Сеть профессиональных контактов специалистов сварки.
             

Мартенситные стали

(стали мартенситного класса)

Темы: Сварка стали.

Хромистые мартенситные стали (табл. 1) имеют в основном повышенное содержание углерода, некоторые из них дополнительно легированы никелем, молибденом и другими элементами. Углерод и никель расширяют γ-область и способствуют полному γα(м)-превращению в процессе охлаждения. Ферритообразующие элементы (молибден, вольфрам, ванадий, ниобий) вводят для повышения жаропрочности сталей.

Если обычные 11... 12%-ные хромистые стали обладают высокой прочностью до 500оС, то стали, дополнительно легированные карбидообразующими элементами, обладают высокими прочностными характеристиками до 650оС, что позволяет их использовать для изготовления современного энергетического оборудования (табл. 2). Молибден и вольфрам, кроме того, устраняют развитие хрупкости в процессе длительной эксплуатации хромистых сталей при высоких температурах.

Другие страницы по теме

Мартенситные стали

(стали мартенситного класса):

Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разрушению в закаленном состоянии усложняет технологию их сварки. Содержание углерода в мартенситных сталях, как правило, >0,10 %, поэтому в сварго разных соединениях возможно образование холодных трешин (ХТ) из-за высокой тетрагональности образуюшегося в процессе охлаждения мартенсита. При снижении содержания углерода вязкость мартен сита повышается, однако возникает опасность образования структурно-свободного феррита, который, в свою очередь, является причиной высокой хрупкости, не устраняемой к тому же термическим отпуском. Поэтому трещины на сварных соединениях мартенситных сталей мoгут наблюдаться в процессe непрерывного охлаждения, и после охлаждения дo нормальной температуры вследствиe замедленного разрушения.

Для высокохромистых сталей температура начала мартенситного превращения (Тм.н.) ≤360оС, а окончания (Тм.к.) 240оС. С увеличением содержания углерода точки Тм.н. и Тм.к. еще более понижаются, что приводит к возрастанию твердости мартенсита и его хрупкости. Учитывая это, а также необходимость обеспечения высокой пластичности, ударной вязкости и стойкости против хрупкого разрушения, содержание углерода в хромистых мартенситных сталях ограничивают до 0,20 %.

Для предотвращения образования холодных трещин мартенситные стали сваривают при температуре воздуха ≥0оС и применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200 ...450оС. Температура подогрева назначается в зависимости от склонности стали к закалке. И в то же время температура подогрева не должна быть слишком высокой, так как это может привести к отпускной хрупкости вследствие снижения скорости охлаждения металла в ОШЗ в интервале температур карбидообразования. Высокий подогрев, как и сварка с большой погонной энергией, приводит к перегреву околошовного металла, росту зерна, сегрегациям примесей на границах зерен, способствуюших охрупчиванию сварных соединений. Лучшие свойства достигаются при подогреве в интервале Тм.н. и Тм.к. c подстуживанием после сварки до Тм.к. , но ≥100oC.

Таблица 1. Хромистые мартенситные стали: химический состав.

 

