут быть впоследствии очагами коррозии. Следует тщательно удалять с поверхности швов остатки шлака и флюса, так как взаимодействие их в процессе эксплуатации с металлом может повести к коррозии или снижению местной жаростойкости.

Для повышения стойкости швов к межкристаллитной коррозии и создания в их металле аустенитно-ферритной структуры при сварке их обычно легируют титаном или ниобием. Однако титан обладает высоким сродством к кислороду и поэтому при способах сварки, создающих в зоне сварки окислительную атмосферу (ручная дуговая сварка, сварка под окислительными флюсами), выгорает в количестве 70 . 90 %. Легирование швов титаном возможно при сварке в инертных защитных газах, при дуговой и электрошлаковой сварке с использованием фторидных флюсов. В металле швов содержание титана должно соответствовать соотношению Ti/C > 5. Ниобий при сварке окисляется значительно меньше и его чаще используют для легирования шва при ручной дуговой сварке. Его содержание в металле шва должно соответствовать Nb/C > 10. Однако он может вызвать появление в швах горячих трещин.

Газовая сварка обеспечивает большую зону разогрева, значительный перегрев расплавленного металла и замедленное охлаждение. При этом происходит значительный угар легирующих элементов. Она наименее благоприятна для сварки этих особенно кислотостойких сталей, в которых может развиваться значительная межкристаллитная коррозия. Газовая сварка может использоваться для сварки жаропрочных и жаростойких сталей толщиной 1 . 2 мм. Сварка ведется нормальным пламенем с мощностью пламени 70 . 75 л/ч на 1 мм толщины. Процесс следует вести с возможно большей скоростью левым способом, мундштук держать под углом 45° к поверхности. В сварных соединениях образуются большие коробления.

Ручная дуговая сварка это высокоманевренный способ. При сварке высоколегированных сталей сварочные проволоки одной по ГОСТу марки имеют достаточно широкий допуск по химическому составу. Различие типов сварных соединений, пространственного положения сварки и т.п. способствует изменению глубины проплавления основного металла, а также изменению химического состава металла шва. Все это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и предупреждения, таким образом, образования в шве горячих трещин. Этим же достигаются и необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов.

Применением электродов с фтористокальциевым покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получение металла шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Это снижает вероятность появления дефектов на поверхности основного металла в результате попадания на него брызг.

Тип покрытия электрода диктует необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменном или постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива). Тщательная прокалка электродов, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и вызываемых водородом трещин. Некоторые данные о режимах и выборе электродов для ручной дуговой сварки приведены в табл. 1 и 2, а о свойствах сварных соединений — в табл. 3 и на рис. 3.

Табл. 1 Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки аустенитных сталей

Толщина материала,

Сила сварочного тока (А) при положении сварки

Сварка нержавеющих сталей

В данной статье рассмотрим технологию сварки некоторых легированных хромоникелевых аустенитных сталей, а именно:
— коррозионно-стойких сталей (они же нержавеющие или попросту «нержавейка»);
— жаропрочных и жаростойких сталей.

Технология сварки хромоникелевых аустенитных сталей . Все заготовительные операции на аустенитных сталях, выполняемые методами холодной или горячей обработки, производятся в основном теми же способами и на том же оборудовании, что и для углеродистых конструкционных сталей. Подготовка кромок деталей под сварку должна производиться механическим путем (фрезерованием, строжкой, токарной обработкой). Допускается подготовка кромок сжатой дугой или газофлюсовой резкой, требующей последующей механической зачистки огнерезных кромок на глубину не менее 0,8 мм.
При сборке деталей перед прихваткой и сваркой во избежание образования надрезов и трещин на поверхности основного металла в месте попадания брызг расплавленного металла участки рядом со швом должны быть покрыты одним из видов защитных покрытий.
При изготовлении сварных конструкций из аустенитных сталей могут применяться все способы электрической сварки плавлением. Выбор способа сварки производится с учетом толщины свариваемого металла, размеров и формы конструкции, расположения швов в пространстве и их доступности, требований к сварным соединениям и т. д.
Основной особенностью ручной дуговой сварки аустенитных сталей является необходимость обеспечения требуемого химического состава металла шва при различных типах сварных соединений и пространственных положениях сварки с учетом изменения доли участия основного и электродного металла в металле шва. Это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и тем самым предупреждения образования в шве горячих трещин. Этим же достигается и необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов.
Применением электродов с фтористокальциевым покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получение металла шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Последнее уменьшает и вероятность образования дефектов на поверхности основного металла в результате прилипания брызг.
Состав покрытия электрода определяет необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменном токе или постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива), величину которого определяют по формуле Iсв=kdэ, а коэффициент k в зависимости от диаметра электрода принимают не более 25-30 А/мм. В потолочном и вертикальных положениях силу сварочного тока умень¬шают на 10-30 % по сравнению с силой тока, выбранной для нижнего положения сварки.
Сварку покрытыми электродами рекомендуется выполнять валиками малого сечения и для повышения стойкости против горячих трещин применять электроды диаметром 3 мм с минимальным проплавлением основного металла. Тщательная прокалка электродов перед сваркой, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и трещин, вызываемых водородом. Некоторые марки электродов, рекомендуемые для различных сталей аустенитного класса, в зависимости от условий работы конструкции приведены в табл.1, а их механические свойства — в табл.2.

