Классификация сталей по свариваемости

При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом прибли­жении проводят оценку свариваемости. Влияние основных леги­рующих примесей на свариваемость сталей можно описать следу­ющим образом.

Углерод — одна из наиболее важных примесей, определяющих прочность, пластичность, закаливаемость и другие важные харак­теристики стали. Содержание углерода в конструкционных сталях до 0,25 % не снижает свариваемости. Более высокое содержание приводит к образованию закалочных структур в металле ЗТВ и появлению трещин.

Сера и фосфор — вредные примеси. Повышенное содержание серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфора вызы­вает хладноломкость. Поэтому содержание серы и фосфора в низкоуглеродистых сталях ограничивают соответственно до 0,05 и 0,04 %.

Кремний присутствует в стали как примесь в количестве до 0,3 % в качестве раскислителя. При таком содержании он не ухуд­шает свариваемость сталей. В качестве легирующего элемента при содержании его в стали до 0,8-1 % (особенно до 1,5 %) возможно образование тугоплавких оксидов кремния, ухудшающих сварива­емость.

Марганец при содержании в стали до 1,0 % не затрудняет процесс сварки. При сварке сталей, содержащих марганец в количестве 1,8-2,5 %, возможно появление закалочных структур в металле ЗТВ и, следовательно, трещин.

Хром в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3 %. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7-3,5 %. В легированных сталях его содержание колеблется от 12 до 18 %, а в высоколегированных сталях достигает 35 %. При сварке хром образует карбиды, ухуд­шающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует обра­зованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3 %. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5, а в высоколегированных — до 35 %. В сплавах на никелевой основе его содержание является пре­валирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на сваривае­мость.

Ванадий в легированных сталях содержится в количестве 0,2- 0,8 %. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден в сталях ограничивается 0,8 %. При таком содер­жании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобий в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1 %. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3 % включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5 %) и как легирующий элемент (до 0,8-1 %). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость стали, кроме содержания углерода, учитывается также содер­жание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициен­тов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по раз­личным методикам, которые позволяют оценить влияние химичес­кого состава низколегированных сталей на их свариваемость:

Классификация сталей по свариваемостиСэкв = с + Мп/6 + Сг/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Cu/15 (метод МИС), | Сэкв = С + Мп/6 + Si/24 + Ni/40 + Сг/5 + Мо/4 (японский метод),

[С]* = С + Мп/9 + Сг/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

где цифры указывают содержание в стали в массовых процентах соответствующих элементов.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связан­ных с разработкой технологии сварки. Достаточно часто расчеты химического углеродного эквивалента для углеродистых и низко­легированных конструкционных сталей перлитного класса выпол­няются по формуле Сефериана.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хоро­шо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограни­ченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся (табл. 1.1).

К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]^ < 0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т. е. без подогревадо сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработ­кой. Для конструкций, работающих в условиях статических на-

грузок, термообработку после сварки не производят. Для ответ­ственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется.

Таблица 1.1. Классификация сталей по свариваемости

і Группа I свариваемости

гост

Марка стали |

І Хорошо сва-

380-94*

Низкоуглеродистые Ст1-Ст4 (кп, лс, сп) |

| ривающиеся

1050-88

08-25 (кп, пс) |

803-81

11ЮА, 18ЮА |

4041-71

08Ю, 25пс J

5520-79

15К, 16К, 18К, 20К, 22К |

5521-93

А, А32, А36, А40, В, Д, Д32, Д36, Д40, Е, Е32, Е36, Е40 |

5781-82

10ГТ 1

977-88

15Л, 20Л, 25Л I

4543-71

Легированные 15Г, 20Г, 25Г, 10Г2, 12X11, 1 12ХН2, 15Н2М, 15Х, 15ХА, 20Х, 15ХФ,

20Н2М |

19281-89

09Г2, 09Г2С, 09Г2Д, 10Г2Б, 10Г2БД, 12ГС, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 10ХНДП, 14Г2АФ, 14Г2АФД, 15ГФД, 15ХСНД

977-88

08ГДНФЛ, 12ДН2ФЛ, 13ХДНФТЛ

Удовлетвори-

380-94*

Углеродистые Ст5 (пс, сп), Ст5Гпс

тельно свари­вающиеся

1050-88

30

977-75

ЗОЛ

4543-71

Легированные 16ХГ, Ї8ХГТ, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГСА, 20ХГР, 20ХН, 20ХНР, 12ХНЗА, ! 20ХН2М

19281-89

15Г2АФДпс, 16Г2АФД, 15Г2СФ, 15Г2СФД

10702-78**

ЮГ2С

5781-82

8Г2С, 25Г2С

977-88 і

!0ГЛ, 20ГСЛ, 20ФЛ, 20Г1ФЛ, 20ДХЛ, 2ДХН1МФЛ ______________________________________________ j

Окончание табл. 1.1

Группа

свариваемости

гост

Марка стали

Ограниченно

380-94*

Углеродистые Стб (пс, сп)

