Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

обработку давлением и пластического деформирования заготовки выбирают такими, чтобы получить в ней высокодисперсные рекристаллизованные зерна аустенита. При дальнейшем охлаждении металла из аустенитного со­ стояния образуются многочисленные зародыши a -фазы, а дисперсные кар­ биды препятствуют росту ферритных кристаллов. Ферритные зерна полигонизуются и упрочняются в результате выделения сверхмелких карбонитридов.

Таким образом, в сталях, применяемых в ТМО состоянии, карбо- и нитридообразующие элементы играют существенную роль в их упрочнении.

9.3.2. Термообработка из межкритического интервала температур

Одним из Методом термообработки микролегированных сталей, обеспечива­ ющих повышение их прочности и пластичности, является термообработка из межкритического интервала температур. В результате проведения такой термообработки получают так называемые двухфазные феррито-мартенсит­ ные стали. В действительности структура таких сталей более разнообразна и включает в себя также бейнит, остаточный аустенит и феррит двух типов: исходный (старый), существовавший ранее, и эпитаксиальный (новый), об­ разующийся при охлаждении из межкритического интервала (МКИ) темпе­ ратур. Причем мартенсит может быть двух морфологических разновидно­ стей— высокоуглеродистый игольчатый и низкоуглеродистый пакетный. Фа­ зовый состав стали, как и уровень механических свойств, зависит как от

в результате охлаждения из межкритической области температур в струк­ туре стали образуется 10—20 % мартенсита и бейнита. Наиболее эффективно применение такой термообработки для низколегированных сталей с содер­ жанием С от 0,06 до 0,13 %, около 1,3 % Мп и 0,25— 1,55 % Si. Для подав­ ления процесса образования перлита при у-ия-превращении осуществляют легирование сталей Mo, Сг, V

При закалке в воде из межкритического интервала температур проч­ ностные показатели сталей возрастают с увеличением максимальной тем­ пературы нагрева в диапазоне Асх—Лс3, а пластичность снижается, так как при этом весь образовавшийся аустенит превращается в мартенсит. При

пониженных скоростях охлаждения, когда аустенит распадается по диффу­ зионному механизму, механические свойства практически не зависят от тем­ пературы нагрева в диапазоне Асх—Лс3.

Как правило, для получения феррито-мартенситной структуры и реали­

тем в работе [2] показано, что в низколегированных кремнемарганцовистых сталях с 1,8—2,3 % Мп эффект упрочнения достигается при пониженных скоростях охлаждения, не превышающих 0,04 °С/с. На этой основе разра­ ботан ряд марок сталей (09Г2СЮЧ, 09ХГ2СЮЧ, 10ХГ2МЧ) для производ­ ства сварных сосудов, работающих под давлением, которые после охлажде­ ния из МКИ температур на воздухе имеют (Тт= 540—900 МПа и о в = 720— 1120 МПа.

9.4. Свариваемость сталей

Микролегированные стали с содержанием углерода ^0,1 % об­ ладают благоприятной свариваемостью. Свойства сварных со­ единений при сварке на погонной энергии до 50 кДж/см, как правило, удовлетворяют предъявляемым требованиям. Однако в последние годы возрастает потребность в сталях, допускаю­ щих возможность их сварки на повышенных погонных энергиях, достигающих 50—100 кДж/см. С увеличением погонной энер­ гии сварки более 100 кДж/см ударная вязкость металла в зоне термического влияния снижается из-за роста зерна аустенита, образования смеси структур верхнего бейнита, игольчатого фер­ рита и высокоуглеродистого мартенсита.

9.4.1. Влияние легирующих элементов

Благоприятное влияние на ударную вязкость металла шва и зоны термического влияния оказывают следующие факторы: снижение содержания С и N для повышения вязкости матрицы; легирование Ti, образующим трудцорастворимые при нагреве нитриды TiN и препятствующие росту зерна аустенита; микро­ легирование В с целью повышения дисперсности ферритной со­ ставляющей структуры.