Читайте также  Какие электроды выбрать для сварки инвертором?

Таблица 1. Некоторые марки электродов и условия работы высоколегированных сталей и сплавов

Содержание
α-фазы (%) и структура шва

Э 07Х20Н9
Э-08Х19Н10Г2Б
Э-02Х10Н9Б

10Х17НИМ2Т
08Х18Н19Б
08Х21Н6М2Т

20Х20Х14С2
20Х25Н20С2
30Х18Н25С2

Температуры до 900-1100°С Температура до 1050°С; жаростой­кость и жаропрочность ОЗЛ ОЗЛ-9-1 Э-12Х24Н14С2 Э-28Х24Н16Г6

3-10 %
Аустенитно-
карбидная

Для предупреждения перегрева металла и свя­занного с этим укрупне­ния структуры, возмож­ности появления трещин и снижения эксплуата­ционных свойств сварного соединения рекомендует­ся выполнять сварку ва­ликами небольшого сече­ния, применяя для этого проволоку диаметром 2- 3 мм, а в связи с высо­ким электросопротивле­нием аустенитных сталей вылет электрода следует умень­шить в 1,5-2 раза.

Легировать шов можно через флюс (табл. 3) или про­волоку (табл. 4), последнее предпочтительнее, так как обеспечивает необходимую стабильность металла шва.

Таблица 3. Флюсы для электродуговой и влектрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Вид сварки

Марка флюса

Автоматическая электродуговая аустенитно-ферритными швами

АНФ-14; АНФ-16; 48-ОФ-Ю; К-8

Автоматическая электродуговая аустенитно-ферритными швами с небольшим запасом аустенита

Автоматическая электродуговая чисто аусте-нитными швами с большим запасом аустенита

Автоматическая электродуговая и электро­шлаковая чисто аустенитными швами с боль­шим запасом аустенита

Электрошлаковая чисто аустенитными швами с большим запасом аустенита

АНФ-1; АНФ-6; АНФ-7; АН-29; АН-292

Таблица 4. Некоторые марки сварочной проволоки для электродуговой сварки под флюсом и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Марка стали

Условия работы

Марка проволоки
(ГОСТ 2246 — 70)

