Меню

9 м11 высоколегированные стали аустенитного класса

9 м11 высоколегированные стали аустенитного класса

Данную группу сталей используют для службы в средах повышенной агрессивности. Под термином «высоколегированные» подразумевают группу материалов, по степени легированности превышающих наиболее широко распространенные аустенитные стали типа 18-10. Кроме того, высоколегированные стали обычно легируют определенными элементами (Mo, Si и др.) с целью повышения сопротивляемости материала в конкретном электролите или какому-либо виду коррозии.
Основную группу представляют достаточно распространенные хромо-никелевые стали, легированные молибденом, типа Х17Н13М2(3), проявляющие стойкость в средах восстановительного характера, а также используемые обычно при опасности возникновения питтинговой и щелевой коррозии и сероводородного охрупчивания.
Стали по содержанию углерода делятся на две группы: с 0,08—0,10 % С, стабилизированные титаном, и с ≤ 0,03 % С нестабилизированные.
Сталь 03Х17Н14МЗ используют для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях производства карбамида и капролактама. Она также стойка в кипящей фосфорной, 10%-ной уксусной кислотах, а также в сернокислых средах.
Повышение чистоты стали по содержанию не только углерода (≤ 0,030 %), но и таких примесных элементов, как S (до 0,010—0,015 %), Р (до 0,020 %), Si (до 0,4 %), а также оптимизация содержания основных легирующих элементов (Cr, Ni, Mo, N) привели к созданию ряда хромоникельмолибденовых сталей с повышенными коррозионными свойствами. Разработана и внедрена в производство сталь 03Х18Н16М3-ВД (ЗИ133-ВД), предназначенная для изготовления медицинского инструмента, в частности, имплантатов. Сталь соответствует требованиям международного стандарта ИСО 5832/1-87. К сталям для хирургических имплантатов предъявляются весьма жесткие требования: по неметаллическим включениям, количеству δ-феррита, размеру аустенитного зерна, соотношению хрома и молибдена (Cr + Mo ≥ 26), идентичности механических свойств при растяжении различных плавок.
Сталь 03X18Н16МЗ-ВД имеет регламентируемую структуру и требуемый комплекс коррозионных и механических свойств. В закаленном и нагартованном состояниях сталь обладает высокой стойкостью против питтинговой коррозии в средах, содержащих ионы хлора. Скорость коррозии в растворе 10%-ного FeCl3 · Н20 составляет 0,1—0,2 г/(м² · ч), что в 13 раз ниже, чем у стали 12Х18Н9Т. Механические свойства стали (проволока ∅ 4,6 мм) в закаленном состоянии равны: σ в = 530—570 Н/мм², σ 0,2 = 200-270 Н/мм², σ 0,2 = 47 %, а после 70%-ной степени холодной деформации уровень указанных характеристик повышается соответственно до 1350 и 1200 Н/мм² при ψ = 55%. Производство стали 03Х18Н16МЗ-ВД освоено на заводах России в необходимом сортаменте.
Следующая группа сталей — на хромоникелевой основе типа 20Cr— 25Ni и 25Сr— 20 — 22Ni, которые дополнительно комплексно легированы молибденом и медью или молибденом, медью и кремнием (03Х22Н21М4ГБ, 02X21Н25М5ДБ, 02Х25Н22АМ2 и др.). Стали имеют низкое содержание углерода, а также легированы азотом.
Особо низкоуглеродистая сталь 02Х25Н22АМ2-ПТ (ЧСЮ8-ПТ) используется для изготовления нового и замены импортного оборудования высокопроизводительного производства карбамида. Сталь рекомендуется (взамен сталей 2RE69, 254SFEP и др.) для изготовления оборудования, работающего в наиболее жестких условиях синтеза карбамида (при температуре от —70 до +200 °С и давлении до 200 Н/мм²). Сочетание повышенной прочности (σ в = 625-774 Н/мм², σ 0,2 = 302-296 Н/мм², ψ = 45 %) и высокой коррозионной стойкости позволяет рекомендовать сталь 02Х25Н22АМ2 вместо стали 03Х17Н14МЗ «карбамидного качества» с целью снижения металлоемкости оборудования при одновременном увеличении его надежности и срока службы. Сталь 02Х25Н22АМ2 целесообразно также использовать для изготовления оборудования, работающего в сернокислых, азотнокислых, сероводородсодержащих средах, а также вместо сталей типа Х17Н14М2(3)Т в условиях, вызывающих питтинговую коррозию.
Для работы в агрессивных средах, загрязненных хлоридами и фторидами (pH = 1, температура среды 80 °С), разработана и внедрена высоколегированная сталь 02Х21Н25М5ДБ (ЭК5).
Наиболее эффективным способом повышения коррозионной стойкости хромоникелевых сталей в сильно окислительных средах (горячие концентрированные растворы азотной и серной кислот) является легирование их кремнием. На основе системы Fe—Cr—Ni с 5—7 % Si создан ряд сталей.
Сталь 03Х8Н22С6 применяют для сварного оборудования, работающего под воздействием концентрированной азотной кислоты при высоких температурах (85%-ной концентрации и выше при температурах до 100 °С).
Сталь 015Х14Н19С6Б (ЧСПО-ВИ) рекомендуется для изготовления сварного химического оборудования для производства концентрированной азотной кислоты (85—98%-ной концентрации) нитрат-магниевым способом при температуре до 110 «С и для работы в других сильно окислительных средах.

