Оценка свариваемости материала (хромоникелевая сталь).

При сварке хромоникелевых сталей могут образовываться технологические трещины в металле шва, околошовной зоне вблизи сплавления и в ЗТВ на некотором расстоянии от шва. Причины появления таких трещин могут быть разными. Одна из причин – отсутствие при охлаждении после сварки фазовой перекристаллизации и сохранение первичных аустенитных зерен во всем интервале температур, начиная от кристаллизации до полного охлаждения.

Другим фактором, определяющим повышенную склонность к образованию, прежде всего, кристаллизационных трещин, может быть повышенная ликвационная загрязненность приграничных областей. В хромоникелевых сталях при высоком содержании основных легирующих элементов при высоких температурах, когда диффузионная подвижность атомов велика, создаются условия для оттеснения примесей (серы и фосфора) в кристаллизующиеся последними приграничные области зерен. Здесь же могут собираться в повышенном количестве атомы других элементов, легирующих сталь в небольших количествах.

Повышенная склонность к ликвации примесей по границам зерен в высоколегированных сталях приводит к тому, что в этих зонах образуются более легкоплавкие прослойки с меньшей прочностью при температурах кристаллизации, когда ранее закристаллизовавшиеся части приобрели достаточную прочность. Под влиянием усадочных напряжений в них возникают надрывы, переходящие в межкристаллитную трещину. В аустенитном металле сварных швов с транскристаллитным строением такая трещина может поразить весь шов, проходя по непрерывной межзеренной границе. В связи с рассмотренным для предотвращения появления кристаллизационных трещин в металле аустенитных швов можно использовать особо чистые по сере и фосфору свариваемые стали и присадочные материалы. Поскольку в процессе сварки нельзя обеспечить снижение содержания фосфора, ибо это достигается окислением, а в стали имеются более легко окисляющиеся элементы, содержание фосфора в свариваемой стали и присадочных материалах ограничивают 0,01% и избегают использования флюсов и электродных покрытий, способных загрязнять металл шва вредными примесями.

Другой мерой предотвращения образования горячих трещин может быть нарушение транскристаллитного строения металла шва. Для этого композицию металла шва выбирают такой, чтобы шов получился не чисто аустенитным, а аустенитно-ферритным с небольшим количеством феррита (3-5%). Этот первичный δ-феррит нарушает сплошность аустенитных зерен, становится прослойкой между аустенитными кристаллитами и нарушает транскристаллизацию. Непрерывная транскристиллитная граница аустенитных зерен прерывается ферритными включениями. Это важно не столько для локализации кристаллизационной трещины, сколько для предотвращения ее образования в связи с тем, что нарушается сплошность межзеренного каркаса легкоплавкой прослойки при кристаллизации.

Выделение феррита в аустенитном шве не должны образовывать сплошной сетки, ибо ферритный каркас может оказать вредное влияние на требуемые свойства металла. Феррит, как более хрупкая фаза, находясь в виде каркаса, может повлиять на хладостойкость стали. Он может снизить и пластичность при длительной работе в условиях высоких температур. Феррит в большей мере, чем аустенит, склонен к выделению σ-фазы, снижающей пластичность и ударную вязкость. Поэтому присутствие более 8% феррита в аустенитных швах нежелательно. В то же время разорванные ферритные выделения в аустенитном металле могут даже оказать положительное влияние на свойства, разрывая непрерывность границ аустенитных зерен.

Помимо горячих кристаллизационных трещин в сварных швах аустенитных сталей могут возникать горячие высокотемпературные полигонизационные трещины, образующиеся в довольно узком интервале температур, находящемся несколько ниже температуры кристаллизации. Для подавления образования таких трещин можно увеличивать скорость охлаждения с тем, чтобы не дать развиться полигонизации. Уменьшение опасности появления полигонизационных трещин может быть достигнуто специальным легированием, уменьшающим подвижность полигонизационных границ.

В сварных соединениях высоколегированных хромоникелевых сталей при определенных условиях могут образовываться и холодные трещины. Возможность образования таких трещин возможна в двух температурных зонах – в интервале 500-700 °С и после полного охлаждения. Трещины, образующиеся при 500-700 °С, связаны с фазовыми изменениями, приводящими к повышению жаропрочности, повышению хрупкости и понижению пластичности металла.

Получение аустенитного состояния в зоне сварки рассматриваемых сталей после завершения сварочного нагрева обеспечивает и после охлаждения создание аустенитной основы в определенных участках ЗТВ, примыкающих к участку сплавления или соединения. В указанных даже высокопрочных мартенситно-стареющих и аустенитно-мартенситных сталей после сварки сохраняется аустенитная основа. Это обстоятельство обеспечивает достаточно хорошую свариваемость практически всех высоколегированных хромоникелевых сталей.

Сварочный нагрев металла в различных зонах теплового влияния может приводить к протеканию процессов, неблагоприятно влияющих на качество, свойства и работоспособность сварных соединений. В приграничных участках зерен областей ЗТВ, нагреваемых до более высоких температур, может происходить оплавление границ вследствие повышенной загрязненности их примесями. При этом должно происходить дальнейшее повышение концентрации примесей в приграничных участках за счет перемещения их атомов из глубины зерна в зону повышенной растворимости. Таким образом, в этих высоконагретых участках ЗТВ в условиях продолжительного сварочного нагрева состояние границ зерен может сильно ухудшиться, вследствие чего увеличиться возможность межкристаллитных разрушений как в процессе сварки, так и при эксплуатации.

Предотвратить повышение склонности металла ЗТВ к межкристаллитной коррозии и локальным разрушениям можно за счет общего снижения содержания углерода в коррозионно-стойких сталях и вредных примесей в жаропрочных сталях. Стали последнего типа не рекомендуется легировать такими элементами, как титан и ниобий. Восстановить стойкость сварных соединений к межкристаллитной коррозии можно или общей термообработкой изделия, соответствующей обработке свариваемой стали, или термообработкой с длительным нагревом при 850-900 °С в течение 3-5 ч., приводящим к диффузионному повышению концентрации хрома в обедненных приграничных участках за счет перемещения его из глубины зерна.

Для сварных соединений, эксплуатируемых без нагрева, повышение стойкости сварных соединений к межкристаллитной коррозии может быть достигнуто также аустенизацией примерно при 1050-1100 °С. Аустенитизация обеспечивает получение большей ударной вязкости и пластичности металла, чем стабилизирующий нагрев при 850-900 °С за счет растворения карбидов с границ зерен. Термообработка одновременно снижает уровень остаточных сварочных напряжений.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей. Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства. Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положительное влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: