«Зварюваність хромонікелевих аустенітних сталей»

Ім'я файлу: Зварюваність хромонікелевих аустенітніх сталей.docx
Розширення: docx
Розмір: 23кб.
Дата: 28.05.2022
скачати
Пов'язані файли:
Семінар Виховання в цілісному освітньому процесі.docx
Реферат_Геополітичний чинник у розвитку туризму в Близькосхідном
Реферат_Геополітичний чинник у розвитку туризму в Близькосхідном
Реферат_Геополітичний чинник у розвитку туризму в Близькосхідном
Реферат_Геополітичний чинник у розвитку туризму в Близькосхідном
Реферат_Геополітичний чинник у розвитку туризму в Близькосхідном

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Навчально–науковий інституту Механічної інженерії і транспорту

Кафедра «Зварювання»
Реферат
з дисципліни: «Здатність до зварювання конструкційних металів»
на тему: «Зварюваність хромонікелевих аустенітних сталей»

	Виконав: Група МІТ-220л ПІБ Суслопаров О. Ю Перевірив: Посада Кандидат технічних наук, доцент ПІБ Сітніков Борис Валентинович

Харків – 2021

ЗМІСТ

Введення 3

Характеристика аустенітних сталей 4

Ферит у складі сталі 5

Вплив теплопровідності 6

Рекомендації щодо зварювання 8

Керамічні флюси 9

Підвищення окалиностійкості, кислотостійкості та жароміцності 10

Список літератури 12

Введення
Аустенітні сталі мають знижену схильність до зростання зерна, добре зварюються ручним, автоматичним і напівавтоматичним зварюванням, мають високі характеристики пластичності і в'язкості металу. Зміна вмісту хрому та нікелю, а також введення додаткових легуючих домішок та застосування термічної обробки дозволяють у широких межах змінити механічні властивості зварюваного та наплавленого металу, а також їх кислотостійкість, окалиностійкість та жароміцність.
Зва́рюваність або зва́рність — технологічна властивість, що характеризує здатність матеріалів утворювати зварні з'єднання. Металевий матеріал вважається таким, що піддається зварюванню до визначеного ступеня при даних процесах і для даної мети, коли зварюванням досягається металічна цілісність при відповідному технологічному процесі, щоб зварювані деталі відповідали технічним вимогам як стосовно їх власних якостей, так і стосовно їх впливу на конструкцію, яку вони утворюють.
Зварюваність залежить від особливостей процесів зварювання (агрегатного стану речовини, способу формування процесу, введення і витрати енергії в зоні контакту частин матеріалу, що сполучаються), конструктивних рішень (жорсткості зварного вузла, залишкових напружень, концентраторів і напрямів дії навантаження тощо) та попередніх технологій виготовлення матеріалу (термомеханічного оброблення, структури кристалів, розшарування, інших дефектів). Є одним з головних критеріїв можливості застосування матеріалів при виготовленні зварних конструкцій.
Зварюваність оцінюється ступенем відповідності властивостей зварного з'єднання однойменним властивостям основного матеріалу та його схильністю до утворення дефектів. Матеріали поділяються на добре, задовільно, погано і обмежено зварювані.
Характеристика аустенітних сталей
Найбільш широке застосування в промисловості отримала сталь 1Х18Н9 і подібні до неї сталі з добавками титану і ніобію. Сталь 1Х18Н9 після гарту з 1050° набуває структури чистого аустеніту, в якому всі домішки знаходяться у твердому розчині. У цьому стані сталь має найвищу пластичність і в'язкість, низьку межу плинності і високі жаростійкість і жароміцність. Окаліностійкість характеризується максимальною температурою, за якої можлива тривала робота конструкції без небезпечного наростання шару окалини. Жароміцність вимірюється так званою межею повзучості - напругою, при якій сталь пластично деформується з величиною залишкового подовження в 1% при витримці зразка при цій температурі протягом 10000 год. Для аустенітних сталей найбільш типовою є температура 600°С.
Розчинність вуглецю в легованому аустеніті за нормальної температури не перевищує 0,04%. Такий вміст вуглецю аустенітної сталі можна отримати тільки шляхом значного ускладнення металургійного процесу виплавки сталі. Найбільш низький вміст вуглецю, що встановлюється гостом, трохи більше 0,07% (сталь ОХ18Н9). При більш підвищених вмістах вуглецю в сталі можливе випадання карбідів хрому за межами зерен та виникнення при експлуатації сталі міжкристалітної корозії. На відміну від феритної сталі в аустенітних сталях карбіди хрому випадають не за охолодження сталі від високих температур, а при повторних нагріваннях сталі. Такий нагрів завжди відбувається в сталі, що зварюється, в навколошовній зоні і в металі зварного шва при впливі на нього тепла від наступних накладених валиків. Небезпечний інтервал температур, за яких відбувається випадання з розчину карбідів хрому, 500-800 °.
