§ 10-и. Особенности сварки высоколегированных сталей и сплавов различных групп

Сварка хромистых сталей связана с некоторыми специфическими особенностями. Находят применение хромистые стали следующих типов: 1) 5-8%-ные мартенситные (Х5М, 1Х8ВФ и др.) и 5-8%-ные мартенситно-ферритные (Х6СЮ и др.) жаропрочные и коррозионностойкие; 2) 8-10%-ные силь-хромы мартенситного класса (4Х10С2М, 4Х9С2 и др.); 3) И- 12%-ные мартенситные (1Х12Н2ВМФ и др.) и мартенситно-ферритные (1Х11МФ, 1Х12В2МФ и др.) жаропрочные; 4) 13-, 17-, 25- и 28%-ные мартенситные (2X13, 1Х17Н2 и др.), мартенситно-ферритные (1X13 и др.) и ферритные (0X13, Х17, 0Х17Т, Х25Т, Х28 и др.) жаропрочные, коррозионностойкие и жаростойкие.

Хромистые стали сваривают по двум технологическим вариантам: с применением присадочных материалов такого же или сходного с основным металлом химического состава; с использованием присадочных материалов аустенитного или аустенитно-ферритного классов. В первом случае сварное соединение отличается структурной однородностью и высокой прочностью после соответствующей термообработки. Во втором случае соединение отличается структурной неоднородностью, усугубляемой диффузионными процессами, происходящими при эксплуатации изделий в области повышенных температур. При этом равнопрочность сварных соединений, как правило, не достигается.

Все хромистые стали сваривают с подогревом. Однако в отдельных случаях можно отказаться от подогрева. Так, низкоуглеродистые ферритные и даже мартенситные стали толщиной до 8-10 мм удается сваривать без подогрева. Иногда можно обойтись без подогрева при использовании аустенитных и аустенитно-ферритных электродов. Не требуется также подогрев при электрошлаковой сварке. Чем больше толщина свариваемой стали и чем выше степень ее легирования, особенно углеродом, тем выше должна быть температура подогрева. Низкоуглеродистые хромистые ферритные стали толщиной более 10 мм желательно сваривать с подогревом до температуры 150-180° С, жаропрочные И-12%-ные мартенситные-с подогревом не ниже, чем до температуры 250-300° С.

Если сварку производят электродами или проволокой с образованием в шве мартенситной или мартенситно-ферритной структуры, изделие во избежание образования в шве и околошовной зоне холодных трещин незамедлительно после сварки следует подвергать высокому отпуску при температуре 750-800° С (для хромистых 5%-ных сталей при 840-860° С).

При сварке ферритными швами, когда появление мартенсита в металле шва исключено, и при использовании аустенитных электродов отпуск с целью повышения пластичности сварного

соединения можно производить ие сразу после сварки. По этим причинам сварка аустенитными электродами нашла широкое применение, особенно в монтажных условиях.

Оптимальные механические свойства жаропрочных 5-6- и И-13%-ный хромистых сталей и их сварные соединения получают только после двойной термообработки: закалки или нормализации с последующим отпуском. Длительный нагрев хромистых сталей и сварных швов с содержанием более 15% Сг в интервале температур 400-550° С сообщает им так называаемую 475-градусную отпускную хрупкость, а в интервале температур 650- 800° С в них образуется 0-фаза.

При сварке ферритных хромистых сталей (Х17, Х25Т, Х28 и др.) в результате нагрева металла до высоких температур наблюдается интенсивный рост зерна в околошовной зоне, сопровождающийся потерей пластичности металла.

Хромистые ферритные стали, подобно хромоникелевым аустенитным, подвержены межкристаллитной коррозии в околошовной зоне. Отпуск при температуре 730-780° С возвращает стали стойкость против межкристаллитной коррозии. Одновременно повышается пластичность металла в околошовной зоне, вызванная его перегревом при сварке.

Для предупреждения склонности хромистых сталей к межкристаллитной коррозии их легируют титаном и снижают в них содержание углерода (0Х17Т, 0Х17М2Т).

Сварка хромоникелевых аустенитных сталей и сплавов. Хромоникелевые аустенитные стали сваривают в основном двухфазными аустепитно-ферритными швами, аустенитные сплавы и некоторые аустенитные жаропрочные стали типа 14-14, 15-25 и коррозионностойкие стали типа 23-28 - аустенитными швами.

Аустенитные стали и сплавы сваривают в гомогенизированном (отожженном) состоянии, жаропрочные стали и сплавы - иногда и в упрочненном (состаренном) состоянии.

Для предупреждения образования холодных трещин в этом случае прибегают к некоторым технологическим приемам: подогреву, применению более пластичного, чем основной металл, шва и др.

Сварка аустенитно-мартенситных сталей. Стали этого типа обладают двухфазным строением и свариваются, как правило, двухфазными аустепитно-ферритными швами. Поэтому появления кристаллизационных трещин при сварке таких сталей можно не опасаться. Главная трудность заключается в сохранении в металле шва алюминия, титана и бора, требующихся для его дисперсионного упрочнения. Если упрочнение достигается за счет молибдена или ниобия, свдрка указанных сталей заметно упрощается.

Стали этого класса также рекомендуется сваривать в гомогенизированном состоянии. Для получения оптимальных свойств соединения после сварки подвергают многоступенчатой термо-

8-20

Рис. 10-36. Последовательность {1-3) сварки двухслойной стали с разделительным слоем:

а - подготовка кромок под сварку; 6 - сварка основного металла; в - сварка облицовочного металла

обработке - закалке и старению при положительных и отрицательных температурах.

Сварка аустенитно-ферритных сталей. Аустенитно-ферритные стали, содержащие менее 8% Ni (0Х21Н6М2Т и др.), и стали типа 13-13 (0Х20Н14С2) и другие при расплавлении образуют двухфазный аустенитно-ферритный металл. Поэтому при их сварке кристаллизационные трещины не образуются ни в шве, ни в околошовной зоне. При сварке отливок крупного сечения и толстого катаного металла иногда требуется подогрев до температуры 100-150° С во избежание трещин, обусловленных пониженной пластичностью стали.

Сварка двухслойных сталей. Двухслойные стали широко применяются в качестве коррозионностойких в химическом и нефтехимическом производстве. Для облицовочного слоя двухслойных сталей применяют аустенитные стали Х18Н10Т, Х18Н12Т, Х17Н13М2Т, Х23Н28МЗДЗТ и другие и хромистые типа 0X13. Основной слой изготовляют из обычных углеродистых сталей

Таблица 10-31

Сварочная проволока, применяемая для сварки двухслойных сталей с высоколегированным коррозионностойким облицовочным слоем из сталей типа 18-8, 18-10, 18-12 (Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, Х18Н12Т, 0Х18Н12Т, 0Х18Н12Б и т. п )