скрыть подразделы

Главная страница » Влияние термического цикла сварки на структуру и свойства закаливающихся сталей


Влияние термического цикла сварки на структуру и свойства закаливающихся сталей

Стали мартенситного класса 2X13 и 1Х17Н2 (ЭИ268), мартенситно-ферритного — 1X13, 15X11МФБ, 15Х12ВНМФ (ЭИ802), 1Х12В2МФ (ЭИ756), 2Х12ВМБФР (ЭИ993) и сталь 0X13 (ЭИ496), относящаяся к ферритному классу, при воздействии сварочного термического цикла (рис. 1) претерпевают закалку, в результате чего металл в околошовной зоне сварного соединения становится более твердым, прочным и хрупким. Степень изменения этих свойств зависит прежде всего от содержания в стали углерода и других легирующих элементов, упрочняющих твердый раствор и снижающих температуру γ → М превращения, а также от способа и режима (погонной энергии) сварки. Например, при дуговой сварке с минимальной погонной энергией (минимальный сварочный ток, максимально возможная скорость сварки), при которой металл околошовной зоны нагревается и охлаждается весьма быстро, степень подкалки этого металла значительно большая, чем при электрошлаковой сварке.

Влияние углерода на закаливаемость 13%-ных хромистых сталей при сварке показано на рис. 2. В результате сварочного нагрева твердость стали 0X13 с наименьшим содержанием углерода у линии сплавления со швом повышается до 250—270 единиц по Виккерсу, а ударная вязкость снижается до 3—6 кГ • м/см². После отпуска при температуре 700° С твердость этого металла снижается до 170—180 HV, а ударная вязкость повышается до 7—10 кГ • м/см². У стали 2X13 ударная вязкость прн сварке падает ниже 1 кГ • м/см², а после отпуска возрастает до 7,5— 8,5 кГ • м/см². Аналогично стали 2X13 реагирует на сварочный нагрев сталь 1Х17Н2. Сталь 1X13 в этом отношении занимает промежуточное место. Оптимальная температура отпуска сварных соединений этих сталей показана на рис. 3. После 3—5 часового отпуска при температуре 680—720° С (с охлаждением на воздухе) металл в околошовной зоне сварных соединений этих сталей приобретает наиболее оптимальные механические свойства. Температура отпуска сварных соединений высокохромистых жаропрочных сталей несколько выше (730—750°С), а скорость нагрева для отпуска и скорость охлаждения после отпуска меньше, чем обычных хромистых.

Рнс. 1. Термический цикл высоколегированного металла у лишен сплавления со швом при сварке на умеренных режимах электродуговым автоматическим методом (I) и электрошлаковым методом (2); I — область температур перегрева металла; II — область температур распада аустенита.

Рис. 2. Твердость и ударная вязкость металла околошовной зоны сварных соединений сталей 0X13 (I), 1X13 (2) и 2X13 (3) в состоянии после сварки (прерывистые линии) и после отпуска при 700°С 3 ч (сплошные линии).

Следует отметить, что после отпуска сварных соединений ударная вязкость металла у линии сплавления несколько ниже, чем той же стали, не подвергавшейся воздействию сварочного термического цикла. Это особенно заметно у стали 0X13 (см. рис. 2, кривая 1). Снижение ударной вязкости металла в околошовной зоне этих сталей при воздействии сварочного нагрева обусловлено ростом ферритных зерен.

Рнс. 3. Графики изменения твердости и ударной вязкости металла околошовной зоны у линии сплавления со швом сварных соединений Сталей 1Х17Н2 (а) и 2X13 (6) толщиной 4 мм после сварки и отпуска.

Металл в околошовной зоне этих сталей состоит из крупных зерен низкоуглеродистого феррита (светлые зерна) и мелкоигольчатого мартенсита (рис. 4). Причем вследствие меньшего содержания углерода и поэтому наличия большего количества структурно-свободного феррита — δ-феррита, не претерпевающего δ → γ превращения при нагревании сьали и γ → α - превращения при последующем охлаждении, в исходном состоянии стали рост зерна феррита и увеличение его количества при воздействии сварочного нагрева в стали 0X13 больше, чем в стали 2X13. Этим, повидимому, и обусловлено более значительное снижение ударной вязкости в околошовной зоне первой стали по сравнению со второй в состоянии после отпуска.

Рис. 4. Микроструктура металла околошовной зоны сварных соединений сталей 0X13 (а) и 2X13 (б) в состоянии после сварки, Х150.

С повышением погонной энергии сварки размер зерна и увеличение количества низкоуглеродистого (структурно-свободного) феррита в околошовной зоне этих сталей возрастает, а ударная вязкость еще больше снижается.

Рис. 5. Микроструктура 2X13 после закалки от температуры 1010°С (а) и 1300°С (б), Х1000.

Наличие двух типов зерен феррита и мартенсита или продукта распада последнего обусловлено кратковременным пребыванием металла при высокотемпературном нагреве в двухфазной ферритно-аустенитной области (см. рис. 2) и последующим быстрым охлаждением. Вследствие различной растворимости углерода в этих фазах при высоких температурах аустенит обогащается углеродом по сравнению с ферритом. При последующем быстром охлаждении аустенит превращается в пересыщенный углеродом а-твердый раствор с образованием сдвигов и внутреннего наклепа (мартенсит), а обедненные углеродом зерна феррита не претерпевают фазового превращения и сохраняются неизменными. Микротвердость мартенсита в околошовной зоне стали 2X13 прн этом составляет 429—458 кГ/мм², а ннзкоуглеродистого феррита — 152—164 кГ/мм². Благодаря повышенной микротвердости мартенситной фазы общая твердость этого металла равна 315—340 HV, а ударная вязкость находится на весьма низком уровне (рис. 3).

Рис. 6. Микроструктура металла околошовкой аоны сварного соединения стали 2X13 после сварки (а) и после отпуска при 700° С 3 ч (б), Х500.

Описанная дифференциация структуры сталей этого класса происходит лишь при высокотемпературном нагреве (перегреве) стали, в том числе и при нагреве выше температуры 1100° С под закалку. При нагреве в интервале температур 950—1100° С такого изменения структуры стали не происходит (рнс. 5). Прн этом ударная вязкость металла несколько выше (на 1,0— 1,5 кГ-м/см²) по сравнению со сталью, претерпевшей нагрев при 1300° С и более. Следует также иметь в виду, что границы указанного температурного интервала зависят от содержания углерода в стали.

Рис. 7. Микроструктура металла околошовной зоны сварного соединения стали 1Х17Н2 в состоянии после сварки, X150.

При высоком отпуске после сварки карбиды выделяются исключительно из мартенситной фазы, а строение и микротвердость низкоуглеродистого феррита сохраняются неизменными (рис. 6). Металл при этом разупрочняется. При температуре отпуска 680— 720° С твердость стали становится минимальной, а значения ударной вязкости — максимальные, несколько не достигая, однако, исходных.

Аналогично стали 2X13 изменяются при воздействии сварочного термического цикла и последующего отпуска структура (рис. 7), твердость и ударная вязкость (рис. 3,с) металла околошовной зоны сварных соединений стали 1X17Н2. Закаливаемость при воздействии сварочного нагрева 10—12%-ных жаропрочных сталей с вольфрамом, молибденом н ванадием более значительна.

Просмотров: 2720    Создан: 2012-10-02    Источник: Книга. Сварка нержавеющих сталей

Оцените статью: 1 2 3 4 5


Система Orphus