ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение сварных соединений аустенитных жаропрочных сталей из "Металловедение " Рассмотрим особенности кристаллизации наплавленного металла в сварных соединениях сталей аустенитного класса, выполненных электродуговой сваркой. [c.214] Структура наплавленного металла сварного шва может состоять из чистого аустенита или из аустенита с небольшим количеством феррита. Чисто аустенитная структура обеспечивает более высокую длительную прочность и лучшую коррозионную стойкость, чем аустенито-ферритная. Однако сварные стыки с ферритной составляющей менее склонны к образованию горячих трещин. Поэтому для сварки труб из сталей аустенитного класса в настоящее время применяют электроды, обеспечивающие в наплавленном металле структуру аустенита с небольшим количеством феррита. [c.214] Структура сварного шва, содержащая б-феррит, образующийся при первичной кристаллизации из жидкого раствора, более мелкозернистая, чем в шве с чисто аустенитной структурой. [c.215] Процесс первичной кристаллизации сварочной ванны аустенитного шва носит периодический характер. Сварной шов имеет чешуйчатое строение. Дендриты нижней чешуйки служат основой для роста дендритов следующей чешуйки. Обычно слой имеет четкое транскристаллитное строение. Наличие ферритной составляющей нарушает правильные столбчатые ряды дендритов и способствует получению дезориентированной структуры. Дендриты и межкристаллитные прослойки получаются тоньше. Швы с измельченной дезориентированной аустенито-ферритной структурой обладают высокой стойкостью против образования горячих трещин и устойчивы против межкристаллитной коррозии. [c.215] Структура наплавленного металла зависит от химического состава. Углерод, никель, марганец, азот, медь и кобальт — элементы, повышающие устойчивость аустенита в стали они способствуют получению однофазного металла шва или уменьшению содержания феррита. Влияние углерода очень эффективно, примерно в десять раз сильнее никеля. Но повышение содержания углерода способствует выпадению карбидов и, следовательно, уменьшению коррозионной стойкости сварного шва. В сталях аустенитного класса, применяемых для изготовления паропроводов и поверхностей нагрева котлов, содержание углерода не превышает 0,12%. [c.215] Азот оказывает сильное аустенизирующее действие и способствует измельчению структуры наплавленного аустенито-феррит-ного металла. В сварных швах со структурой аустенита азот не измельчает структуры. Марганец и кобальт, являясь аустенито-образующими элементами, действуют слабее никеля. [c.215] Ферритоообразующие элементы увеличивают процентное содержание феррита в наплавленном металле. По эффективности влияния на ферритообразование элементы можно расположить в следующий убывающий ряд алюминий, титан, ванадий, кремний, цирконий, ниобий, вольфрам, молибден. [c.215] На рис. 117, а схематически показано строение однопроходного сварного соединения стали аустенитного класса, выполненного электродуговой сваркой, а на рис. 117, б — микроструктура в зоне сплавления стали Х18Н10Т. [c.216] На участке, нагретом тепловым циклом сварки от 850 до 400° С, возможно выпадение карбидов из аустенита по границам зерен и двойников. Основной металл при нагреве ниже 450° С никаких изменений не претерпевает. [c.216] В сварных стыках аустенитных сталей, особенно при больших толщинах свариваемых деталей, могут возникать горячие и холодные трещины. [c.217] Горячие трещины образуются в процессе первичной кристаллизации сварочной ванны. Они проходят по границам зерен. Трещины, выходящие на поверхность шва, бывают заполнены шлаком. Это свидетельствует о том, что они образуются при температуре выше 1200° С, когда шлак еще жидкий. При кристаллизации и охлаждении сварочной ванны вследствие усадки металла и неравномерного прогрева в металле сварного шва возникают растягивающие напряжения. Усадка сталей аустенитного класса и коэффициент линейного расширения их больше, чем у углеродистой или низколегированной стали, в 1,5—2 раза в зависимости от температуры. Поэтому напряжения, возникающие при кристаллизации и охлаждении сварного шва таких сталей, тоже высокие. [c.217] Она может иметь как микроскопические, так и макроскопические размеры. [c.218] В сварных швах, структура которых состоит только из аустенита (однофазная структура), горячие трещины образу1дгся гораздо чаще, чем в швах, структура которых аустенито-ферритная. Пока нет четкого объяснения этого факта. Считают, что б-феррит лучше растворяет такие примеси как ниобий, серу, фосфор и др. и, таким образом, сокращает температурный интервал конца кристаллизации. Снижение содержания углерода улучшает свариваемость. Многие элементы, повышающие устойчивость феррита, одновременно способствуют устранению серы из металла шва. К таким элементам можно отнести алюминий, титан, ванадий и хром. Устранение серы уменьшает скопление легкоплавких эвтектик по границам зерен и, следовательно, предотвращает образование трещин. Никель повышает стабильность аустенита. При сварке сталей типа Х18Н10 при содержании в них 11—12% никеля в сварном шве образуется структура аустенита. В таких швах почти всегда есть трещины. Никель способствует образованию трещин не только как аустенитообразующий элемент, но и еще потому, что образует легкоплавкий сульфид, который скапливается по границам зерен и, взаимодействуя с железом, дает еще более легкоплавкую эвтектику. Таким образом, никель способствует утолщению межзеренных прослоек и резко снижает температуру их затвердевания. [c.218] Горячие трещины могут наблюдаться не только в металле шва, но и в околошовной зоне. Здесь они также появляются в результате совместного действия растягивающих напряжений и причин металлургического характера. Горячие трещины в околошовной зоне могут быть как продольными, расположенными вдоль шва, так и поперечными. [c.218] Причины возникновения растягивающих напряжений те же, что и в металле сварного шва, — высокий местный нагрев и последующее быстрое охлаждение. [c.218] Чем больше загрязненность границ основного металла легкоплавкими составляющими, тем на большую глубину произойдет оплавление границ зерен в зоне сплавления и тем шире получится эта зона. В зоне сплавления, в которой металл нагревается до температур между линией солидуса основного металла и линией солидуса легкоплавких составляющих, зерна разобщены жидкими прослойками. С расширением зоны сплавления увеличивается опасность разобщения зерен, которое не будет компенсировано прослойкой жидкого металла. Мелкозернистая аустенитная сталь с чистыми границами зерен менее склонна к образованию около-шовных трещин, чем крупнозернистая с легкоплавкими прослойками между зернами. [c.218] Вернуться к основной статье