Высокохромистые стали

Система легирования Fe-Cr-C является весьма интересной и по­служила для создания целого семейства сталей различных структур­ных классов, помимо высокой прочности обладающих весьма значи­тельной коррозионной стойкостью. Это тем более ценное свойство, что достигается оно за счет легирования стали дешевым и малодефи­цитным хромом. Высокая коррозионная стойкость хромистых ста­лей объясняется окисной пленкой, приводящей к пассивации ее по­верхности. В зависимости от содержания хрома коррозионная стойкость стали сохраняется до температур 600...800 °С, а с увеличе­нием его содержания обеспечивается окалиностойкость при высоких температурах (800...1100 °С).

Структура хромистых сталей может быть различна, что определя­ется процентным содержанием в них углерода и хрома. В зависимос­ти от развития структурных превращений хромистые стали подраз­деляются на 3 группы: с полным у -> а - превращением; с частичным у -> а -превращением; без превращения.

Стали первой группы имеют мартенситную структуру (20X13, 14Х17Н2 и др.), второй — мартенсито-ферритную структуру (12X13, 14Х12В2МФ) и третьей — ферритную (12X17, 08Х17Т). Сваривае­мость этих сталей тесно связана с их структурой. Наиболее затрудне­на сварка сталей М и М + Ф класса. Стали с мартенситной структу­рой при сварке в зоне и в шве (если химический состав шва подобен составу основного металла) закаливаются на мартенсит. Такие швы обладают низкой деформационной способностью, что на последней стадии охлаждения (при Т -100 °С) может привести к образованию холодных трещин.

Большая, чем в ЗТВ, крупнозернистость металла шва также спо­собствует образованию в нем холодных трещин; к интенсификации этого процесса приводит и увеличение жесткости закрепления при сварке. Для предотвращения образования холодных трещин обычно применяется подогрев и модифицирование металла шва.

Температура подогрева выбирается в зависимости от склоннос­ти стали к закалке и жесткости (толщины) свариваемых элементов изделия. Практически температура подогрева колеблется в интер­вале 100...250 °С. Верхний предел сопутствующего подогрева огра­ничен из-за опасности появления синеломкости металла. Однако любая температура подогрева не предупреждает распад по мартен­ситному механизму; металл ЗТВ имеет достаточно высокую твер­дость и низкую ударную вязкость. Это связано с высокими скорос­тями охлаждения даже при наличии подогрева. Поэтому сварные соединения после их выполнения должны подвергаться термообра­ботке (высокому отпуску).

Наилучшими режимами термообработки являются или подсту - живание после сварки изделия примерно до 100 °С с выдержкой до двух часов (это необходимо для полного распада аустенита) с после­дующим нагревом до 700 °С и медленным охлаждением, или «отдых» после сварки в течение 10 ч, охлаждение до комнатной температуры с последующим высоким отпуском. Для обеспечения равнопрочности соединения отпуск после сварки рекомендуется давать при темпера­туре примерно на 20 °С ниже температуры отпуска стальных загото­вок до сварки.

Для сварки конструкций из М и М + Ф сталей применяют почти все разновидности сварки плавлением. Особое распространение по­лучили ручная сварка покрытым электродом, автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитных газах.

Наиболее часто для этих способов сварочные материалы (элект­роды, электродную и присадочные проволоки) выбирают с таким расчетом, чтобы получить металл того же химического состава, что и основной. В этом случае после последующей термообработки удает­ся получить свойства сварного соединения, наиболее близкие к свой­ствам исходного металла. Если нет условий для такого усложнения технологии (сопутствующего подогрева и последующей термообра­ботки), то следует изменить подход и выбрать сварочные материалы, обеспечивающие аустенитную или аустенитно-ферритную структу­ру металла шва. В этом случае отпадает необходимость в последую­щей термообработке, так как деформационная способность металла шва повышается.

Для ручной сварки покрытыми электродами в зависимости от марки свариваемой стали можно рекомендовать:

- для стали марок 08X13, 12X13 электроды Э-12Х13 (марка УОНИ-13/Х13);

— для стали 15X11МФ электроды Э-12Х11НМФ (марка КТН-9).

Для автоматической сварки под флюсом:

— для стали 12X13 и 20X13 — проволоку марки Св-06Х13 и флюс АН-20;

— для сварки в среде углекислого газа сталей 12X13 и 20X13 — проволоку марки Св-08Х14ГНТ.

Основной особенностью свариваемости хромистых сталей фер­ритного класса является их повышенная склонность к росту зерна в ЗТВ и шве (если последний аналогичен по своему химическому со­ставу основному металлу). Для ослабления этого процесса рекомен­дуется применение способов сварки с сосредоточенными источника­ми тепла с ограничением погонной энергии.

При применении сварочных материалов, дающих в шве А или А+Ф структуру, необходимо учитывать разбавление металла шва рас­плавленным основным металлом с целью сохранения в шве структу­ры желаемого типа.