У навколошовній зоні завжди є ділянка металу, що піддається нагріванню до температур, що знаходяться в цьому інтервалі (500 - 800 °). У разі підвищеного вмісту вуглецю в сталі, що зварюється (сталь 2Х18Н9 і частково сталь 1Х18Н9) у цих ділянках обов'язково відбудеться випадання по межах зерен карбідів хрому і ці ділянки при експлуатації сталі в багатьох рідких середовищах набудуть схильності до міжкристалітної корозії. Для боротьби з цим явищем застосовують такі методи: 1) загартування виробу після зварювання з 1050 °, що переводить всі карбідні виділення в розчин; 2) стабілізуючий відпустку при температурі 800-850 °, що вирівнює нерівномірність концентрації хрому між зернами сталі і межами зерен і усуває внутрішні напруги від зварювання.
У разі неможливості зробити термічну обробку виробів після зварювання необхідно взяти іншу марку сталі, яка не схильна до міжкристалітної корозії. До таких сталей відносяться сталь марки ОХ18Н9 (з вмістом вуглецю до 0,07%) та сталі, стабілізовані сильними карбідоутворювачами - титаном або ніобієм. Ці елементи зв'язують вуглець у міцні карбіди та попереджають можливість випадання карбідів хрому. Для повного зв'язування вуглецю необхідно вводити в сталь титану в 4 рази більше вмісту вуглецю в сталі та ніобію - 8 разів. До таких сталей відносяться сталь марки 1Х18Н9Т і сталі з дещо підвищеним вмістом нікелю - Х18Н11Б, 1Х18Н12Т, ЕІ724.
Ферит у складі сталі
Метал зварних швів, що має той самий склад, що і сталі ОХ18Н9 і 1Х18Н9 і не загартований, завжди має двофазну структуру - аустеніт - невелика (близько 5%) кількість легованого фериту. Причиною утворення невеликих кількостей фериту є склад сталі, при якому незначне підвищення феритизаторів сталі викликає утворення фериту, і лита структура металу шва, що фіксує випадання о-фериту з розплаву при кристалізації металу шва. Наявність невеликих кількостей фериту в аустенітних швах є корисною, оскільки значно зменшує схильність аустенітного металу до утворення гарячих тріщин у зварних швах і збільшує опір металу шва міжкристалітної корозії.
Підвищення вмісту феритної фази збільшує міцність металу шва при незначному зниженні пластичних та в'язких властивостей. При високому вмісті фериту ця фаза виділяється за межами зерен суцільною сіткою, що різко знижує пластичні та в'язкі властивості металу шва. При підвищеному вмісті фериту в аустенітній сталі (понад 6%) виникає небезпека випадання а-фази у ферриті або на межі фериту з аустенітом при нагріванні сталі до температур 600-800 ° і виникнення 475-градусної крихкості при тривалій роботі зварних 3 550 °. Тому вміст феритної фази в металі шва слід обмежити (не більше 5-7%). Аустенітні сталі відрізняються від низьковуглецевої нелегованої сталі низькою теплопровідністю, підвищеним коефіцієнтом лінійного розширення та високим питомим електроопіром.
Вплив теплопровідності
Значне зменшення теплопровідності призводить до отримання більшого проплавлення кромок металу, що зварюється, і більш уповільненої швидкості охолодження шва і навколошовної зони. Збільшений коефіцієнт лінійного розширення викликає збільшення залишкових деформацій у шві та навколошовній зоні. Високий питомий опір є причиною більшого розігріву електрода при зварюванні та підвищеного коефіцієнта розплавлення зварювального дроту. Тому слід враховувати цю відмінність у фізичних властивостях сталей під час виборів оптимальних режимів зварювання. Довжину електродів при ручному зварюванні слід брати: для електродів діаметром 2 мм - 250 мм; для електродів діаметром 3 мм – 300 мм, для електродів діаметром 4 мм та більше – 350 мм. Довжину вильоту зварювального аустенітного дроту при автоматичному та напівавтоматичному зварюванні необхідно брати на 25% коротше вильоту при зварюванні низьковуглецевим дротом. Сили струму слід встановлювати на 25% менше, ніж для низьковуглецевих електродів та дроту.
Аустенітний метал шва кристалізується у зварювальній ванні більшими первинними кристалами, метал шва, особливо чистоаустенітний, має підвищену схильність до утворення гарячих тріщин. На характер кристалізації і відповідно освіту гарячих тріщин сильно впливає форма зварювальної ванни. Особливо сильно цей вплив помітно при автоматичному зварюванні. Бажано отримувати широку та коротку форму ванни. Це досягається зменшенням швидкості зварювання. Для запобігання надмірному збільшенню первинних кристалів слід застосовувати невеликі потужності дуги, а для отримання короткої ванни – малі швидкості зварювання. Тому товстий метал слід зварювати у кілька шарів. Оптимальний режим автоматичного зварювання: сила струму - 600 - 800 а, швидкість зварювання - 12-20 м / год.
Робоча напруга вибирається залежно від марки флюсу. Переважно знижувати напругу з метою отримання більш опуклих валиків, які краще опираються утворенню гарячих тріщин. При ручному зварюванні також раціонально робити зварювання багатошаровим швом валиками перетином не більше 0,5 - 0,7 см2. У всіх випадках останній валик (при двосторонньому зварюванні) слід класти з боку, який стикатиметься з агресивним середовищем. У цьому випадку виникнення міжкристалітної корозії є менш небезпечним.
Рекомендації щодо зварювання
Метал зварного шва повинен обов'язково володіти тими самими властивостями, що і метал, що зварюється, або дещо перевершувати його за цими властивостями. Тому для зварювання аустенітних сталей слід застосовувати аустенітний зварювальний дріт. Не обов'язково прагнути однакового хімічного складу металу шва і металу, що зварюється. Метал шва може мати інший склад, що полегшує технологію зварювання даної сталі за умови забезпечення вимог до стійкості та міцності металу шва. Електродні покриття та флюси для зварювання аустенітної сталі повинні бути основними, тобто містити мінімум кремнезему та підвищену кількість основ (наприклад СаО) та фтористих солей (в основному CaF2).
Така система електродних покриттів та флюсів забезпечує мінімум вмісту кисню, сірки та фосфору в металі шва. Для ручного зварювання сталі 1Х18Н9 та близьких до неї марок запропоновано кілька марок електродів. Вибір марки електрода залежить від вимог, що висуваються до зварної конструкції: кислотостійкість і стійкість проти міжкристалітної корозії, окалиностійкість, жароміцність або одночасно кілька вимог (наприклад, кислотостійкість та жароміцність).
Метал зварних швів, що містить ніобій, має підвищену схильність до утворення гарячих тріщин. У всіх випадках зварювання з введенням ніобію в метал зварного шва слід проводити перевірку правильності вибору присадкового матеріалу та технології зварювання щодо можливості появи гарячих тріщин у металі зварних швів. Автоматичне зварювання сталей типу Х18Н9 застосовується переважно при виготовленні хімічної апаратури. Заводами хімічного машинобудування застосовуються два типи флюсів: плавлені та керамічні. При застосуванні плавлених флюсів необхідний склад наплавленого металу досягається застосуванням зварювального дроту відповідного складу. Склад флюсу повинен забезпечувати хороше формування шва, зменшення сірки і фосфору в наплавленому металі, відсутність оксидів, що легко відновлюються (SiO2, МnО), що підвищують вміст кисню в металі шва.
Тому вдосконалення плавлених флюсів для зварювання аустенітних сталей було спрямоване у бік зменшення вмісту кремнезему у флюсі із заміщенням його оксидами, що важко відновлюються (CaO, MgO, TiO2), аж до застосування флюсів, що складаються тільки з фтористих солей (АНФ-5). Так, наприклад, із застосовуваних нині флюсів мають кремнезем: ФЦЛ-1, ФЦЛ-2, АН-23 та АН-26-17-36%; 48-О8Ф-6 та 48-ОФ-7 - не більше 4%; АНФ-5 трохи більше 2%. Флюс АНФ-5 відрізняється від інших відсутністю у ньому кисневих сполук. Для зварювання сталей типу Х18Н9 можна рекомендувати флюси: Ан-26, 48-ОФ-6, 48-О8-7, АНФ-5.
Керамічні флюси
Дуже перспективне застосування керамічних флюсів. Всупереч думці про мінливості металу, наплавляемого під флюсами цього типу при коливаннях режиму зварювання, зміна режиму зварювання менш позначається на зміні складу наплавленого металу, ніж зміна його складу, викликане коливанням складу зварювального дроту в межах, що визначаються гостом на дану марку. Застосування автоматів з постійною швидкістю подачі зварювального дроту і перехід на живлення від генераторів з жорсткою вольт-амперною характеристикою дозволяють отримати строгий заданий режим по струму і робочому напрузі.