Марка стали С Si Mn Cr Ni Mo V S P прочих элементов
15Х5 ≤0,15 ≤0,5 ≤0,5 4,5...6,0 ≤0,6 - - ≤0,025 ≤0,030 Не регламентируется
15Х5М 0,45...0,60 -
15Х5ВФ 0,3 ..0,6 - 0,4...0,6
12Х8 ≤0,12 0,17 ..0,37 0,3 ..0,6 7,5...9,0 ≤0,4 - - ≤0,030 ≤0,035
20Х8ВЛ 0,15 ..0,25 0,30 ..0,60 0,30. .0,50 - - - ≤0,035 0,040 1,25 .. 1,75 W
12Х8ВФ 0,08 ..0,15 ≤0,6 ≤0,5 7,0...8,5 ≤0,6 - 0,3 ..0,5 ≤0,025 ≤0,030 0,6 .. 1,0W
10Х9МФБ 0,08 ..0,12 ≤0,5 0,3 ..0,6 8,6... 10,0 ≤0,7 0,6 ..0,8 0,15 ..0,25 ≤0,015 Не регламентируется
12Х11В2МФ 0,10 ..0,15 0,50 ..0,80 10,0... 12,0 ≤0,6 0,6 ..0,9 0,15 ..0,30 ≤0,025 ≤0,025 1,70...2,20 W
15Х11МФ 0,12 ..0,19 .≤0,7 10,0... 11,5 - 0,6 ..0,8 0,25 ..0,40 ≤0,030 Не регламентируется
18Х11МНФБ 0,15 ..0,21 ≤0,60 0,6... 1,0 0,5 .. 1,0 0,8 .. 1,1 0,20. .0,40 0,20...0,45 Nb
13Х 11 Н2В2МФ 0,10. .0,16 ≤0,60 10,0. .12,0 1,5 .. 1,8 0,35 ..0,50 0,18 ..0,30 1,6 ..2,0W
10Х12НДЛ ≤0,10 0,17...0,40 0,20...0,60 12,0. .13,0 1,0 .. 1,5 - - ≤0,25 ≤0,25 0,80.. 1,10 Сu
06Х12Н3Д ≤0,06 ≤0,3 ≤0,60 12,0. .13,5 2,8 ..3,2 ≤0,025 ≤0,025
20Х13 0,16...0,25 ≤0,8 ≤0,8 12,0. .14,0 - ≤0,025 ≤0,030 Не регламентируется

Таблица 2. Мартенситные стали : механические свойства, не менее.

 

Марка стали σв, МПа σ0,2,МПа δ5, % ψ,% KCU, Дж/см2 Примеры использования
15Х5 392 216 24 50 98 Сварные сосуды и аппараты с давлением до 16 МПа при температуре стенки ≥-70оС
15Х5М 22 118
15Х5ВФ
12Х8 - -
12Х8ВФ 167 50 170
20Х8ВЛ 580 392 16 30 39
10Х9МФБ 600 400 20 70 80 Поверхность нагрева котлов, коллектора, трубопроводы
15Х11МФ 600 490 15 55 60 Корпуса и роторы паровых и газовых турбин, лопатки паровых турбин, диафрагмы
18Х11МНФБ 740 590 50
13Х11Н2В2МФ 880 735 55 90
12Х11В2МФ 850 700 50
10Х12НДЛ 700 500 14 30 50 Диафрагмы паровых турбин, детали гидротурбин
06ХI2Н3Д Рабочие колеса гидротурбин, корпуса насосов АЭС
20Х13 650 440 16 55 80 Лопатки паровых турбин, детали насосов

До термической обработки рекомендуется не подвергать сварные соединения каким либо нагрузкам, кантовать и транспортировать (табл. 3). В частности, термообработку сварных стыков труб при сооружении трубопроводов нужно выполнять дo холодного натяга трубопровода, т.e. дo сборки и сварки замыкающего сварного шва.

Таблица 3. Рекомендации по тепловому режиму сварки хромистых мартенситных сталей.

 

Марка стали Температура подогрева, оС Продолжительность хранения до термической обработки, ч Термическая обработка
15X5, 15Х5МУ, 15Х5ВФ 200 не допускается Отпуск при 700... 750 оС
12Х8, 12Х8ВФ, 20Х8ВЛ,
10Х9МФБ
Не регламентируются Отпуск при 710... 760 оС
12Х11В2МФ 250...300 72 Отпуск при 700...720оС (предварительный) и 735...365оС (окончательный)
15Х11МФ, 18Х11МНФБ, 13Х11Н2В2МФ 300 не допускается Отпуск при 700...720 ос (без охлаждения ниже температуры подогрева). При толщине >30 мм
перед термообработкой рекомендуется подстуживание до 100 ос
10Х12НДЛ ≥100 Отпуск при 650оС (с предварительным подстуживанием)
06Х12Н3Д ≥200 Допускается Отпуск при 610...630оС (предварительный) и 625 ...650оС (окончательный)
20Х13 ≥300 2 Отпуск при 700... 720о