12Х18Н9
08Х18Н10
12Х18Н10Т
12Х18Н9Т

Стойкость к межкристаллитной коррозии

12Х18Н10Т
08Х18Н10Т
08Х18Н12Т
08Х18Н12Б

Температура выше 350°С;
стойкость к межкристаллитной коррозии

Стойкость к межкри-сталлитной коррозии

08Х18Н10;
12Х18Н10Т
12Х18Н9Т

Сварка в углекислом газе; стойкость к межкристаллитной корро­зии

Температура до 800- 900 °С

20Х23Н13
08Х20Н14С2
20Х23Н18

Температура 800-900 °С

Температура 900- 1100°С

Температура до 1200°С

Св-07Х25Н12Г2Т
Св-06Х25Н12ТЮ
Св-08Х25Н13БТЮ

Д ля сварки используют низкокремнистые фторидные флюсы, создающие в зоне сварки безокислительные или малоокислительные среды, что приводит к минимальному угару легирующих элементов. Для снижения вероятности образования пор в швах флюсы для высоколегированных сталей необходимо прокалить непосредственно перед сваркой при 500-800°С в течение 1-2 ч. Остатки шлака и флюса на поверхности швов, которые могут служить очагами коррозии сварных соединений на коррозионно-и жаростойких сталях, необходимо тщательно уда­лять.
Особенностью электрошлаковой сварки является пониженная чувствительность к образованию горячих трещин, что объясняется малой скоростью перемещения источника нагрева и характером кристаллизации металла сварочной ванны, в результате создаются условия получения чисто аустенитных швов без трещин. Однако длительное пребывание металла шва и околошовной зоны при повышенных температурах увеличивает его перегрев и ширину околошовной зоны, а длительное пребывание металла при температурах 1200-1250°С приводит к изменению его структуры, снижает прочностные и пластические свойства. В результате сварные соединения теплоустойчивых сталей предрасположены к разрушениям в процессе термической обработки или эксплуатации при повышенных температурах.
Перегрев при сварке зоны термического влияния коррозионно-стойких сталей может привести к образованию в ней ножевой коррозии, поэтому для предупреждения указанных дефектов необходима термообработка сварных изделий (закалка или стабилизирующий отжиг). При выборе флюса и сварочной проволоки необходимо учитывать проникновение кислорода воздуха через поверхность шлаковой ванны, что приводит к угару легкоокисляющихся элементов (титана, марганца и др.). Это вызывает необходимость в некоторых случаях защищать поверхность шлаковой ванны путем обдува аргоном.
Электрошлаковую сварку высоколегированных сталей можно выполнять проволочным или пластинчатыми электродами (табл. 5). Изделия большой толщины со швами небольшой протяженности целесообразно сваривать пластинчатым электродом, изготавливать их значительно проще. Но сварка проволокой позволяет в широких пределах, варьируя режимом, изменять форму металлической ванны и характер кристаллизации шва, а это является одним из действенных факторов, обеспечивающих получение швов без горячих трещин.

Толщина
металла,
мм

Электрод

Диаметр,(размеры),
мм

Марка флюса

Зазор, мм

Скорость
подачи
электрода,
м/ч

Сила
сварочного
тока,
А

Сварка стали 20х23н18 технология

Высоколегированными называют стали, содержащие легирующих элементов в сумме более 10 % или одного элемента не менее 5 %. Их применяют в судостроении, нефтехимической промышленности, производстве летательных аппаратов, энергетических установок, бытовой техники. Эти стали имеют более низкую, чем у углеродистых сталей, теплопроводность, больший коэффициент теплового расширения и высокое омическое сопротивление. По особенностям структуры все многообразие марок высоколегированных сталей разделяют на восемь групп: мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитные жаропрочные, аустенитные коррозионно-стойкие, аустенитно-ферритные коррозионно-стойкие, аустенитно-мартенситные и мартенситно-стареющие стали.

Мартенситные стали, например 15X11МФ, 15Х12ВНМФ, 10Х12НЗД, 18Х11МНФБ, 10Х12НД, предназначены для работы при температуре до 650 °С. Из них делают, например, лопатки и диски паровых турбин и газотурбинных установок. Эти стали содержат 0,1. 0,2 % углерода, 0,3. 0,6 % кремния, около 1 % марганца. В них много хрома: до 10. 13 %. Их дополнительно легируют молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием и никелем (до 3,2 %), повышающими сопротивление сталей ползучести под напряжением при высокой температуре.

Технологию сварки этих сталей усложняет их повышенная склонность к хрупкому разрушению в состоянии закалки. Поэтому сварные со

единения большинства мартенситных сталей немедленно после сварки подвергают термической обработке (отпуску) для снятия внутренних напряжений и формирования нужных механических свойств. Сваривают мартенситные стали обычно ручной дуговой сваркой. Применяют электроды КТИ-9, ЦЛ-32, содержащие 10. 12 % Сг, 0,8 % Ni, 1 % Mo и 0,02. 0,09 % С. Это обеспечивает химический состав сварных швов, близкий к основному материалу, и повышает вязкость металла шва. Применяют также аустенитные электроды ЗИО-8 и ЭА-395/9. Автоматическую сварку ведут проволокой Св 15Х12НМВФБ и Св 15Х12ГНМБФ под флюсами АН-17 и ОР-6.

