Легирующие элементы придающие стали теплостойкость

Влияние легирующих элементов на сталь – как делают идеальные сплавы?

Влияние легирующих элементов на свойства металлургических сплавов изучено по-настоящему хорошо. Благодаря этому введение в сталь различных добавок позволяет получать композиции с уникальными технологическими характеристиками.

1 Группы легирующих элементов и их обозначение

Компоненты, используемые для улучшения свойств сталей, разбивают по степени применимости на три подвида:

1. Никель – обозначение в готовом сплаве – Н, молибден – М;
2. Марганец – Г, хром – Х, кремний – С, бор – Р;
3. Ванадий – Ф, ниобий – Б, титан – Т, цирконий – Ц, вольфрам – В.

К третьему подвиду относят и остальные элементы для легирования – азот (обозначение – А), медь (Д), алюминий (Ю), кобальт (К), бор (Р), фосфор (П), углерод (У), селен (Е). Отметим, что подобное деление обусловлено в основном экономическими соображениями, а не сугубо физическими.

По характеру воздействия добавок на модификации (полиморфные), наблюдаемые в сталях, все легирующие элементы делят на два типа. К первому относят компоненты, которые при любых температурах способны стабилизировать аустенит (в основном это марганец и никель). Вторая группа включает в себя элементы, которые при определенном своем содержании могут поддерживать ферритную структуру сплава (алюминий, молибден, хром, кремний, вольфрам и другие).

По механизму влияния на свойства и структуру сталей добавки причисляют к одному из трех типов:

1. Легирующие элементы, способные создавать карбиды углерода при реакции с последним (бор, молибден, титан, цирконий).
2. Добавки, обеспечивающие полиморфные превращения (альфа-железо в гамма-железо).
3. Химэлементы, при использовании которых получаются интерметаллические соединения (ниобий, вольфрам).

Правильное легирование сталей подразумевает введение в их состав тех или иных добавок в строго рассчитанных количествах. При этом оптимальных результатов металлурги достигают в случае, когда «насыщение» сплавов производится комплексно.

2 Какие свойства сплавов позволяют улучшить легирующие добавки?

Легирование дает возможность снизить деформируемость изделий, производимых из различных марок стали, снизить порог хладоломкости сплавов, свести к минимуму риск появления в них трещин, значительно уменьшить скорость закалки и при этом повысить:

• прокаливаемость;
• ударную вязкость;
• текучесть;
• сужение (относительное);
• коррозионную стойкость.

Все легирующие добавки (кроме кобальта), повышают прокаливаемость сталей и уменьшают (зачастую весьма существенно) критическую скорость закалки. Достигается это за счет увеличения устойчивости аустенита в сплавах.

Образующие карбиды элементы способны замещать атомы железа в цементите. За счет этого карбидные фазы становятся более устойчивыми. При выделении карбидов из твердых растворов наблюдается явление дисперсионного упрочнения сталей. Другими словами – сплав получает дополнительную твердость.

Также карбидообразующие добавки делают процесс коагуляции дисперсных частиц в сталях более медленным и препятствуют (при нагреве) росту аустенитных зерен. Благодаря таким легирующим компонентам сплавы становятся намного прочнее.

Аустенитную структуру улучшают любыми легирующими добавками, кроме углерода и азота.

Насыщенный добавками аустенит получает высокий показатель теплового расширения, становится парамагнитным, у него снижается предел текучести. Композиции с подобными свойствами незаменимы для выпуска немагнитных и нержавеющих сталей. Аустенитные сплавы, кроме того, прекрасно упрочняются при грамотно проведенной холодной деформации.

Стали, имеющие ферритную структуру, при легировании также обретают добавочную прочность. Максимальное влияние на этот показатель оказывает хром и марганец. Обратите внимание! Прочностные характеристики сплавов увеличиваются при снижении геометрических параметров ферритных зерен.

3 Влияние конкретных химических элементов на свойства стали – коротко об основном

Давайте посмотрим, какие именно характеристики готовых сплавов способны улучшить те или иные добавки:

• Вольфрам создает карбиды, которые повышают красностойкость и показатели твердости стали. Также он облегчает процесс отпуска готовой продукции, снижая хрупкость стали.
• Кобальт увеличивает магнитный потенциал металла, его ударостойкость и жаропрочность.
• Никель повышает прокаливаемость, прочность, коррозионную стойкость, пластичность сталей и делает их более ударопрочными, снижает предел хладноломкости.
• Титан придает сплавам высокую плотность и прочностные свойства, делает металл коррозионностойким. Стали с такой добавкой хорошо обрабатываются специальным инструментом на металлорежущих агрегатах.
• Цирконий вводят в сплавы, когда необходимо получить в них зерна со строго определенными размерами.
• Марганец делает металл устойчивым к износу, повышает его твердость, удароустойчивость. При этом пластичные свойства сталей остаются на прежнем уровне, что важно. Заметим – марганца нужно вводить не менее 1 %. Тогда влияние этого элемента на эксплуатационные показатели сплава будет ощутимым.
• Медь делает металлургические композиции стойкими к ржавлению.
• Ванадий измельчает зерно сплава, делает его прочным и очень твердым.
• Ниобий вводят для снижения явлений коррозии в сварных изделиях, а также для повышения кислотостойкой стальных конструкций.
• Алюминий увеличивает окалийность и жаропрочность.
• Неодим и церий используют для сталей с заданной заранее величиной зерна, сплавов с малым содержанием серы. Эти элементы также снижают пористость металла.
• Молибден повышает прочность сплавов на растяжение, их упругость и красностойкость. Кроме того, эта легирующая добавка делает стали стойкими к окислению при высоких температурах.

Больше влияние на характеристики сталей оказывает кремний. Он повышает окалийность и упругость металла. Если кремния содержится около 1,5 %, сталь становится вязкой и при этом очень прочной. А при его добавке более 1,5 % сплавы обретают свойства магнитопроницаемости и электросопротивления.

Грамотно выполненное легирование сталей обеспечивает их особыми свойствами. И современные металлургические предприятия активно используют этот процесс для выпуска широкой номенклатуры сплавов с высокими технологическими характеристиками.

Легирующие элементы в жаропрочных сплавах

Практически все жаропрочные сплавы создаются на металлургических производствах с использованием технологии легирования. Сущность технологии заключается в расширении химического состава и усложнении структуры базовой основы сплава путем введения в него различных легирующих элементов. В конечном итоге сплав приобретает жаропрочность – способность длительное время сохранять механическую прочность и коррозионную стойкость при высоких температурах эксплуатации.

Принцип повышения жаропрочности сплавов

Пластическая деформация и разрушение сплава при интенсивном нагреве объясняется ослаблением и нарушением межатомных связей и диффузной ползучестью материала, краевой дислокацией в структуре кристаллической решетки. Чтобы сделать сплав жаропрочным, необходимо стабилизировать его структуру, предотвратить или свести к минимуму деформационные процессы, протекающие под воздействием высоких температур.

Для решения этих задач сплавы упрочняют легирующими элементами, которые повышают энергию, прочность и стабильность кристаллических связей, замедляют диффузию, оказывая влияние на увеличение размера зерен и упрочнение их границ, препятствуют рекристаллизации. Для наибольшего эффекта легирование выполняется не одним, а несколькими химическими элементами, которые помимо жаропрочности придают сплаву дополнительные технологические свойства.

Выбор легирующих элементов для жаропрочных сплавов

Выбор химических элементов для легирования сплава с целью повышения его жаропрочности определяется свойствами, которые ему необходимо придать. Среди часто применяемых для легирования элементов можно назвать никель (Ni), вольфрам (W), молибден (Mo), ванадий (V), кобальт (Co), ниобий (Nb), титан (Ti). Каждый по-своему влияет на физические и химические характеристики сплава, поэтому, как правило, они вводятся в базовый состав комплексно, в различных комбинациях и пропорциях.

Например, молибден, титан и ниобий являются карбидообразователями. Связывая содержащийся в сплаве углерод в прочные карбиды, они обеспечивают эффективное торможение дислокаций и диффузий, усиливают межатомные связи, способствую формированию более стабильной структуры материала и повышению его жаропрочности. Наличие в сплаве никеля обуславливает его сопротивление к окислению на воздухе, а в комбинации с кобальтом, никель способствует повышению длительной прочности сплава.

Ферросплавы как наиболее эффективная форма легирования жаропрочных сплавов

В металлургии для получения разных марок жаростойких сплавов, используют специальные полупродукты на основе железа (Fe), содержащие определенный процент необходимого легирующего элемента – ферросплавы. Вводимые в жидкую субстанцию того или иного металла, ферросплавы, в виде чушек, блоков или гранул, значительно упрощают технологическую схему и сам процесс корректировки химического состава жаростойкого сплава.

Необходимо отметить, что ферросплавами условно называют и те полупродукты, где железо не является базовой основой, а содержится лишь в виде примеси. Сортамент ферросплавов для легирования жаростойких металлов весьма разнообразен. Наиболее важными ферросплавами в современной металлургии являются ферроникель, ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий, феррониобий, ферротитан, феррокобальт.

Роль легирующих элементов в составе жаропрочных сплавов

Рисунок 1. Сводная таблица легирующих элеменнтов.

Никель

Никель повышает пластичность, вязкость, теплоемкость сплава, увеличивает его сопротивляемость к образованию трещин и коррозии, улучшает возможности термообработки. В связи с этим ферроникель – один из самых распространенных и востребованных ферросплавов глобальной металлургической отрасли. Мировые стандарты определяют пять марок ферроникеля, содержащего 20-70% никеля, плюс незначительное количество углерода (С), серы (S), фосфора (Р), кремния (Si), хрома (Cr), меди (Cu).

Легированные никелем жаропрочные сплавы, как правило, содержат 8-25% никеля, а некоторые до 35% и более. Однако из-за того, что никель снижает твердость сплава, для легирования его обычно используют не в чистом виде, а в сочетании с железом, хромом, молибденом, титаном, ниобием и другими элементами. В качестве примера можно привести сплавы марок 12Х18Н9Т (Fe – около 61%) и 10Х17Н13МЗТ (Fe – около 67%) с содержанием никеля 8-9,5% и 12-14% соответственно.

Молибден и вольфрам

На физические характеристики сталей и сплавов вольфрам и молибден оказывают схожее влияние, существенно увеличивая предел длительной механической прочности при температурах до 1800°C (в вакууме). Достаточно ввести 0,3-0,5% этих элементов в сплав, чтобы заметно усилить его сопротивление ползучести, укрепить межатомные связи кристаллической решетки, повысить температурный предел рекристаллизации. Для сталеплавильной и литейной промышленности производят легирующие ферросплавы из молибдена и вольфрама с железом: ферромолибден (55-60% Мо) и ферровольфрам (65-85% W).

Для легирования в сплавы обычно вводят относительно небольшое количество молибдена (около 0,2-20%) и вольфрама (до 10-12%), поскольку переизбыток этих элементов способен повысить хрупкость сплава при нагреве. В качестве примера сплава, легированного молибденом и вольфрамом можно привести жаропрочную низколегированную сталь 12Х1МФ (Fe – около 96%) с содержанием Мо 0,25-0,35 процента. В этом же ряду жаропрочная релаксационностойкая сталь 20Х3МВФ (Fe – около 93%) содержащая Мо 0,35-0,55% и W 0,3-0,5%, а также сплав на основе никеля ХН57МТВЮ (Мо 8.5-10%, W 1.5-2.5%, Fe 8-10% и т.п.)

Ванадий

Для легирования в сплавы обычно вводят относительно небольшое количество молибдена (около 0,2-20%) и вольфрама (до 10-12%), поскольку переизбыток этих элементов способен повысить хрупкость сплава при нагреве. В качестве примера сплава, легированного молибденом и вольфрамом можно привести жаропрочную низколегированную сталь 12Х1МФ (Fe – около 96%) с содержанием Мо 0,25-0,35 процента. В этом же ряду жаропрочная релаксационностойкая сталь 20Х3МВФ (Fe – около 93%) содержащая Мо 0,35-0,55% и W 0,3-0,5%, а также сплав на основе никеля ХН57МТВЮ (Мо 8.5-10%, W 1.5-2.5%, Fe 8-10% и т.п.)