Читайте также:  Добавка меди в сталь

Источник: А. П. Шлямнев. и др: «Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы; Справ, изд». — М.: «Интермет Инжиниринг». 2000.

Источник

Аустенитные высоколегированные стали

Сообщение об ошибке

Аустенитные высоколегированные стали

К этому классу относятся стали, имеющие повышенное содержание легирующих элементов, которые при всех температурах обеспечивают аустенитную структуру металла. Наиболее распространены стали системы легирования Cr-Ni. Стали этой системы являются аустенитными при содержании хрома и никеля не менее 16 и 7% соответственно. Такие стали немагнитны, обладают высокой хладностойкостью, жаропрочностью, жаростойкостью и коррозионной стойкостью в различных коррозионных средах. Как правило, они содержат минимальное количество углерода, обладая при этом достаточной прочностью и высокой пластичностью. При закалке эти стали приобретают повышенную пластичность.

Структурные состояния сталей этого класса могут быть весьма разнообразными и зависят от содержания в стали элементов ферритизаторов и аустенизаторов (рис. 1). Приведенная на этом рисунке структурная диаграмма Шеффлера может быть использована и для подбора сварочных материалов в связке химсостав-структура. При этом эквивалентное содержание хрома и никеля в металле шва можно определять по формулам

Рис. 1. Структурная диаграмма Шеффлера

Подсчет содержания элементов в металле шва по этим формулам производят с учетом долей основного и дополнительного металла.

Особенностей свариваемости сталей этого класса, которые нужно учитывать при разработке технологии, несколько.

1. Опасность возникновения в металле шва и 3ТВ так называемой межкристаллитной коррозии (МКК). Механизм этого явления, возникающего в определенной температурно-временной области, заключается в обеднении хромом пограничных областей зерен металла за счет его диффузии к границам зерен и образованию там карбидов хрома.

Причиной этому может служить неблагоприятный режим сварки (рис. 2) (малые скорости охлаждения), когда есть достаточно времени для диффузии атомов хрома из приграничных районов зерна к его границам и образованию там карбидов, что приводит к появлению зон металла, обедненных хромом. Они-то и подвергаются коррозионному разрушению при работе изделия в агрессивных средах.