Мартенситно-ферритные стали (08X13, 12X13,20X13, 14Х17Н2 и т.п.) имеют повышенное (до 12. 18 %) содержание хрома. Это придает им стойкость против коррозии. Эти стали используют для изготовления конструкций, работающих в агрессивных средах, например в производстве нефтехимических продуктов, а также в воде при высоких температуре и давлении.

Для соединения мартенситно-ферритных сталей применяют дуговую сварку штучными электродами, в защитных газах и под флюсом. Больше распространены сварочные электроды типа Э-10Х25Н13Г2 (марки ОЗЛ-6, ЦЛ-25) и проволоки (Св 07Х25Н12Г2), обеспечивающие получение аустенитного наплавленного металла. Для ручной дуговой сварки стали 14Х17Н2 применяют электроды типа Э-10Х18Н2 марки АНВ-2, для аргонодуговой сварки и автоматической под флюсом — проволоки Св 08Х18Н2ГТ и Св 08Х14ГНТ, флюсы ОФ-6, АНФ-6.

С точки зрения свариваемости мартенситно-ферритные стали являются «неудобным» материалом. В связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях возможно образование холодных трещин. Из-за опасности образования холодных трещин и хрупкого разрушения вследствие резкого снижения ударной вязкости металла околошовной зоны сварку этих сталей нужно вести с предварительным и сопутствующим подогревом, а также подвергать сварные соединения термическому отпуску. Сталь 08X13 подогревают до температуры 150. 200 °С, а отпускают при температуре 680. 700 °С. Сталь 14Х17Н2 подогревают так же, а отпуск производят при температуре 620. 640 °С. Время между сваркой и отпуском для этих сталей не ограничивается. Стали 12X13 и 20X13 подогревают перед сваркой до температуры 300 °С и не позже чем через 2 ч после сварки производят отпуск при температуре 620. 640 °С.

Высокохромистые ферритны е стал и (08Х17Т, 15Х25Т и др.) по сопротивляемости коррозии не уступают дорогостоящим хромоникелевым аустенитным сталям и превосходят их по стойкости против коррозионного растрескивания. Чаще всего их применяют для изготовления оборудования, работающего без ударных и знакопеременных нагрузок, не подлежащего контролю Госгортехнадзора.

Особенность высокохромистых ферритных сталей — их склонность к охрупчиванию под воздействием сварочного нагрева. Пластичность металла в ЗТВ приближается к нулю. Поэтому во избежание трещин сварку, гибку, правку и все операции, связанные с ударными

нагрузками, нужно производить с подогревом до температуры 150. 200 °С. Для ручной дуговой сварки этих сталей, автоматической дуговой сварки под флюсом и в защитных газах применяют хромоникелевые

сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие металл шва типа Х25Н13 с аустенитной структурой. Например, сталь 08X17Т лучше сваривать электродами ЦЛ-Э, УОНИ/ЮХ17Т или проволокой Св 10Х17Т под флюсом АНФ-6, ОФ-6, сталь 15Х25Т — электродами ЭНО-7, ЭА48М/22, АНВ-9 или АНВ-10, проволокой Св 07Х25Н13 в аргоне либо под флюсами АН-16, АН-26С, АНФ-11, ОФ-6; сталь 08Х23С2Ю электродами ЦТ-23, ЦТ-38. После сварки все ферритные стали отжигают при температуре 760 °С в течение 2 ч. Это практически полностью снимает остаточные напряжения, увеличивает деформационную способность сварных соединений.

Аустенитные жаропрочные стали по типу легирования и по характеру упрочнения делят на две группы. Первая — это roмогенные стали, не упрочняемые термообработкой: Х14Н16Б, Х18Н12Т, Х23Н18, Х16Н9М2 и др. Они способны длительно работать под напряжением при температуре до 500 °С. Ко второй группе относят гетерогенные стали, упрочняемые закалкой и старением: Х12Н20ТЗР, 40Х18Н25С2, 1Х15Н35ВТР. Такие стали способны длительно работать под напряжением при температуре до 700 °С. Из них изготавливают изделия, испытывающие при работе совместное действие напряжений, высокой температуры и агрессивных сред: лопатки газовых турбин, камеры сгорания и горячие тракты газотурбинных двигателей, трубопроводы с перегретым паром и т.п.

Рекомендуемая технология сварки некоторых марок среднелегированных сталей

При определении технологии сварки среднелегированных сталей нужно исходить из приведенных выше (см. §§ 10-4— 10-6) сведений о зависимости условий сварки от вида термообработки, а также особенностей различных методов сварки, применяемых для рассматриваемого класса сталей (табл. 10-15).

Читайте также  Как сварить медь с нержавейкой?

Состав и свойства высоколегированных сталей и сплавов

Высоколегированными называют стали на основе железа, легированные одним или несколькими элементами в количестве 5—55%.

Высоколегированные сплавы подразделяют на две большие группы: а) сплавы на железоникелевой основе и б) сплавы на никелевой основе К железоникелевым отнесены сплавы, структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма содержаний никеля и железа более 65% при приблизительном отношении никеля к железу 1 : 1,5). К никелевым отнесены сплавы, структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержание никеля не менее 55%).

применяемые для сварки некоторых среднелегированных сталей,

и механические свойства металла швов

В соответствии с существующими стандартами высоколегированные стали и сплавы классифицируют в зависимости от системы легирования, структуры, свойств и назначения. В зависимости от свойств высоколегированные стали и сплавы делят на корро-зионностойкие, жаропрочные и жаростойкие. К коррозионно-стойким относятся стали и сплавы, способные сопротивляться коррозии в атмосфере, воде, кислотах, солях, почве. К жаропрочным предъявляется требование — сохранять прочность при повышенных температурах, к жаростойким — стойкость против окисления на воздухе и в различных средах (например, цементационной среде) при высоких температурах вплоть до 1200— 1300° С.

Такое деление, естественно, условное. Например, сталь Х18Н10Т применяют в качестве коррозионностойкого и жаропрочного материала, а также для изготовления хладостойкой аппаратуры. Сталь 0Х20Н14С2 используют как жаростойкий и коррозионностойкий материал.

По системе легирования высоколегированные стали делят на хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромоникеле-марганцевые, хромомарганцеазотистые. Высоколегированные сплавы делят на хромоникелевые, хромоникелекобальтовые и хромокобальтовые (табл. 10-16, 10-17 и 10-18).

Главными легирующими элементами являются хром и никель. Они определяют основные свойства и структуру высоколегированных сталей и сплавов. Стали и сплавы с содержанием хрома более 12% являются нержавеющими. В качестве легирующих элементов применяют также углерод, кремний, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий, титан, алюминий, бор и др., которые сообщают высоколегированным сталям и сплавам особые свойства: прочность, жаропрочность, жаростойкость, стойкость против некоторых видов коррозии. Они влияют также на структуру сталей и сплавов.

Высоколегированные стали и сплавы — важнейший конструкционный материал. Трудно назвать отрасль техники, где бы они не применялись. Наиболее широко их используют в химической и нефтехимической промышленности, в авиационной, ракетной и атомной технике, в энергетике, судостроении, медицине, для производства цементационных, термических и обжиговых печей, пищевой аппаратуры. Нержавеющие стали благодаря хорошей полируемости и антикоррозионным свойствам применяют также для производства украшений и скульптур.

В зависимости от структуры высоколегированные стали делят на следующие классы:

мартенситные — Х5, Х5ВФ, 4Х10С2М (ЭИ107), 2X13, 1Х13НЗ, 1Х17Н2 (ЭИ268), 1Х12Н2ВМФ (ЭИ961) и др.;

мартенситно-ферритные— Х6СЮ (ЭИ428), 1Х12В2МФ (ЭИ756), 1X13 (ЭЖ1), 1Х13Н, 1Х13НЗБ, 1Х12ВНМФ (ЭИ802), 1Х11МФ, 2Х12ВМБФР (ЭИ993) и др.;

ферритные—0X13 (ЭИ496), Х14 (ЭИ241), Х17 (ЭЖ17), 0Х17Т (ЭИ645), 0Х17М2Т, Х25 (ЭИ181), Х25Т (ЭИ439), Х28 (ЭИ349) и др.;