Свариваемость микролегированных сталей в значительной степени зависит не только от легирующих и микролегирующих элементов, но и от содержания примесных элементов. В осо­ бенности это относится к S, которая повышает склонность со­ единений к образованию горячих и слоистых трещин [3]. Отме­ ченное является следствием не только «раскатывания» суль­ фидных включений при прокатке, но и изменения их состава и физических свойств.

9.4.2. Выбор тепловых режимов сварки

Увеличение погонной энергии сварки сопровождается увеличе­ нием количества доэвтектоидного феррита и интенсивным сни­ жением ударной вязкости металла околошовного участка зоны термического влияния сварных соединений. Например, в свар­ ных соединениях стали 09Г2ФБ, выполненных дуговой сваркой

0,45 МДж/м2. По соображениям обеспечения требуемого уровня

уровнем 4,6 °С/с, а для стали 12ГН2МФАЮ — уровнем 6 °С/с

[4].

Применительно к условиям электрошлаковой сварки тер­ моупрочненной стали 10Г2ФР без последующего отпуска зна­ чения /(С£/_40^ 0 ,3 МДж/м2 металла околошовного участка ЗТВ достигаются при до=10—30 °С/с, а в условиях ЭШС с после­ дующим отпуском при 670 °С — когда w ^ 3 °С/с.

9.5. Особенности технологии сварки

При ручной дуговой сварке корневого слоя шва неповоротных стыков термоупрочненных труб из микролегированных сталей

суровнем прочности 600 МПа применяют электроды типа Э-50

сцеллюлозным покрытием марок ВСЦ-4 или ВСЦ-4А. Для сварки заполняющих слоев шва неповоротных стыков исполь­ зуют электроды типа Э-60 и Э-70 с покрытием основного типа марок ВСФ-65 и ВСФ-75.

Микролегированные стали с пониженным содержанием С и углеродного эквивалента допускают возможность сварки без подогрева до больших толщин проката, чем обычные низколе­ гированные стали соответствующей категории прочности. Од­ нако при сварке корневых швов в ряде случаев подогрев обя­ зателен с целью предотвращения возможности образования хо­ лодных трещин. Температуру подогрева выбирают с учетом степени легированности стали, оцниваемой по величине Сэкв, толщины стенки свариваемой конструкции, температуры окру­ жающего воздуха и типа покрытия электрода, где

Сэкв = С + Мп/6 + (Сг + Mo + V + T i)/5 + (N1 + Cu)/15.

Для электродов с основным покрытием при сварке труб из стали с <7в = 550-^600 МПа приняты следующие условия выпол­ нения подогрева.

Если Сэкв= 0,374-0,41 %, то подогрев до 100 °С назначают при толщине стенки от 15 до 20 мм и температуре окружаю­ щего воздуха от 0 до —35 °С. При большей толщине стенки по­ догрев до данной температуры выполняют независимо от тем­ пературы окружающего воздуха.

Если Сэкв= 0,42-7-0,46 %, то подогрев до 100 °С назначают при толщине стенки от 12 до 16 мм и температуре окружаю­ щего воздуха от +10 до —35 °С. При большей толщине стенки подогрев до данной температуры выполняют независимо от температуры окружающего воздуха.

щего воздуха от 0 до —20 °С. При толщине стенки от 12 до 18

и от 18 до 26 мм подогрев до температур соответственно 100 и 150 °С назначают независимо от температуры окружающего воздуха.

Дуговую сварку под флюсом поворотных стыков труб из микролегированных сталей с ов = 550^-600 МПа осуществляют с применением сварочных проволок Св-08ХМ, Св-08МХ в соче­ тании с флюсами АН-348А, АН-348АМ, АН-47.

