Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов
калки и возможности получения весьма благоприятного сочетания механи ческих свойств — одновременно высоких значений прочности, пластичности и ударной вязкости. Ферритообразующие элементы (Mo, W, V, Nb) вводят для повышения жаропрочности сталей. Если обычные 12 %-ные хромистые стали имеют достаточно высокие механические свойства при температурах до 500 °С, то сложнолегированные на этой основе стали обладают высокими характеристиками до 650 °С и используются для изготовления рабочих и направляющих лопаток, дисков паровых турбин и газотурбинных установок различного назначения (табл. 13.2).
13.1.2. Структура сталей, легированных хромом
Железо образует |
с хромом |
непрерывный ряд сь(6)-твердых растворов |
||
с объемноцентрированной кубической |
решеткой |
(рис. 13.1). У сплавов с вы |
||
соким содержанием |
железа |
имеется |
замкнутая |
область у-твердых раство- |
|
|
0 |
5 |
10 Сг,% |
Рис. 13.1. Структурная диаграмма же- |
Рис. 13.2. Влияние хрома на положе- |
|||
лезо — хром |
|
ние критических точек фазовых пре |
||
|
|
вращений в сплавах с железом |
||
ров. На диаграмме Fe — Сг |
область |
у ограничена справа двумя линиями, |
||
замыкающими гетерогенный |
участок |
а»(6)+у. Хром |
|
оказывает сильное |
влияние на положение критических точек, отмечающих у-мх-превращение. Вначале увеличение содержания хрома приводит к понижению точки Лз. При концентрации до 8 % хром может быть отнесен к элементам, способ
ствующим устойчивости аустенита и расширению |
его температурной |
об |
ласти (рис. 13.2). Большие концентрации хрома |
повышают точку |
Лз. |
У сплавов с у-мх-превращением легирование хромом значительно снижает также критические скорости охлаждения. В результате этого при низком
содержании углерода легирование |
до |
12 % Сг приводит |
к формированию |
|||
в стали однофазной |
мартенситной |
структуры даже |
при |
весьма |
замедлен |
|
ном охлаждении от |
800 °С, например |
со скоростью |
менее |
I °С/с. |
|
|
При содержании хрома более 12 % в процессе нагрева у сплавов не возможно полное превращение а->-у. В соответствии с образующейся после
охлаждения |
структурой |
такие |
сплавы |
относят к |
мартенсисно-ферритному |
|
или ферритномУ классу. |
|
|
|
|
||
Связывая |
углерод в карбиды, ферритообразующие элементы способствуют |
|||||
в процессе охлаждения формированию в структуре |
II— 12 %-ных хромистых |
|||||
сталей |
наряду с мартенситом |
некоторого количества 6-феррита. В связи |
||||
с этим |
рассматриваемые |
в этом |
разделе |
некоторые |
марки высоколегирован- |
|
МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
% (по массе) |
|
|
|
|
р |
Сг |
|
Ni |
Мо |
Y |
|
прочие |
<0,030 |
10.0— |
11,5 |
|
0,6-0,8 |
0,25—0,40 |
W |
0,7—1,1 |
<0,030 |
11.0— |
13,0-0,4—0,8 |
0,5-0,7 |
0,15—0,30 |
|||
<0,030 |
10.0— |
11,5 |
0,5—1,0 |
0,8—1,1 |
0,20—0,40 |
Nb 0,20—0,45 |
|
<0,030 |
10,5—12,0 |
1,50—1,80 |
0,35—0,50 |
0,18—0,30 |
W |
1,60—2,00 |
|
<0,025 |
10.0— |
12,0 |
0,60 |
0i60—0,90 |
0,15—0,30 |
W |
1,70—2,20 |
<0,025 |
12.0— |
13,5 |
2,8—3,2 |
0,8—1,1 |
|
Си |
0,8—1,0 |
<0,025 |
12.0— |
13,5 2,80—3,20 |
|
|
Си 0,80—1,10 |
||
Для высокохромистых сталей температура начала мартен ситного превращения не превышает 360 °С, а окончания 240 °С. С увеличением содержания углерода точки Тм.„ и Тм.к еще бо лее понижаются, что приводит к возрастанию твердости мартен сита и его хрупкости. Учитывая это, а также необходимость обеспечения сварным соединениям высокой пластичности и