свариваю­

щиеся

1050-88

35, 40, 45

977-88

35Л 40Л, 45Л

4543-71

Легированные 25ХГСА, 29ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 20ХН4А, 25ХГМ, 35Г, 35Г2, 35Х,

40Х, ЗЗХС, 38ХС, 30ХГТ, 30ХРА, ЗОХГС,

ЗОХГСА, 35ХГСА, 25ХГНМТ, ЗОХГНЗА, 20Х2Н4А

11268-76

12Х2НВФА

977-88

35ГЛ, 32X06/1, 45ФЛ, 40ХЛ, 35ХГСЛ, 35НГМЛ, 20ХГСНДМЛ, ЗОХГСФЛ, 23ХГС2МФЛ

Плохо свари­вающиеся

1050-88

Углеродистые 50, 55

977-88

50Л, 55Л

4543-71

Легированные 50Г, 45Г2, 50Г2, 45Х, 40ХС, 50ХГ, 50ХГА, 50ХН, 55С2, 55С2А, Э0ХГСН2А и др.

11268-76

23Х2НВФА

10702-78**

38ХГНМ

5950-2000

9Х,9X1

977-88

30ХНМЛ, 25Х2Г2ФЛ

1435-99

У7-У13А

*ДСТУ 2651-94 (ГОСТ 380-94). ** В Украине отменен.

Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]* - 0,39*0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей тер­мообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали ЗОЛ обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обра­ботанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0 °С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется про­водить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск). В случае, когда невозможен последующий отпуск, зава­ренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35 % углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]лг = 0,46+0,59) перлитного класса, склонные в обычных усло­виях сварки к образованию трещин. Свариваемость этой группы сталей обеспечивается при использовании специальных техно­логических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в терми­чески обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина : металла не более 14 мм, температура окружающей среды не ниже ' +5 °С и свариваемые соединения имеют вспомогательный харак­тер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный по - . догрев до температуры 200 °С.

: Термообработка данной группы сталей назначается по режиму,

выбираемому для конкретной стали.

І К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]* > 0,60) перлитного класса, наиболее трудно подда­ющиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэто­му их сварку выполняют с обязательной предварительной термо­обработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей тер­мообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200 °С. Тер­мообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

Эксплуатационная надежность и долговечность сварных кон­струкций из низколегированных теплоустойчивых сталей зависит от предельно допустимой температуры эксплуатации и длительной прочности сварных соединений при этой температуре. Эти пока­затели определяются системой легирования теплоустойчивых ста­лей. По системе легирования стали можно разделить на хромо­молибденовые, хромомолибденованадиевые и хромомолибдено­вольфрамовые (табл. 1.2). В этих сталях значение углеродного эквивалента изменяется в широких пределах и оценка сваривае­мости сталей по его значению нецелесообразна. Расчет темпера­туры предварительного подогрева выполняется для каждой кон­кретной марки сталей.

Разделение высоколегированных сталей по группам (нержаве­ющие, кислотостойкие, жаростойкие и жаропрочные) в рамках ГОСТ 5632-72 выполнено условно в соответствии с их основными служебными характеристиками, так как стали жаропрочные и жа­ростойкие являются одновременно кислотостойкими в определен­ных агрессивных средах, а кислотостойкие стали обладают однов­ременно жаропрочностью и жаростойкостью при определенных температурах.

Остановимся на кратких рекомендациях по технологии сварки высоколегированных сталей, которые, как уже отмечалось, раз­деляются на четыре группы.

Для хорошо сваривающихся высоколегированных сталей тер­мообработку до и после сварки не проводят. При значительном наклепе металл необходимо закалить от 1050-1100 °С. Тепловой режим сварки нормальный. К этой группе сталей можно отнести ряд кислотостойких и жаропрочных сталей с аустенитной и аус­тенитно-ферритной структурой.

Таблица 1.2. Марки теплоустойчивых и высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основе

Класс

ГОСТ или ТУ

Марка стали

Перлитный или мартен­ситный

ГОСТ 4543-71

Теплоустойчивые хромомолибденовые 15ХМ, 20ХМ, ЗОХМ, ЗОХМА, 35ХМ, 38ХМ, 38Х2МЮА

ТУ 108-1028-81

34ХМА

ГОСТ 20072-74

12МХ, 15Х5М, 15X5

Продолжение табл. 1.2

1 Класс

ГОСТ или ТУ

Марка стали

ГОСТ 5520-79

12ХМ, 10Х2М, 10Х2М-ВД |

ГОСТ 977-88

35ХМЛ

ТУ 5.961-11.151-80

20ХМЛ 1

ГОСТ 4543-71

Теплоустойчивые хромомолибденована­диевые и хромомолибденовольфрамовые 40ХМФА, ЗОХЗМФ |

ГОСТ 20072-74

20Х1М1Ф1БР, 12X1МФ, 25X1МФ, 1 25Х2М1Ф, 20Х1М1Ф1ТР, 18ХЗМВ, 20ХЗИВФ, 15Х5ВФ |

ТУ 14-1-1529-76

15Х1М1Ф ТУ 14-1-3238-81 35ХМФА |

ТУ 108.131-86

12Х2МФА, 18Х2МФА, 25Х2МФА

ТУ 14-1-1703-76

38ХМФЮА

ТУ 5.961-11151-80

20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ

Ферритный, мартенситно - ферритный и мартенситный

ГОСТ 5632-72

Высокохромистые нержавеющие 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 25Х13Н2

ТУ 108-976-80

10Х12ИД

ГОСТ 5632-72

Высокохромистые кислотостойкие и жаростойкие 12X17, 08Х17Т, 09Х16Н4Б, 30Х13Н7С2, 08Х18Т1, 15Х18СЮ, 15Х25Т, 15X28, 14X17Н2, 20Х17Н2, 10Х13СЮ, 40Х9С2, 40Х10С2М

ТУ 14-1-2889-80

09Х17НВД

ТУ 14-1-1958-77

11Х17Н

ТУ 14-1-2533-78

10X17ЮЗБ

ГОСТ 5632-72

Высокохромистые жаростойкие 15Х11МФ, 18Х11МНФБ, 20Х12ВНМФ, 11Х11Н2В2МФ, 13Х11Н2В2МФ, 13Х14НЗВ2ФР, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР

ТУ 14-3-450-75

12X11 В2МФ

Аустенитный и аустенитно­ферритный

ГОСТ 5632-72

Кислотостойкие 04Х18Ш0, 08Х18Н10, 08Х18Ш0Т, 12Х18И9, 12Х18Н9Т, 17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 12Х18НЮБ, 03Х18Н11, 08Х18Н12Б, 03Х17Н14М2, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 10X13M3T, 08Х17Н15МЗТ,

Окончание табл. 1.2

Класс

ГОСТ или ТУ

Марка стали

08Х10Н20Т2, 10Х14Г14НЗ, 10Х14Г14Н4Т, 10Х14АГ15, 15Х17АГ14, 07Х21Г7АН5, 03Х2Ш21М4ГБ, 12Х17Г9АН4, 08Х18Г8Н2Т, 15Х18Н12С4ТЮ, 08Х18Н12Т

ТУ 108.11.595-87

03Х16Н9М2

Аустенитно-

мартенситны

ГОСТ 5632-72

07Х16Н6, 09Х17Н7Ю, 09Х17Н7ЮТ, 08Х17Н5МЗ, 08Х17Н6Т, 09Х15Н8Ю, 20Х13Н4Г9

Ферритно­

аустенитный

ГОСТ 5632-72

Высокопрочные кислотостойкие 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х21Н6

ТУ 14-1-1958-77

10Х25Н6АТМФ

ГОСТ 977-88

12Х25Н5ТМФЛ

ТУ 14-1-1541-75

03Х23Н6, 03Х22Н6М2

Аустенитный

ГОСТ 5632-72

Жаростойкие 20Х23Н13, 10Х23Н18, 20Х23Н18, 08Х20Н14С2, 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2, 45Х22Н4МЗ, 55Х20Г9АН4

Сплавы на железоникеле­вой и никеле­вой основе

ГОСТ 5632-72

ХН38ВТ, ХН60Ю, ХН70Ю, ХН78Т

Аустенитный

ГОСТ 5632-72

Жаропрочные 10Х11Н20ТЗР, 10X11H23T3MP, 08Х16Н13М2Б, 09Х16Н15МЗБ, 08Х15Н24В4ТР, 31Х19Н9МВБТ, 10Х11Н20ТЗР, 37Х12Н8Г8МФБ, 45Х14Н14В2М, 09Х14Н19В2БР, 09Х14Н19В2БР1, 40Х15Н7Г7Ф2МС, 09Х14ІІ16Б

Сплавы на железоникеле - вой и никеле­вой основе

ГОСТ 5632-72

ХН35ВТ, ХН35ВТЮ, ХН32Т, ХН38ВТ, ХН80ТБЮ, ХН67МВТЮ

Для удовлетворительно сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендуется предварительный отпуск при 650-710 °С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный. При отрицательной температуре сварка не допуска­ется. Предварительный подогрев до 150-200 °С необходим при сварке элементов конструкции с толщиной стенки более 10 мм.

После сварки для снятия напряжений рекомендован отпуск при 650-710 °С с охлаждением на воздухе. К этой группе в первую очередь можно отнести большую часть хромистых и некоторых хромоникелевых сталей.

Для ограниченно сваривающихся высоколегированных сталей термообработка перед сваркой различная (отпуск при 650-710 °С с охлаждением на воздухе или закалка в воде от 1050-1100 °С). При сварке большинства сталей этой группы обязателен пред­варительный нагрев до 200-300 °С.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости детали сварного соединения подвергают отпуску при 650-710 °С. Для сварки ряда сталей аустенитного класса обязательна закалка в воде от 1050-1100 °С.

Для плохо сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендован отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Для всей группы сталей обязателен предварительный подогрев до 200-300 °С. Сварка стали 110Г13Л в состоянии закалки произ­водится без нагрева. Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям в зависимости от марки стали и назна­чения. Для стали 110Г13Л термообработка не требуется.

Комментарии закрыты.