Керамічні флюси дозволяють вводити в них розкислювачі, модифікатори та домішки, що легують. Ця можливість дозволяє: покращити розкислення та кристалізацію наплавленого металу; значно скоротити кількість марок зварювального дроту, отримуючи заданий склад металу шва шляхом введення у флюс легуючих домішок: кремнію, молібдену, вольфраму, ванадію, титану, ніобію, а в деяких випадках і хрому при нестачі його у зварювальному дроті; Більш суворо регулювати вміст феритної основи на наплавленому металі при коливаннях вмісту легуючих домішок на зварювальному дроті, вводячи необхідну кількість відсутніх елементів феритизаторів у флюс. Добре зарекомендував себе керамічний флюс марки К-8, що пройшов широку виробничу перевірку.
Підвищення окалиностійкості, кислотостійкості та жароміцності
Підвищення окалиностійкості, кислотостійкості та жароміцності аустенітних сталей порівняно зі сталями типу Х18Н9 досягається додатковим легуванням сталей елементами, що підвищують необхідну стійкість сталі. Підвищення окалиностійкості досягається збільшенням вмісту хрому сталі до 25% (сталі Х23Н13 і Х23Н18). Ще більше підвищення жаростійкості досягається додатковим введенням кремнію (сталі Х20Н14С2 та Х25Н20С2). Підвищення кислотостійкості аустенітних сталей досягається підвищенням вмісту нікелю в сталі та додатковим легуванням молібденом (сталі Х18Н12М2Т та Х18Н2МЗТ), а також підвищенням хрому [сталь Х23Н28М2Т (ЕІ628)]. Стійкість сталі в розчинах сірчаної кислоти досягається високим легуванням сталей хромом та нікелем з додатковим введенням у сталь міді [сталі Х18Н28МЗДЗ (ЕІ530), Х23Н23МЗДЗ (ЕІ533), Х23Н28МЗДЗ (ЕІ628)].
Підвищення жароміцності аустенітних сталей отримують шляхом застосування вмісту хрому і нікелю в сталі і додатковим легуванням сталі молібденом, вольфрамом, ванадієм. Деякі сталі жароміцність отримують після спеціальної термічної обробки (старіння), при якій з часом відбуваються перерозподіл атомів вуглецю в кристалічній решітці сталі, що супроводжуються збільшенням міцності сталі при високих температурах. Для аустенітних сталей підвищеної стійкості метал зварного шва повинен мати підвищену стійкість, відповідну стійкості сталі.
Окаліностійкі сталі (типу Х25Н20) зварюються ручним та автоматичним зварюванням електродами та електродним дротом, що дають метал шва підвищеної жаростійкості. Всі сталі цього типу (за винятком сталі Х23Н13) відносяться до сталей зі стабільною структурою аустенітної. Метал шва, що має стабільну аустенітну структуру, найбільш схильний до утворення великокристалічної первинної структури та утворення гарячих тріщин в металі шва. Крім того, підвищений вміст хрому в наплавленому металі може стати причиною випадання в-фази при нагріванні зварного з'єднання до температур 600-800 °.
Інститут електрозварювання ім. Е. О. Патона рекомендує застосування таких присадних матеріалів, які б забезпечували відсутність гарячих тріщин у наплавленому металі: 1) зварювальний дріт з підвищеним вмістом вуглецю (0,18—0,28%), зниженим вмістом кремнію (до 0,25%) та заміною частини нікелю марганцем (6-8%) типу Х25Ш5Г7; 2) додаткове легування такого дроту вольфрамом та ванадієм (зварювальний дріт типу Х25Н15Г7ВЗ, Х25Н15Г7Ф).
Кислотостійкі сталі марок Х18Н12М2Т та Х18Н12МЗТ добре зварюються електродами зі стрижнями із дроту Св-Х25Н13 (з вмістом вуглецю до 0,08%) та автоматичним зварюванням: сталь Х18Н12М2Т — зварювальним дротом Св3; сталь Х18Н12МЗТ - зварювальним дротом того ж складу із застосуванням флюсу АНФ-5 (рекомендації київського заводу «Більшовик»). Виробнича технологія зварювання медистих стабільноаустенітних сталей не розроблена, і є повідомлення про попередні дослідження. Жароміцні сталі, що застосовуються в основному в котло-і турбобудуванні, зазвичай зварюються ручним електродуговим зварюванням. Для кожної марки жароміцної сталі розроблено відповідні марки електродів та оптимальні режими термічної обробки.
Список літератури
1. Зварюваність // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 97. — ISBN 978-966-7407-83-4.
2. Рекомендації київського заводу «Більшовик» [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: http://pkmz.com.ua/.
3. Інститут електрозварювання ім. Е. О. Патона рекомендує. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://paton.kiev.ua/.
4. Сварка аустенитных хромоникелевых сталей [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: http://www.sdelaemsami.ru/drevniymir/zan012.html.
5. Аустенит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
скачати