Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 [ 94 ] 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

а для ряда композиций до 2800 МПа. Максимальное упрочнение при старении достигается в безуглеродистых сплавах как необходимом условии предотвращения связывания легирующих элементов в карбиды. Поэтому образующийся при закалке таких сталей мартенсит сравнительно мягок (ав = 700-г-П00 МПа) и пластичен.

Основной системой легирования мартеиситно-стареющей стали, обеспечивающей максимальный уровень прочности, является железоникелевый сплав (18-25% №), содержащий добавки Мо, Со, Ti и А1 (Н18К9М5Т, Н18К8М5ТЮ, Н18К12М5Т и др.). Другой распространенной системой, обеспечивающей уровень прочности Ов<1600 МПа, является железохромонике-левый сплав (10-13% Сг и 5-10% Ni) с добавками Me, Со, Ti и А1 (Х11Н10М2ТЮ, Х12Н9К4МВТ, 03XI2K14H5M5T и др.), В структуре этих сталей может быть 10-40 % остаточного аустенита Третьей системой легирования мартенситио-стареющих сталей, обеспечивающей уровень прочности ав<1500 МПа, является сплав Fe с 12% Ni и дополнительным легированием Си, Мп, V и другими элементами, вызывающими умеренное старение (Н12М2Д2ТЮ, 03Н12Х5МЗ, Н8Г4ФЗД2 и др,). Четвертой системой легирования является железоиикелькобальтовый сплав (9% Ni - 4 % Со) с добавками карбидообразующих элементов и содержанием С 0,2-0,4 %, Смешанный карбидно-иитерметаллидный механизм упрочнения обеспечивает уровень прочности ав= 1300-г-2000 МПа. Химический состав некоторых мартенситио-стареющих сталей и их свойства приведены в табл, 20.1

Микроструктура типичных мартеиситио-стареющих сталей представляет так называемый «массивный» мартенсит в виде пакетов ферритных пластин, разделенных малоугловыми границами. Высокая плотность дислокаций и границ в объеме мартенсита обеспечивает однородное распределение выделяющихся при старении частиц с расстоянием между ними 0,2-0,5 мкм.

Мартеиситно-стареющие стали изготавливаются в виде поковок, штамповок, листов, отливок, прутков и проволоки, в том числе и сварочной Для Стабилизации значений пластических характеристик, увеличения усталостной прочности и предотвращения водородного охрупчивания примеия-ется вакуумный переплав металла, повышающий чистоту по содержанию неметаллических включений, газов и примесей Цветных металлов. Для уменьшения содержания углерода и азота в некоторых случаях применяют элек-тронио-лучевой переплав.

Относительно высокая стоимость мартенситио-стареющих сталей ограничивает применение конструкциями, где на первый план выдвигается необходимость обеспечения повышенной удельной прочности, в том числе и при сварке закаленных элементов, при низкой чувствительности к наличию над-

Т А БЛИЦ А 20.1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

резов и трещииоподобиых дефектов Типичные области применения: оболочки летательных аппаратов, корпуса двигателей, сосуды высокого давления, изделия криогенного назначения и др. [1].

20.2. Свариваемость сталей

20.2.1. Фазовые и структурные превращения

По свариваемости мартенситно-стареющие стали превосходят щироко используемые углеродистые легированные стали. Они мало чувствительны к образованию горячих и холодных трещин; обеспечивают повышенный уровень механических свойств сварных соединений в нетермообработанном состоянии и возможность достижения равнопрочности основному металлу проведением после сварки старения.

Высокая прокаливаемость мартенситно-стареющих сталей предопределяет получение мартенситной структуры независимо от скорости охлаждения после аустенитизации. Повышенное содержание легирующих элементов может сместить температуру окончания мартенситного превращения ниже комнатной, что обусловит наличие в структуре определенного количества остаточного аустенита. Другой причиной его появления является нагрев закаленной стали на температуру, близкую к 600 °С, что приводит к обратному а-v-превращению.

Как при сварке в термоупрочненном, так и отожженном состоянии старение в зоне термического влияния происходит там, где нагрев достигал температур 480-540 °С. В тех случаях ЗТВ, где температура была 650 °С, мартенсит распадается на феррит и обогащенный никелем и, следовательно, стабильный аустенит. При охлаждении до комнатной температуры эти структурные составляющие сохраняются и не претерпевают изменений в результате старения после сварки.

ТАБЛИЦА 20.2

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА СВАРОЧНЫХ ПРОВОЛОК

20.2.2. Сопротивляемость ГТ

Благодаря низкому содержанию углерода в большинстве марок мартенситно-стареющих сталей сопротивляемость ГТ находится на высоком уровне (табл. 20.2). Случаи поражения сварных швов горячими трещинами наблюдались при содержании С 0,1-0,2 % или наличии в сварочной проволоке редкоземельных элементов свыше 0,03 %. Согласно [I], сварочная проволока не должна также содержать Са, В и Zr. Легирование Со до 5 % приводит к увеличению сопротивляемости трещинам [2].

20.2.3. Сопротивляемость XT

Безуглеродистые и малоуглеродистые мартеиситно-стареющие стали проявляют чувствительность к образованию XT только в присутствии Н. Неравномерность распределения водорода по зонам сварного соединения предопределяет места преимущественного зарождения трещин по центру сварного шва, линии сплавления и карбидной сетке в зоне термического влияния. Особенно неблагоприятна многопроходная сварка, при которой увеличение продолжительности пребывания металла в температурном интервале выпадения карбидов и ннтерметаллидов приводит к росту размеров включений, повышению локального напряженного состояния и концентрации Н, облегчающих зарождение трещин. Предотвращение образования XT достигается при наличии в структуре свыше 20 % остаточного аустенита. Действие легирующих элементов обусловлено в основном влиянием двух факторов: изменения растворимости Н и содержания остаточного аустенита в металле шва. При мартенситной структуре повышение содержания Мо и Ni ухудшает, а Мп и Со увеличивает сопротивление холодным трещинам в соответствии с изменением растворимости Н. В то же время Ni и Мо могут играть положительную роль, если при легировании образуется остаточный аустенит.

20.2.4. Структурные и технологические дефекты сварных соединений

Низкий уровень содержания элементов-раскислителей (С, Si и Мп) в мартенситио-стареющих сталях обусловливает определенные трудности с предотвращением образования пористости, несплавлений и загрязненности неметаллическими включениями металла шва. Развитие указанных явлений в существенной мере зависит от содержания А1 и Ti, определяющих также и уровень прочности соединения. Типичное содержание А1 и Ti в сварочных проволоках вызывает неравномерное окисление легирующих элементов в зоне сварки и, как следствие, нестабильность