|
|
|
|
|
ТАБЛИЦА 13.2 |
|
НАЗНАЧЕНИЕ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ |
||||||
|
|
|
|
|
|
Максималь |
Сталь, марка |
Примеры использования |
ная темпе |
||||
ратура эк |
||||||
|
|
|
|
|
|
сплуатации, |
|
|
|
|
|
|
0 С |
15ХПМФ, 15X11МФ-Ш, |
Корпуса цилиндров паровых и |
550-580 |
||||
15Х12ВНМФ, 15Х12ВНМФ-Ш, |
газовых турбин, горячие опоры |
500 |
||||
18Х11МНФБ-Ш, |
каркасов, рабочие и |
направ |
|
|||
13Х11Н2В2МФ, |
ляющие лопатки |
и бандажные |
|
|||
13Х11Н2В2МФ-Ш |
ленты |
диафрагм, |
диски и р о -' |
|
||
|
торы газовых турбин и ком |
|
||||
|
прессоров [6, |
7] |
|
|
|
|
12Х11В2МФ |
Поверхности |
нагрева |
котлов, |
550 |
||
|
трубопроводы |
|
|
|
|
|
10Х12НД |
Ободы диафрагм |
паровых тур |
350 |
|||
|
бин [6], детали рабочих колес |
|
||||
|
гидротурбин |
|
|
|
|
|
06Х12НЗД |
Ободы и другие Детали диа |
350 |
||||
06Х12НЗД |
фрагм |
паровых турбин |
[6] |
350 |
||
Детали |
рабочих |
колес |
гидро |
|||
06Х12НЗД |
турбин |
|
|
|
|
|
Корпуса главных циркуляцион |
350 |
|||||
|
ных насосов АЭС |
|
|
|
||
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКО ХРОМИСТЫХ МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ
|
«0.2. |
°в. |
\ . К |
У. % |
к с и , |
Сталь, марка |
МПа |
МПа |
|
МДж/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
не менее |
|
|
15Х11МФ |
490 |
690 |
15 |
55 |
0,6 |
15Х12ВНМФ |
590 |
740 |
15 |
45 |
0,6 |
18Х11МНФБ |
590—735 |
740 |
15 |
50 |
0,6 |
13Х11Н2В2МФ |
735 |
880 |
15 |
55 |
0,9 |
12X11В2МФ |
392 |
588 |
18 |
— |
— |
10Х12НД |
500 |
650 |
14 |
30 |
0,3 |
06X12НЗД |
500—700 |
700 |
14 |
30 |
0,5 |
ударной вязкости для. безопасной эксплуатации ответственных энергетических установок, содержание углерода в хромистых мартенситных сталях ограничивают до 0,20 %.
13.2.2. Выбор теплового режима сварки
Предотвращение образования холодных трещин является од ной из задач при сварке И —12 %-ных хромистых сталей. В связи с этим применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200—450 °С. Температура подогрева тем выше, чем
|
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА СВАРКИ |
ТАБЛИЦА 13.4 |
||||
|
|
|||||
|
МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ |
|
|
|||
Сталь марка |
т, °с, |
Время пролежи- |
Термическая обработка |
|||
подогрева, |
вания до терми |
|||||
|
|
ческой обработки, |
ч |
|
|
|
15ХЫМФ, |
300 |
Не |
допускается |
Отпуск при 700—720 °С (без ох |
||
15Х12ВНМФ, |
|
|
|
лаждения |
ниже |
температуры |
18Х11МНФБ, |
|
|
|
подогрева). При толщине более |
||
13X11Н2В2МФ |
|
|
|
30 мм перед термообработкой |
||
|
|
|
|
рекомендуется |
«подстужива- |
|
|
|
|
|
ние» до 100 °С |
|
|
12Х11В2МФ |
250—300 |
|
72 |
Отпуск при 715—745 °С (пред |
||
|
|
|
|
варительный, и |
735—765 X |
|
|
>100 |
|
|
(окончательный) |
|
|
10Х12НД |
Не |
допускается |
Отпуск при 650 °С (с предвари |
|||
|
>200 |
|
|
тельным |
«подстуживанием») |
|
06Х12НЗД |
|
То же |
Отпуск при 610—630 °С (пред |
|||
|
|
|
|
варительный) и |
625—650 °С |
|
|
|
|
|
(окончательный) |
|
|
выше склонность стали к закалке. В то же время температура подогрева не должна быть чрезмерно высокой, так как это мо жет привести к отпускной хрупкости вследствие снижения ско-
- Кфх(%ъ+ % N ) + % Г1+4*%k\+о 4*%Ti + 1,5*%V+0,5*%W+0,9* % N D -0,6» %С0-
рнс. 1Э.З. Структурная диаграмма низкоуглероднстых нержавеющих сталей, предложенная Я. М. Потаком и Е. А. Сагалевич