С целью повышения характеристик по жаропрочности, состав легирующих элементов усложняется, часто вместе с ванадием в сплав вводятся молибден, хром, никель и т.п. Показательным примером такой технологии легирования может служить жаропрочный сплав на основе железа марки 12Х2МФСР (Fe – около 95%) с содержанием V 0,2-0,35%, Мо 0,5-0,7%, Cr 1,6-1,9%, Ni до 0,25% и т.д. Еще один пример мультилегирования сплава с применением ванадия – жаропрочная сталь 15Х2М2ФБС, включающая в себя V 0,25-0,4%, Мо 1,2-1,5 %, Cr 1,8-2,3%, Ni до 0,3% и т.д.

Специальные ферросплавы

Все используемые в литейном производстве жаропрочных сплавов ферросплавы условно делятся на две группы: первая — ферросплавы массового применения, вторая — специальные ферросплавы. Ко второй группе относятся соединения железа с титаном, кобальтом, ниобием и рядом других элементов. Специальные ферросплавы применяют в небольших пропорциях 4–6%, и не только для повышения рабочей температуры жаропрочных сплавов, но для придания им особых свойств.

Например, феррониобий применяется для легирования жаропрочных хромоникелевых сталей, поскольку ниобий эффективно препятствует межкристаллитной коррозии, разрушающей границы зерна и ведущей к потере прочности материала. В свою очередь ферротитан вводится в жаропрочные сплавы для усиления общих антикоррозийных характеристик. Кроме того, титан улучшает свариваемость нержавеющих сталей. Легирование жаропрочных сплавов феррокобальтом позитивно сказывается на их релаксационной стойкости, особенно это касается хромистых сталей.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Легирующие элементы придающие стали теплостойкость

Уважаемые преподаватели, сотрудники и студенты!

Уведомляем Вас о том, что в период с 16.07.2021 по 01.08.2021 гг. доступ к Образовательному порталу МГТУ им. Г.И. Носова будет закрыт в связи с плановыми техническими работами, сервисы Образовательного портала могут быть не доступны.

Справки об обучении студенты могут заказать по телефону: 23-57-55 (Москвина Анна Вадимовна).

Справки о доходах студенты могут заказать по телефону: 22-09-19 (Ильина Венера Ахатовна).

Международный молодежный конкурс социальной антикоррупционной рекламы

«Вместе против коррупции!»

Продолжается приём работ на Международный молодёжный конкурс социальной антикоррупционной рекламы «Вместе против коррупции!». Конкурс проводится для молодёжи из всех государств мира. Он организован Генеральной прокуратурой Российской Федерации при поддержке Минпросвещения России.

Приём работ продлится до 1 октября 2021 года на официальном сайте конкурса https://www.anticorruption.life/ в двух номинациях – социальный плакат и социальный видеоролик. Участниками могут стать граждане любого государства (авторы – физические лица или творческие коллективы) в возрасте от 14 до 35 лет.

Для участия в конкурсе необходимо заполнить регистрационную форму на сайте и подтвердить своё согласие с правилами конкурса, а также дать согласие на обработку персональных данных. Конкурсные работы в электронном виде загружаются через личный кабинет на сайте.

Подробнее с правилами можно ознакомиться здесь.

Технологии будущего: квантовый курс CERN по-русски

Некоммерческая школа стартапов RUSSOL, партнер запустила краудфандинг курса по основам квантовых вычислений. На русский язык будут переведены 7 лекций об альтернативе классическим вычислениям, основанной на процессах квантовой физики — ее базовых алгоритмах, способах применения сейчас и возможностях использования завтра.

Все материалы созданы экспертами CERN — крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий, построившей и запустившей “тот самый” Большой адронный коллайдер.

Внедрение квантовых компьютеров в ближайшие 15-30 лет даст возможности, недоступные сейчас даже суперкомпьютерам, а также позволит значительно ускорить разработку лекарственных препаратов, и создавать принципиально новые типы материалов (например, мы сможем предсказывать механические свойства полимеров).

Чтобы не остаться на обочине прогресса, стать востребованными и влиться в гонку технологий, студентам уже сейчас необходимо понимать основы квантовых вычислений. Открытый для студентов курс CERN — это шанс стать первопроходцем и научиться создавать новые продукты и приложения на базе квантовых технологий уже сегодня.