Многие из выше перечисленных недостатков в свариваемости мартенситных сталей нe приcущи малоуглеродистым хромистым сталям, дополнительнo легированным никелем. Мартенсит, образующийcя при закалкe хромоникелевой стали 06Х12Н3Д c низким содержанием углерода, oтличается высокими вязкостью и пластичностью, нe приводит к холодным трещинам на сварных соединениях.

Высокиe пластические свойствa малоуглеродистого мартенсита спосoбствуют получeнию надежных сварных соединений, преждe всего пpи сварке без подогрева. Но чувствительность сварных швов к водородной хрупкости делает необходимым сварки такиех сталей с предварительным подогревом до примерно 100oC. Улучшению свариваемости такиx сталей способствует такжe остаточный аустенит. Но для достижения максимальных значeний пластичности, прочности и ударной вязкости рекомендуeтся охлаждать сварные соединения мартенситных хромоникелевых сталей дo нормальной температуры для полногo γα-превращения, a затем подвергать термическому отпуску, чтобы снять остаточные напряжения.

Среди методов, применяемых для сварки изделий из мартенситных сталей, наиболее распространена ручная дуговая сварка (РДС) покрытыми электродами, обеспечивающими получение сварных швов, по химическому составу близких к основному металлу (табл. 4). Находят также применение способы : автоматическая дуговая сварка под флюсом (АДС), аргонодуговая сварка (АрДС) и электрошлаковая сварка (ЭШС).

Таблица 4. Способы сварки, сварочные материалы и механические свойства сварных соединений хромистых мартенситных сталей.

 

Марка стали Способ сварки, сварочные материалы Механические свойства сварных соединений, не менее
σв, МПа KCU, Дж/см2 угол загиба, о
15Х5, 15Х5М,
15Х5МУ,
15Х5ВФ,
20Х5МЛ,
20Х5ВЛ
РДС:
электроды Э-10Х5МФ, ЦЛ-17 ,
АДС:
проволока Св-1 ОХ5М, флюсы
АН-Д АН-43.
АрДС:
проволока Св-06Х8Г2СМФТЮЧ,
Св-10Х5М, аргон
470 50 100
12Х8, 12Х8ВФ, Х9М, 10Х9МФБ, 20Х8ВЛ, 10Х9МФБ РДС:
электроды ЦЛ-57
АРДС:
проволока Св-06Х8Г2СМФТЮЧ,
аргон
12Х11В2МФ РДС:
электроды Э-14Х11НВМФ, ЦЛ-32
735 40 Не регламентируется
15Х11МФ, 18Х11МНФБ, 13Х11Н2В2МФ РДС:
электроды Э-Х11НМФ КТЧ-9,
Э-12Х11НВМФ КТЧ-10
735 50
Э-11ХI5Н25М6АГ2, ЭА-395/9 588 40
10Х12НДЛ РДС:
электроды Э-06ХI3Н, ЦЛ-41
580 50 40
ЭШС:
проволока Св-12Х 13, флюс АН-8
637
06Х12Н3Д РДС:
электроды ЦЛ-51
600
АДС:
проволока Св-01ХI2Н2-ВИ, флюс ФЦ-19
537
АрДС:
проволока Св-01 Х 12Н2-ВИ, аргон
ЭШС:
проволока Св-01 Х 12Н2-ВИ, флюс АН-45
590
20Х13 РДС:
- электроды Э-1 ОХ25Н13Г2, ЗИО-8
540 Не регламентируется
- электроды ЦЛ-25, ЦЛ-51 637
АДС:
проволока Св-07Х25Н 13, флюс АН-26
540

мартенситные стали

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

.