Рис. 2. Схематическое изображение области появления межкристаллитной коррозии аустенитной стали при ее нагреве:

1 — скорость охлаждения, способствующая выпадению карбидов; 2 — скорость охлаждения, не приводящая к выпадению карбидов; 3 — начало появления склонности металла к МКК; 4 — окончание процесса образования карбидов; 5 — первоначальная склонность к МКК (tим)

Для предупреждения МКК принимают ряд мер. Стараются снизить содержание углерода в стали до 0,02. 0,03% (это уменьшает количество карбидов, так как такое содержание углерода полностью растворимо в твердом растворе аустенита). Часто сталь (и сварочные материалы) легируют такими элементами как титан, ниобий, ванадий, тантал. Эти элементы являются более энергичными карбидооразователями, чем хром, и раньше, чем хром, образуют карбиды, подавляя, таким образом, появление карбидов хрома.

Читайте также:  Почему настенные часы стали шумно работать

Если не удается получить высокую скорость охлаждения сварного соединения, можно применить стабилизирующий отжиг при 850. 900°С либо провести аустенизацию — нагрев до 1050. 1100°С с последующим быстрым охлаждением. Возможно также создание в шве аустенитно-ферритной структуры с содержанием феррита до 20. 25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, молибденом, алюминием и пр.

Реализация некоторых из этих рекомендаций технологическим путем заключается в разработке таких технологий, которые позволяют получать величину скорости охлаждения, попадающей для данной марки стали в инкубационный период образования карбидов хрома (см. рис. 2, кривая 2).

2. Наличие явно выраженной крупнодендритной столбчатой структуры металла шва, что повышает его чувствительность к образованию горячих трещин. Для уменьшения этой опасности рекомендуется применение всех способов, приводящих к измельчению структуры: модифицирование металла титаном и ниобием, применение физических способов (введение вибрации, ультразвука, электромагнитное перемешивание), а также введение в шов элементов ферритизаторов, приводящих к получению в шве островков δ-феррита. Следует также избегать режимов сварки, приводящих к узкой и глубокой форме провара. Актуальным, особенно в глубокоаустенитных швах, является уменьшение содержания таких примесей как фосфор и сера, образующих легкоплавкие эвтектики.

3. Диффузионные процессы (особенно для жаропрочных сталей), происходящие в сварных соединениях при высоких температурах их эксплуатации. Так, термическое старение в диапазоне температур 350. 500°С вызывает появление «475-градусной хрупкости».

При температурах 500. 650°С наблюдается выпадение карбидов и образование σ-фазы, происходит выпадение интерметаллидов. Все эти процессы теплового старения приводят к охрупчиванию металла при низких температурах и снижению прочности при высоких. Эффективной мерой, предотвращающей вредное действие теплового старения, является уменьшение содержания углерода как в основном металле, так и металле шва.

Технология сварки сталей этого класса должна строиться с учетом как указанных особенностей, так и их теплофизических свойств. Последние характеризуются низкими значениями коэффициента теплопроводности и высокими значениями коэффициента линейного расширения. Отсюда вытекает (при прочих равных условиях по сравнению с перлитными сталями) увеличение глубины проплавления. Для уменьшения деформаций наилучшими способами и режимами сварки будут те, которые характеризуются максимальной концентрацией тепловой энергии.

Технологические способы борьбы с образованием трещин предусматривают изыскание конструктивных форм сварных соединений и режимов сварки, снижающих темп нарастания деформаций в процессе остывания соединения. Важной является форма проплавления, которая не должна быть глубокой при малой ширине (опасность появления горячих трещин по плоскости спайности кристаллитов в сварочной ванне при кристаллизации).

Для сварки этого класса сталей применимы практически все способы сварки плавлением.

При ручной сварке плавящимся покрытым электродом основной трудностью является стабильное обеспечение требуемого химического состава шва в зависимости от его пространственного положения при различных типах сварного соединения с учетом изменения количества наплавленного металла и глубины проплавления основного. Это достигается в основном за счет корректировки состава покрытия (по содержанию в шве необходимого количества феррита).