В результате реализации инициативы на Youtube появится отдельный канал с лекциями с русскими субтитрами и сайт с расшифровками и конспектами. После вычитки перевода курс будет доступен студентов КГЭУ, Сколтеха, МФТИ и ряда других. Чуть позднее — доступ получат все желающие.

Кампания продлится 30 дней. Ее авторы просят вас рассказать о запуске своим друзьям, а также распространить информацию о нем в соцсетях. Взамен — вы получите доступ к курсу первыми. Поддержать авторов можно и рублем, ну или символической сотней). Важны не столько деньги, сколько факт участия. Подробности — на странице кампании.

Квантовые вычисления — одна из четырех технологий, которую поддерживает программа RUSSOL 365 — наряду с автономными роботами, летающими автомобилями и освоением космоса. Цель кампании — способствовать появлению в России будущих Масков, Гейтсов и Безосов и в перспективе — ускорению технологического развития нашей страны. Хорошо развиваться экономика должна и здесь, а не только за рубежом.

Сталь — легирующие элементы

Влияние легирующих элементов.Присутствие в стали легирующих элементов улучшает ее свойства.

Легированная сталь имеет высокую прочность и вязкость.

Некоторые легирующие элементы, например никель, кремний, кобальт, медь, не образуют с углеродом химических соединений — карбидов — и в основном распределяются в феррите.

Другие же элементы — вольфрам, хром, ванадий, марганец, молибден, титан и др. — образуют с углеродом карбиды.

Наличие карбидов в легированной стали способствует повышению ее твердости и прочности, а в инструментальной стали — и режущих свойств.

Легирующие элементы не только улучшают механические свойства стали (главным образом в термически обработанном состоянии), но в значительной степени изменяют ее физические и химические свойства. Влияние отдельных легирующих элементов на свойства стали сводится в основном к следующему:

Марганец повышает прочность и твердость стали, увеличивает прокаливаемость, уменьшает коробление при закалке, повышает режущие свойства стали, но вместе, с тем способствует росту зерна при нагреве, чем снижает стойкость стали к ударным нагрузкам.

Хром затрудняет рост зерна при нагреве, повышает механические свойства стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание. При значительных количествах хрома сталь становится нержавеющей и жаростойкой.

Кремний значительно повышает упругие свойства стали, но несколько снижает ударную вязкость.

Никель повышает упругие свойства стали, не снижая вязкости, противодействует росту зерна, улучшает прокаливаемость и механические свойства стали. При значительных количествах никеля сталь становится немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.

Молибден противодействует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства стали вследствие образования карбидов, уменьшает склонность стали к хрупкости при отпуске, повышает жаростойкость стали.

Кобальт повышает прочность стали при ударных нагрузках, улучшает жаропрочность и магнитные свойства стали.

Вольфрам, так же как и молибден, повышает твердость и режущие свойства стали, уменьшает рост зерен при нагреве, повышает жаростойкость.

Ванадий способствует раскислению стали, противодействует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства стали.

Титан является раскислителем стали, способствуя также удалению из нее азота, благодаря чему сталь получается более плотной, однородной и жаропрочной.

Наиболее эффективно повышение свойств стали под влиянием легирующих элементов наблюдается в термически обработанном состоянии. Поэтому в огромном большинстве случаев детали из легированных сталей применяют после закалки и отпуска.

Максимальное значение механических свойств достигается одновременным присутствием в стали двух или более легирующих элементов.

Таким образом, в машиностроении наряду с хромистыми, марганцовистыми, кремнистыми и другими сталями широко применяются и более сложные — хромоникелевые, хромокремнемарганцовистые, хромовольфрамовые и другие стали.

Почти все легирующие элементы понижают значение критических точек при охлаждении и уменьшают критическую скорость закалки стали.

Практически это значит, что легированные стали, содержащие эти элементы, следует охлаждать при закалке не в воде, как это необходимо для углеродистых сталей, а в масле.

Таким образом, легированная сталь удовлетворяет самым разнообразным требованиям машиностроительной промышленности и во многих случаях заменяет более дорогие цветные металлы и сплавы.

Применение легированной стали непрерывно расширяется в связи с усовершенствованием конструкций машин и приборов.

ЛЕГИРОВАННЫЕ ТЕПЛОСТОЙКИЕ СТАЛИ

Теплостойкими или теплоустойчивыми называют стали, эксплуатирующиеся при температурах до Тэксп =

500.. .580 °С в течение t — Ю4. ^ ч. По степени легиро­вания к теплоустойчивым сталям в основном относят­ся низко — и среднелетированные перлитные стали. Со­держание углерода в этих сталях составляет 0,08. 0,17%. В соответствии с условиями эксплуатации теплоустой­чивые стали должны обладать сопротивлением ползучес­ти, длительной прочностью и жаростойкостью. Обеспе­чение перечисленных свойств в интервале температур эксплуатации достигается путем легирования сталей хромом (0,5. 2,0%), молибденом (0,2. 1,0%), ванадием (0,1. 0,3%), добавками W, Ті, Si и соответствующей тер­мообработкой (улучшением).

Известны два основных направления получения тре­буемого уровня теплостойкости.

Первый путь — обеспечение теплостойкости за счет структурного упрочнения твердого раствора хромом и молибденом, что повышает температуру рекристаллиза­ции железоуглеродистого сплава и снижает интенсив­ность диффузионных процессов (разупрочнение) при

высокотемпературной эксплуатации. Кроме того, в про­цессе длительной эксплуатации при Т = 450. 600 °С мо­либден образует с железом интерметаллид Fe2Mo (фазу Лавеса), что повышает длительную прочность стали за счет дисперсионного твердения, т. е. созданием на грани­цах зерен препятствий для движения дислокации. Оп­тимальным содержанием Мо в стали является 0,4. 1,3%.

Второй путь структурного упрочнения стали — это введение в сталь сильных карбидообразующих — вана­дия и ниобия. Эти элементы, находясь в металле в виде высокодисперсных карбидов VC и NbC, растворенных в зернах, также повышают длительную прочность ста­ли. Такие теплоустойчивые стали с карбидным упроч­нением подвергают полной термической обработке: закалке на мартенсит и высокому отпуску. Во время пос­леднего и образуются мелкодисперсные карбиды VC и NbC. Однако длительная эксплуатация изделий при Т = 550. 600 °С приводит к коагуляции этих карбидов и их расположению вблизи границ зерен, что ведет к возможности межзеренного разрушения (охрупчива­нию) и снижению теплостойкости сталей.

Поэтому для сварных соединений предпочтительным является первый путь структурного упрочнения сталей, так как он позволяет получать более пластичный металл шва по сравнению с карбидным упрочнением и обеспе­чивает большую стабильность структуры в процессе длительной эксплуатации.

Разработаны и используется большое число марок сталей, в которых для упрочнения применяются оба указанных механизма.

Теплостойкие стали используются для изготовления сварных узлов парогенераторов, трубопроводных систем энергетических и нефтехимических установок, атомных реакторов и т. д. Наиболее известными являются марки сталей 12ХМ, 12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ (Траб = 450. 550 °С)

и 12Х1МФ, 15Х1МФ, 20ХМФЛ, 12Х2МФЛ и др. (Т, мб=

550.. .580 °С) Химическим состав и свойства сталей рег­ламентированы ГОСТ 20072—74 и указаны в литературе [12]. Оптимальные механические свойства и их стабиль­ность в течение 100 000 ч (10 лет) обеспечиваются струк­турой перлита, получаемой после закалки с последую­щим высоким отпуском или после нормализации.

Характеристика свариваемости и рекомендации по сварке

Физическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая отношением металла к плавлению, метал­лургической обработке и последующей кристаллизации, не вызывает существенных осложнений, что при совре­менных сварочных материалах и уровне технологии по­зволяет обеспечить необходимую стойкость металла швов против образования горячих трещин и высокие ха­рактеристики их работоспособности.

Технологическая (иногда называемая тепловой) сварива­емость осложняется охрупчиванием металла в результате образования метастабильных (неустойчивых) структур в участках соединения, нагревавшихся выше температу­ры Асз, и разупрочнением в участках, нагревавшихся в интервале температуры — температура отпуска ста­ли. Образование хрупких структур (мартенсита) и сум­мирование сварочных и эксплуатационных напряжений могут исчерпать пластичность металла и вызвать разру­шение конструкции из-за образования холодных тре­щин как сразу после сварки, так и в течение определен­ного времени после ее окончания.

Образование закалочных структур во многом опреде­ляется системой легирования сталей и швов: хромомо- либденованадиевые стали более склонны к холодным

трещинам по сравнению с хромомолибденовыми. По­явлению «замедленных» холодных трещин способству­ет диффузионно подвижный водород.

Улучшение свариваемости (предотвращение холод­ных трещин) достигается местным или общим сопут­ствующим подогревом изделия. Подогрев уменьшает скорость охлаждения металла, снижает напряжения пер­вого рода, что способствует уменьшению количества об­разующегося мартенсита. Кроме того, подогрев метал­ла в процессе сварки способствует эвакуации водорода из сварного соединения и тем самым увеличивает его деформационную способность. Однако температура подогрева соединений должна быть ограничена как по нижнему, так и по верхнему пределу. Слишком малый подогрев не устраняет закалочных структур, а боль­шой — способствует образованию грубой ферритно — перлитной структуры, что снижает ударную вязкость и длительную прочность соединений. В некоторых случа­ях (при больших толщинах) предотвращение образова­ния холодных трешин и хрупких разрушений сварных соединений достигается выдержкой их после сварки при Т = 150. 200 °С в течение нескольких часов, необходи­мых для завершения превращения остаточного аустсни — та и снижения концентрации водорода в шве и ЗТВ.

Как указывалось, технологическую свариваемость ос­ложняет также разупрочнение зоны термического вли­яния в участке отпуска. Это происходит потому, что за­готовки из теплоустойчивых сталей поступают на сварку, как правило, в термически упрочненном состоянии (нормализация или закалка с отпуском), а нагрев ука­занного участка при сварке снимает упрочнение. Сте­пень разупрочнения определяется уровнем легирования и тепловым режимом сварки. Чем больше погонная энергия (большой ток, малая скорость сварки), тем

шире зона и степень разупрочнения. Мягкая разупроч — ненная ферритная прослойка в зоне термического вли­яния может явиться причиной локальных разрушений жестких соединений в процессе эксплуатации.

Устранения разупрочнения можно добиться термооб­работкой (нормализация + отпуск при Т = 700 °С) пос­іє сварки.

Появлению локальных хрупких разрушений в про­цессе длительной эксплуатации при Т = 450 ..600 °С может способствовать изменение свойств металла в зоне сплавления из-за интенсивного развития диффузионных процессов между основным металлом и металлом шва. Это относится, в первую очередь, к диффузии углерода. Миграция углерода из стали в шов или наоборот наблю­дается даже при небольшом различии в легировании их карбидообразующими элементами, часть из которых «удерживает» около себя углерод и «вытягивает» его из зон, где концентрация карбидообразующих элементов меньшая. Это приводит к образованию в процессе экс­плуатации обезуг/іероженной (ферритной) прослойки с одной стороны линии сплавления и карбидной гряды с другой, что существенно снижает пластичность соеди­нения в целом и ведет к его разрушению (пример: сталь 12Х1МФ — шов 10ХЗМ1БФ — со стороны шва по ли­нии сплавления формируются карбиды, а со стороны стали — обезуглероженная зона). Указанные обстоятель­ства требуют, чтобы сварочные материалы обеспечива­ли состав шва, близкий к химическому составу основ­ного металла, либо чтобы шов был более аустенитным (пластичным), чем свариваемый металл.

Общими рекомендациями по всем способам дуговой сварки являются: обязательная и тщательная зачистка и подготовка поверхности свариваемых кромок, постоян­ство тепловых режимов, надежная защита зоны сварки и жесткое соблюдение режимов подогрева и термообра­ботки сварных соединений.

Разделка кромок осуществляется механически или плазменно-дуговой резкой. Сварку проводят при темпе­ратуре окружающего воздуха не ниже О °С с предвари­тельным и сопутствующим местным или общим подо­гревом (табл. 11.1).

Рекомендуемые температуры подогрева при сварке и термообработки после сварки

Рекомендуемая температура подогрева

Рекомендуемая температура отпуска после сварки