Необходимый уровень свойств сварных соединений сталей 16Г2Ф и 12ГН2МФАЮ при соблюдении требований по ограни­ чению погонной энергии достигается при дуговой сварке под флюсом с применением проволоки Св-ЮНМА и флюса АН-17М.

При дуговой сварке под флюсом стали 09Г2ФБ применяют проволоку Св-08ГНМ и флюс АН-60.

Исходя из условия обеспечения необходимых вязкопласти­ ческих свойств и равнопрочности сварных соединений термо­ упрочненных сталей, сварку эффективно осуществлять с регу­ лированием термических циклов.

Для электрошлаковой сварки с РТЦ термоупрочненной стали 12ГН2МФАЮ толщиной 40 мм при этом используют сва­ рочную проволоку 2Св-10Г2СМА и флюс АН-8. Режимы сварки: /св = 800-^850 А; 17 = 50-^51 В; i»3=340-s-360 м/ч; v = = 3,0 м/ч [5].

При РТЦ (регулируемый термический цикл) посредством принудительного сопутствующего охлаждения достигается ин­ тенсивность охлаждения металла шва и ЗТВ ш= 3,5-т-4,0 °С/с и после отпуска при 620—650 °С обеспечивается следующий

циклов термоупрочненной стали 10Г2ФР толщиной 40 мм осу­ ществляется с применением проволоки 4Св-10НМ и флюса АН-8. Термообработка — последующий отпуск при 700 °С. По­ казатели механических свойств соответствуют следующим зна­ чениям: шов — ав^770 МПа; КСи~40^ 1,15 МДж/м2; около­ шовный участок — КСи~*°^0,69 МДж/м2; основной металл — ав5*600 МПа; /(СЦ-405гО,78 МДж/м2.

Значения параметров трещиностойкости металла шва и околошовного участка зоны термического влияния сварных соедине­ ний стали 10Р2ФР находятся при этом выше соответствующих

Раздел 3

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Г л а в а 10. НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ БЕЙНИТНО-МАРТЕНСИТНЫЕ СТАЛИ

(Мусияченко В. Ф., Миходуй Л. И.)

ЮЛ. Состав и свойства сталей

10.1.1. Назначение, производство и основные марки

Высокопрочные стали, предназначенные для сварных конструкций широкого назначения, должны обладать хорошей пластичностью, высокой сопротив­

гированием и термообработкой [1]. Стали выплавляют мартеновским, кисло­ родно-конверторным или индукционным способами. В ряде случаев осу­ ществляется дополнительная обработка жидкого металла синтетическими шлаками, обдувкой аргоном или его электрошлаковый переплав, что позво­ ляет ограничить содержание в стали вредных примесей [2].

Основные марки низкоуглеродистых мартенситно-бейнитных осталей ука­ заны в табл. 10.1: 13ХГМРБ и 14Х2ГМРБ (ТУ-14-1-1156—74), 14Х2ГМ и

12ГНЗМФАЮ ДР-СШ (ТУ -14-1-4145— 86), 12ХГНЗМАФД-СШ (ТУ-14-1-4254— 87) и 14ХГНМ ДАФ БРТ (ТУ-14-1-1478—75).

10.1.2. Механические свойства и структура

Оптимальные механические свойства и высокую сопротивляемость хруп­ кому разрушению при отрицательной температуре они приобретают после

С точки зрения прокаливаемости стали при сравнительно низком содер­ жании С и легирующих элементов эффективны микродобавки В в количе­ стве 0,001— 0,006 %. Это открывает возможности уменьшения содержания легирующих элементов в стали. В сочетании с 0,15—0,5% Мо — В обес­ печивает получение устойчивой против разупрочнения бейнитно-мартенсит- ной структуры металла зоны термического влияния (ЗТВ) в широком диа­

в стали указанных количеств молибдена и бора и при соответствующей

вого проката не превышает 30 мм. Обладая высокими прочностными свой­ ствами и достаточной пластичностью, такие стали уступают сталям типа 14Х2ГМРБ по хладостойкости.