Тип покрытия – основной (например, фтористокальциевое), ток постоянный обратной полярности. Швы рекомендуется выполнять на малых токах при минимальном диаметре электрода (во избежание появления горячих трещин). При сварке наиболее распространенных коррозионностойких сталей марок 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т и т. д. рекомендуется применять электроды типа Э-04Х20Н9, Э-07Х20Н9, Э-08Х19Н10Г2Б марки ЦЛ-11 и др.

Читайте также:  Сталь углеродистая инструментальная 40хг

При сварке ответственных конструкций следует применять меры, предотвращающие попадание капель расплавленного металла на поверхность основного металла во избежание микротермических ударов, способных при эксплуатации вызвать коррозионное растрескивание под напряжением в этих районах.

Автоматическая сварка под флюсом широко распространена для изготовления конструкций из элементов в толщинах 4,0. 60,0 мм. При этом процесс обеспечивает высокая стабильность химического состава шва по длине с одновременной хорошей защитой шва и его формированием. Ток постоянный, полярность – в зависимости от марки применяемых флюсов. Режимы по току невелики (по сравнению с перлитными сталями). Легирование шва производят через флюс или через проволоку. Флюсы безокислительные или малоокислительные (низкокремнистые фторидные или высокоосновные безфтористые). Широко применяются марки АН-26, 48-ОФ-10 и АНФ-14. В зависимости от марки свариваемой стали выбирается система флюс–проволока (например, для стали 20Х23Н8 проволока Св-13Х25Н18, флюс АНФ-5).

При сварке в защитных газах используют как активные газы (СО2), так и инертные (аргон, гелий) либо их смеси. Здесь (особенно при применении смесей) появляется возможность широко регулировать форму проплавления, повышать стабильность горения дуги и уменьшать угар легирующих элементов. При сварке в инертных газах возможно применение как неплавящегося (вольфрамового), так и плавящегося электрода. Первый применяют для сварки металла небольших толщин либо для обеспечения качественного проплавления корня шва. Вольфрамовый электрод применяют в сочетании с аргоном высшего или первого сорта для выполнения соединений в толщинах до 12,0 мм (что не исключает применения способа и для сварки больших толщин).

Сварка ведется на постоянном токе прямой полярности во всех пространственных положениях непрерывной или импульсной дугой. Последний способ при отличном формировании шва на малых толщинах позволяет уменьшить деформации и ширину ЗТВ, получить дезориентированную структуру первичной кристаллизации шва, уменьшая этим опасность возникновения горячих трещин. При сварке плавящимся электродом можно регулировать состав наплавленного металла за счет изменения состава защитной атмосферы.

Сварку плавящимся электродом выполняют как в инертных, так и в активных газах или их смесях. В зависимости от плотности тока и диаметра электродной проволоки перенос металла в дуге может быть капельный и струйный (последний представляется более предпочтительным — при нем практически исключается разбрызгивание).

Струйный перенос кроме критического тока связан с составом газовой атмосферы. Так, добавка 3. 5% кислорода уменьшает величину критического тока и (за счет окисления) уменьшает пористость, вызванную водородом. Последнее достигается смесью 85. 80% Аг +15. 20% СО2. Эта смесь дешевле чистого аргона, однако, здесь существует опасность выгорания легирующих элементов из наплавляемого металла. Этот же процесс сопутствует сварке в чистом СО2, как и определенное науглероживание наплавленного металла.

Сила тока при сварке вольфрамовым электродом выбирается в зависимости от его диаметра, а при сварке плавящимся электродом – в зависимости от диаметра электродной проволоки и толщины свариваемых элементов. Так, для толщины 4,0 мм встык без разделки кромок сварка ведется в один проход dэ=1,0. 1,6мм; Iсв=160. 280А; расход аргона φ = 6. 8 л/мин, а сварка толщины 8,0 мм с V-образной разделкой – в два прохода проволокой dэ= 1,6. 2,0 мм при силе тока Iсв= 240. 340 А, при расходе φ =12. 15 л/мин.

Источник

Adblock
detector