аустенитно-мартенситные — Х16Н6 (ЭП288), Х15Н9Ю (ЭИ904), Х17Н7Ю (ЭИ973), Х15Н8М2Ю (ЭП35), 2X17Н2 и др.;

аустенитно-ферритные — 0Х20Н14С2 (ЭИ732), Х20Н14С2 (ЭИ211), 0Х21Н5Т (ЭП53), 0Х21НЗТ (ЭП214), 1Х21Н5Т (ЭИ811), 0Х21Н6М2Т (ЭП54), 0Х16Н4БА (ЭП56), Х23Н13 (ЭИ319), Х28АН (ЭИ657) и др.;

аустенитные—000Х18Н10 (ЭП550), 00Х18Н10 (ЭИ842), 0Х18Н10, 0Х18Н10Т (ЭИ914), Х18Н10Т, Х14П4НЗТ (ЭИ711), Х17Н13М2Т (ЭИ448), Х17Г9АН4 (ЭИ878), 0Х18Н12Т, 1Х18Н12Т, Х16Н9М2, 1Х14Н14В2М (ЭИ257), 1Х14Н18В2БР (ЭИ695Р), 1Х16Н9В4Б(ЦЖ15), 1Х15Н18В4Т(ЭП501), 1Х15Н25АМ6 (ЭИ395), 0Х18Н5П1БАФ (ЭП321), 45Х15Г15СЮ (ЭП577), 4Х18Н25С2, Х23Н18 (ЭИ417), Х25Н20С2 (ЭИ283), 0Х23Н28М2Т (ЭИ628), 0Х23Н28МЗДЗТ (ЭИ943), 00Х23Н28МЗДЗТ (ЭП516) и др.

Подразделение сталей на классы по видам структуры является условным и произведено в зависимости от основной структуры, получаемой при их охлаждении на воздухе от высоких температур (табл. 10-19).

Сплавы на железоникелевой и никелевой основах являются стабильноаустенитными: ХН35ВТ (ЭИ612), ХН35ВТР (ЭИ725), ХН38ВТ (ЭИ703), 0Х16Н40М5ДЗТЗЮ (ЭП543), ХН35ВТЮ (ЭИ787), ХН77ТЮР (ЭИ437Б), 5Х28Н48В5, 0Х15Н65М16В (ЭП567), ХН70МВТЮ (ЭИ617), Х20Н80, ХН78Т (ЭИ435), ХН70МВТЮБ (ЭИ598), ХН60В (ЭИ868), ХН67ВМТЮ (ЭИ445Р) и др. Они не претерпевают структурных превращений при охлаждении на воздухе от высоких температур.

В последнее время разрабо таны и нашли применение новые конструкционные высоколеги-

рованные стали и сплавы (табл. 10-20): аустенитно-борид- ные — Х15Н15М2БР1 (ЭП380), Х18Н12БР1 (ЭП381),Х25Н20С2Р1 (ЭП532), ХН77СР1 (ЭП615) и др.; мартенситно — стареющие

000Х18К9М5Т (ЭП637) и др.; высокохромистые (45—65% Сг) аустенитные— ХН35ВЮ (ЭП568), ХН50 (ЭП668) и др.

Основная структура аустенит-но-боридных сталей и сплавов —• аустенит и боридная фаза эвтектического строения. Содержание боридной фазы не нормируется.

Структура мартенситно-стареющих сталей — безуглеродистый высокопластичный мартенсит. Стали этого класса содержат 8—25% №. Упрочнение их достигается в два этапа: получение мартенситной структуры в результате превращения у —* а и последующее старение.

Структура высокохромистых (45—65% Сг) никелесодержащих (35—50% Ni) сплавов —аустенит и хромоникелевая эвтектика. При содержании более 60—65% Сг в сплавах этого типа возможно образование высокохромистого феррита.

До недавнего времени ферритные и мартепситиые стали применяли в специальных сварных конструкциях в несравненно меньших масштабах, чем аустенитные. Теперь в связи с необходимостью экономии никеля разработано и эксплуатируется большое количество безникелевых и с ограниченным содержанием никеля сталей этих классов. Широко применяют также аустенит-ную сталь, в которой никель частично или полностью заменен марганцем и азотом.

Высоколегированные стали и сплавы принято обозначать не только в соответствии со стандартом (см. табл. 10-16, 10-17, 10-18), но и более сокращенно, двумя—тремя цифрами: 18-8, 18-10, 15-25, 15-25-6 и др. Первая из них определяет среднее содержание хрома, а вторая — содержание никеля. Третья цифра указывает содержание важнейшего легирующего элемента, в нашем примере молибдена (1Х15Н25АМ6).

Высоколегированные стали и сплавы различают также по системе упрочнения: карбидные, боридные, с интерметаллидным упрочнением и др. Стали и сплавы, легированные углеродом (обычно в пределах 0,2—1,0%), имеют карбидное упрочнение. Этот тип упрочнения характерен в основном для жаропрочных (4Х14Н14В2М, 4Х12Н8Г8МФБ) и жаростойких (4Х18Н25С2) сталей. Достигается такое упрочнение при выдержке стали в интервале температур 600—650° С и при образовании в ней в результате этого сложных карбидов железа, хрома, ванадия, ниобия, вольфрама типа Ме23С6, Ме6С, Ме^, МеС и др.

Никелесодержащие стали и сплавы, легированные титаном (1,0—3,5%) и алюминием (до 6%), упрочняются вследствие образования при температуре 650—850° С мелкодисперсных частиц— интерметаллидов типа Ni3 (Ti, Al), (Ni, Fe)2Ti и др. Это так называемое интерметаллидное упрочнение характерно в основном для жаропрочных сталей и сплавов. Например, упрочнение стали Х12Н22ТЗМР (ЭПЗЗ) с 2,6—3,2% Ti достигается образованием интерметаллидов Ni3Ti, сплава ХН55К15МВЮ (ЭИ867) с 4,2—4,9% А1 — интерметаллидов Ni3Al, а сплава ХН35ВТЮ (ЭИ787) с 2,8—3,2% Ti и 0,7—1,7% А1 — интерметаллидов Ni3 (Ti, Al).

Упрочнение аустенитно-боридных сталей достигается в основном в результате образования боридов железа, хрома, ниобия, углерода, молибдена и вольфрама.

Стали и сплавы в большинстве случаев содержат несколько легирующих элементов, поэтому упрочнение их обычно бывает комплексным, например карбидное (основное) и интер-металлидное или же интерме-таллидное (основное) и карбидное.

Предел кратковременной прочности высоколегированных сталей и сплавов довольно широкий, в среднем 50—100кгс/мм2 (рис. 10-23). Хромистые стали (5, 13, 17 и 28% Сг) при повышенных температурах значительно менее прочны, чем хро-моникелевые аустенитные стали типов 18-8, 18-14, 25-20 и др. Аустенитные сплавы на железо-никелевой и никелевой основах, в свою очередь, более прочны, чем аустенитные стали.

Особую группу составляют мартенситные, мартенситно-ста-реющие и аустенитно-мартенситные стали. Эти стали при относительно невысоких температурах (до 250—300° С) значительно превосходят по прочности аустенитные стали и сплавы. Например, 5%-ная хромистая сталь может быть обработана па прочность 150—220 кгс/мм2, мартенситно-стареющая сталь ЭП637 — на прочность до 280 кгс/мм2, а прочность хромоникелевого сплава с высокой степенью легирования титаном, алюминием, вольфрамом и молибденом в этих же условиях не превышает 100— 120 кгс/мм2. Однако при высоких температурах по прочности они заметно уступают аустенитным.

Практикуется также классификация сталей и сплавов по применению, например инструментальные стали, подшипниковые, клапанные, турбинные, трубные, лопаточные и др.

Общий термин высоколегированные стали и сплавы объединяет группы материалов, существенно отличающиеся друг от друга не только по химическому составу и структуре, но также и по назначению и эксплуатационным свойствам.

Общим признаком для большинства высоколегированных сталей является их пониженный по сравнению с углеродистыми сталями коэффициент теплопроводности, большой коэффициент линейного расширения, а также значительная литейная усадка. В виде примера можно привести следующие данные: коэффициент теплопроводности аустенитной стали типа 18-8 составляет 0,040 кал/(см-с-град) по сравнению с 0,096 кал/(см-с-град) для углеродистой стали ВСтЗ; коэффициент линейного расширения соответственно равен 17-10″6 и 12-Ю»6, а удельное электросопротивление 0,73 и 0,15 ом-мм2/м.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: