Высоколегированными считают стати с суммарным содержани­ем легирующих элементов свыше 10% при содержании железа в них более 45%. Если содержание железа меньше этой цифры, то мате­риалы считаются специальными сплавами. К этой группе относятся стали и сплавы, обладающие специфическими свойствами: высокой антикоррозионной стойкостью при комнатной и повышенной тем­пературах, сопротивлением ползучести при нагреве идр. Материалы этой группы в зависимости от температурных условий эксплуатации изделий разделяют на жаропрочные и жаростойкие.

Жаростойкость (окалиностойкость) —свойство металлов и сплавов хорошо противостоять при высоких температурах химиче­скому воздействию, в частности окислению на воздухе или в другой газовой среде. Жаропрочность — способность материалов при вы­соких температурах выдерживать без разруш ния механические нагрузки.

Подобным требованиям соответствуют материалы с высокой степенью легирования —высоколегированные стали и специаль­ные сплавы. В качестве легирующих элементов используют хром, никель, марганец, кремний, кобальт,- вольфрам, ванадий, молибден, титан, бор и др. Высоколегированные стали и сплавы являются важнейшими конструкционными материалами, применяемыми в производстве оборудования для химической промышленности, в авиации, энергетике и реактивной технике.

В первую очередь необходимо отметить высокохромистые стали, используемые в энергетическом и химическом машиностроении. В зависимости от степени легирования хромом они могут относиться к мартенситному, мартенситно-ферритному и ферритному классам. Высокохромистые стали используют в качестве коррозионно-стой­ких, жаростойких и жаропрочных. В табл. 19.4 приведены химиче­ский состав и назначение наиболее распространенных высокохро­мистых сталей.

Коррозионно-стойкими обычно являются стали с 13% Сг и более. Одновременно эти стали обладают жаростойкостью до 600°С и жаропрочностью до 480°С. Повышение жаропрочности, допуска­ющей длительную работу-’ при значительных напряжениях и темпе­ратуре до 650°С, достигается дополнительным легированием молиб­деном, ванадием, ниобием, бором и другими элементами. Хроми­стые стали весьма чувствительны к термическому воздействию при сварке, что необходимо учитывать при разработке технологических процессов. Жаростойкими и жаропрочными материалами являются высоколегированные аустенитные стали и сплавы. Их классифици­руют по системе легирования, структурному классу, свойствам г служебному назначению. Основные легирующие элементы — хром и никель. Материалы с суммарным содержанием железа и никеля > 65% при соотношении никеля и железа 1: 1,5 являются железо- никелевыми сплавами, а с содержанием никеля > 55% — никеле - выми сплавами. Аустенитные стали и сплавы являются важнейшей группой материалов, широко используемой в различных отраслях машиностроения для конструкций, работающих в широком диала зоне температур. В табл. 19.5 приведен химический состав некото­рых распространенных аустенитных сталей и сплавов. К группе аустенитных сталей относятся коррозионно-стойкие хромоникеле-

О) I і 1 1 1 і СП 1— 1 СП *—1 1 1—4 О еГ о> О 1 1 1 1 і 1 1 и е 0,7 о О о „ г[га VI о гр" £ 1 1 1 1 1 о0 т со 1 1 ГЯ tF і 1 і й й 1 і tL, CJ о V) О о СП CjT О І 1 * I 1 I £ 1 1 1 1 1 1 1 о 1 СО ОО СЯ т-н V» V) СП t- VI 1 1 1 1 О 1 t 1 V! і КП СП КП о о СИ ГЯ СО г- . і ©0 1 і о сч і- 1 о I 1 1 ) VI VI I 1 т-н СП СП О о о ГЯ о о о -5,5 V> ov о й й /Г 1 Г' <т «V о о 1 ЛІ о О о р_ VI V) V) ОО ОО та- си IS СТ о о0 ГЯ СИ СЧ сч тН V 1Н и 1 г- 1 г- 1 VD 1 ON 1 о і СП 1 сл 1 СП Т-Н гН гя т-Н т-н т-н о оС Г- СО ОО ОС ОО D с/3 о О о о о о” о VI VI VI VI VI vr VI VI Си ІІН о Г' г-> с- о т-н ъ о Сэ о ГН о р VI VI VI VI VI VI VI гч Т-Н т-н а ОО О ся гН «f гя т-н Т-Н Т-Н 8 о о" 1 о о VI VI 8 VI VD О VI о о В « 2 н ^ & S Н ON Е- C7N f- Ь га 2 а® X ОО X ос te PQ 8 S V) н Г' §* § т-н т-Н си гг с £ s X И ГС S N £ о і—1 О >*• га

вые стали, например 08Х18Н10Т. Они обладают высокой пластич­ностью и хорошо штампуются в холодном состоянии. Главной опасностью при сварке этих ста лей является склонность к трещинам и межкристаллитной коррозии сварных соединений.

Склонность к образованию горячих трещин связана с образо­ванием крупнозернистой столбчатой структуры металла шва, высо­кой литейной усадкой кристаллизующегося металла и значительных деформаций при затвердевании. Основными мерами борьбы с горячими трещинами при сварке этих сталей являются: получение сварных швов с двухфазной структурой (аустенит плюс небольшое количество феррита, карбидов или боридов) для улучшения струк­туры и измельчения зерна; ограничение вредных примесей в метал­ле; применение неокислительных основных электродных покрытий и фторидных флюсов; уменьшение объема сварочной ванны и отношения ширины шва к глубине проплавления для уменьшения усадочных деформаций при сварке (сварка на пониженных погон­ных энергиях, рациональная разделка кромок, ниточные швы).

К межкристаллитной коррозии склонны высоколегированные стали всех классов, имеющие высокое содержание хрома вследствие выпадения под действием нагрева карбидов хрома по границам зерен, обеднения границ зерен хромом и из-за этого пониженной стойкости границ против коррозии. Опасность межкристаллитной коррозии возникает при нагреве хромоникелевых сталей аустенит­ного и аустейитно-фсрритного классов до температур 500—850°С, при нагреве высокохромистых сталей мартенситного, мартенситно­ферритного и ферритного классов до температур свыше 950°С.

Исходя из причин межкристаллитной коррозии, основные меры предохранения направлены на предотвращение образования кар­бидов хрома и выпадения их по границам зерен. С этой целью применяют: ограничение содержания углерода в основном и при­садочном металле (при содержании углерода менее 0,02—0,05% межкристаллитная коррозия исключается); легирование сталей ти­таном, ниобием, танталом, цирконием, ванадием, которые болос активно взаимодействуют с углеродом в стали и препятствуют образованию карбидов хрома; получение двухфазной структуры в хромоникелевых сталях (содержание феррита до 20—25%) допол­нительным легированием основного металла и проволоки хромом, кремнием, алюминием, молибденом, бором; стабилизирующую тер­мообработку, закалку после сварки с целью выравнивания содер­жания хрома на границах и в теле зерна; технологические меры —~ сварку при минимальном тепловложении, применение дополни­тельного охлаждения, уменьшение разбрызгивания, предотвраще­ние ударов, забоин и т. д. С целью экономии никеля вместо этих сталей используют новые с аналогичными технологическими ха­рактеристиками (Х13М4У, Х17П9АН4 и др.). Из этих материалов

изготовляют конструкции, работающие при температуре до 500°С. Все шире используют стали переходного аустенитно-мартенситного класса (08ХТ5Н5Д2Т, 08Х15Н9Ю, 08Х17Н5Ю и др.). Эти стали стареющего типа, в них дополнительно вводят алюминий и молиб­ден. Изменяя режим термообработки, можно изменять механиче­ские свойства этих сталей в широких пределах (ав от 900 до 1700 МПа и ат от 360 до 1500 МПа). Стали переходного типа в упроч­ненном состоянии по удельной прочности и пластичности (ав/у и от/у) при повышенных температурах и 1,5 раза и более превосходят другие стали.

В свою очередь, жаропрочные материалы в зависимости от назначения сварных узлов и условий эксплуатации можно разделить на две подгруппы. К первой относятся материалы для изготовления узлов, работающих при высокой температуре без больших силовых нагрузок. Чаше всего это листовые конструкции, для изготовления которых используются стали ХН78Т, ВЖ100, ХН75МБТЮ, ХН38ВТ и др. Эти материалы при 900°С в течение длительного времени (100 ч) сохраняют о„ = 15 * 75 МПа. Конструкции из них хорошо работают в газовых средах при 900—1150"С. Эти материалы хорошо штампуются и свариваются, часто нс требуют термической обра­ботки после сварки. Они отличаются высокой жаростойкостью, хорошо выдерживают теплосмсны.

Материалы второй группы используют для изделий, работающих при высоких температурах и испытывающих значительные нагруз­ки. В основном это материалы на никелевой и никелево-кобальто­вой основе типа ХН77ТЮР, ЖС6. Основные требования к ним — жаропрочность, жаростойкость, стойкость к теплосмснам, техноло - 1 ичностъ при обработке. Невысокая пластичность большинства этих материалов допускает формообразование их только с нагревом. Для получения качественных сварных соединений требуется сложная технология сварки. Жаропрочность сварных соединений этих спла­вов составляет 80—90% от жаропрочности основного металла.

При сварке высоколегированных сталей и сплавов трудно обес­печить стойкость металла шва и металла в зоне термического влияния к образованию трещин, коррозионную стойкость сварного соединения, сохранить свойства металла шва и сварного соединения но времени под действием напряжений и при высоких температурах, получение плотных швов.

Технологические особенности сварки высоколегированных ста­лей обусловлены их физическими свойствами. Пониженная тепло­проводность и большое электрическое сопротивление (примерно в 5 риз больше, чем у углеродистых сталей) способствуют большей скорости плавления металла, большей глубине проплавления и коэффициенту наплавки. Пониженная теплопроводность и боль­шой коэффициент линейного расширения обусловливают усплс - нное коробление конструкций при сварке. Поэтому лри дуговых процессах сварку производят на режимах с меньшими значениями силы тока и погонной энергии, при меньших вылетах электрода и большей скорости его подачи по сравнению со сваркой углерода стых сталей.

Одной из основных задач технолога и дуговой сварки высоко­легированных сталей и сплавов является обеспечение равномерно сти химического состава по длине шва и его сечению, что достигается при строгом сохранении постоянства условий сварки. При механизированных способах легче обеспечить постоянство сварочного режима и стабильность состава, структуры и свойств металла шва. Поэтому при изготовлении конструкций из высоко­легированных сталей и сплавов необходимо стремиться к макси­мальной механизации сварочных процессов.

Для предотвращения угара легирующих элементов и защиты от взаимодействия с воздухом предъявляются дополнительные требо­вания — сварка в инертной среде, применение безокислитсльных покрытий и флюсов, сварка короткими дугами, лучшие результаты обеспечивает автоматическая сварка. Для сварки высоколегирован­ных сталей и сплавов используют ручную дуговую сварку покры­тыми электродами, ручную, механизированную и автоматическую сварку в защитных газах, сварку под флюсом, элсктрошлаковую.

Сварку покрытыми электродами выполняют на пониженных по сравнению со сваркой углеродистых сталей токах /св = (15 э - 35)cf, на постоянном токе обратной полярности, ниточными швами бе поперечных колебаний, короткой дутой. Используют ЭЛеКТ|ЮДЫ I основным покрытием со стержнем из проволоки, соответствующей марке свариваемой стали с учетом показателя сваринаемости и эксплуатационных любований. Например, при сварке хромонике­левой стали 12Х18Н10Т для предотвращения образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии используют электроды типа Э-04Х20Н9 (марка ЦЛ-11) или Э-02Х19Н9Б (ОЗЛ-7), обеспечива­ющие в шве аустенитно-ферритную структуру (2,5—7% феррита)

Сварку под флюсом используют для соединения толщиной 3—50 мм. По сравнению со сваркой углеродистых сталей для высоколегированных сталей в 1,5—2 раза уменьшается вылет элем трода, применяют электроды диаметром 2—3 мм, сварка много­слойная, на постоянном токе обратной полярности с использованием безокисдательных флюсов (АНФ-14, АН-26 и д.). Серьезным преимуществом сварки под флюсом по сравнению с ручной наряду с повышением производительности и качества соединений является снижение затрат, связанных с разделкой кро­мок.

Сварку в защитных газах проводят в инертных газах нсплави - щимся и плавящимся электродами непрерывно горящей и импуль­сной дугами. Аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом используют для деталей толщин менее 7 мм и для сварки корне­вого шва. Сварку плавящимся электродом выполняют в аргоне, а также в смесях аргона с гелием, применяют и смеси аргона с кислородом и углекислым газом. Сварку плавящимся электродом выполняют на силе тока, обеспечивающей струйный перенос ме­талла электрода.