Характеристика теплоустойчивых сталей . Стали теплоустойчивые
Теплоустойчивая жаропрочная сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Теплоустойчивая жаропрочная сталь
Cтраница 1
Теплоустойчивые и жаропрочные стали, предназначенные для изготовления деталей, работающих при 500 - 650 С. Детали, изготовленные из этих сталей, имеют широкую номенклатуру применения в котлах и турбинах тепловых электростанций. Для группы сталей, начиная от сравнительно простых низколегированных перлитных теплоустойчивых и кончая аустенитными в основном типа 18Сг - 8Ыь, практически невозможно выделить основной эксплуатационный температурный режим. [1]
Созданы высоколегированные нержавеющие, кислотоупорные, окалиностойкие, теплоустойчивые и жаропрочные стали и сплавы, а также стали и сплавы с особыми свойствами, лежащие в основе современного специализированного Машиностроения и приборостроения. [2]
Для теплоустойчивых и жаропрочных сталей перлитного, бейнитного, мартенситного и аустенитного классов, а также для сплавов на никелевой основе в настоящее время находят основное применение карбидное и интерметаллидное упрочнения. При реализации эффекта карбидного упрочнения основными легирующими элементами являются в сталях с решеткой а - Fe хром, молибден, ванадий и иногда ниобий; в аустенитных сталях - хром, молибден, титан и ниобий. Эффект карбидного упрочнения определяется стойкостью карбидов и наибольший при использовании карбидов типов TiC, NbC и VC, в состав которых не входит основной элемент - железо. За счет карбидного упрочнения может быть сохранена удовлетворительная длительная жаропрочность сталей с решеткой а - Fe до 550 - 570 С, а аустенитных сталей до 650 С. В сплавах на никелевой основе карбидное упрочнение не используется ввиду его нестабильности при температурах выше 650 С. [3]
Для ряда теплоустойчивых и жаропрочных сталей, в первую очередь для хромомолибденованадиевых перлитных и высокохромистых ферритных и феррито-аустенитных сталей, в результате проведения термической обработки возможен сдвиг порога хладноломкости в область положительных температур. В этом случае материал при комнатной температуре становится хрупким, оставаясь в то же время вязким при рабочей температуре. [4]
В стандартах на теплоустойчивые и жаропрочные стали, применяемые для лопаток турбин, не регламентирована ударная вязкость, что снижает качество и надежность турбомеханизмов. [5]
В сварных соединениях теплоустойчивых и жаропрочных сталей наиболее вероятными участками образования хрупких разрушений могут быть либо шов, либо участок околошовной зоны вблизи границы сплавления. Факторами, способствующими разрушению, являются конструктивные и технологические концентраторы различного характера. В большинстве случаев очагом хрупких трещин при высоких температурах служат дефекты типа несплавлешгй, шлаковых включений и. Отрицательное влияние концентраторов обычно тем больше, чем выше легирование стали. [7]
Пути повышения работоспособности сварных узлов из теплоустойчивых и жаропрочных сталей / / Автоматическая сварка. [8]
При сварке трубных элементов котлов и трубопроводов высокого давления из углеродистых, легированных теплоустойчивых и жаропрочных сталей в зимний период необходимо соблюдать следующие условия. [9]
Обобщенные результаты исследований причин преждевременных эксплуатационных повреждений и установленные закономерности долговечности теплоустойчивых и жаропрочных сталей при термоциклической и комбинированных режимах на-гружения позволяют сформулировать подходы при выборе метода расчета долговечности рассматриваемых элементов теплоэнергетического оборудования с учетом условий эксплуатации в области ползучести. [10]
Эффективность метода проверена на целом ряде соединений труб с трубными решетками из низкоуглеродистых, теплоустойчивых и жаропрочных сталей, а также некоторых цветных металлов. [11]
Достигнутые в этом направлении успехи обеспечили внедрение в серийное производство новых материалов, и теплоустойчивые и жаропрочные стали заняли в конструкциях турбин от 7 до 27 % от общего веса металла. [13]
Сталь качественная калиброванная ( ГОСТ 1051 - 73) холоднотянутая, изготовляется из углеродистой, легированной, автоматной, быстрорежущей, легированной и углеродистой инструментальной, коррозионно-стойкой, жаропрочной, рсссорно-пружпнной, теплоустойчивой и жаропрочной стали в соответствии с заказом в нагартованном или термически обработанном состоянии. [14]
Сталь качественная калиброванная ( ГОСТ 1051 - 73) холоднотянутая, изготовляется из углеродистой, легированной, автоматной, быстрорежущей, легированной и углеродистой инструментальной, коррозионно-стойкой, жаропрочной, рессорно-пружинной, теплоустойчивой и жаропрочной стали в соответствии с заказом в нагартованном или термически обработанном состоянии. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Низколегированная теплоустойчивая сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Низколегированная теплоустойчивая сталь
Cтраница 1
Низколегированные теплоустойчивые стали обладают длительной механической прочностью при высокой температуре. Их применяют в машиностроении при изготовлении паровых энергетических установок. При сварке этих сталей могут образовываться трещины в зоне термического влияния, особенно при толщине стали более 6 - 7мм или повышенном содержании углерода и хрома. Стали 15ХМА и 12Х1МФ толщиной до 6 мм можно сваривать без подогрева; стали 20ХМА, 20ХМФЛ, 12Х2МФ, 12Х2М1Л и др. с повышенным содержанием С или Сг нуждаются в предварительном и сопутствующем подогреве до температуры 150 - 200 С при любой толщине свариваемых элементов. Необходимо также регулировать режим сварки, добиваясь замедленной скорости охлаждения QT 1 Д 25 С / с в зависимости от марки стали. Такой усредненный тепловой режим при сварке этих сталей необ-ходим по двум причинам: чтобы избежать появления закалочных структур, что - достигается повышением тепловложения; чтобы избежать перегрева зоны термического влияния, приводящего к росту зерна и ухудшению механических свойств, что достигается умеренным тепловложением. Для сварки теплоустойчивых низколегированных сталей предусмотрено 9 типов электродов. Применяют ряд марок электродов с основным покрытием. Конструкции толщиной более 6 мм, а также имеющие конструктивные концентраторы напряжений, после сварки подвергает высокому отпуску. [1]
Низколегированные теплоустойчивые стали должны обладать повышенной механической прочностью при высоких температурах и при длительных постоянных нагрузках, а также достаточной жаростойкостью. Прочность при высоких температурах, кроме обычных характеристик ( временное сопротивление, предел текучести и др.), оценивается особыми критериями механической прочности в нагретом состоянии. В большинстве случаев жаропрочность определяется величиной предела ползучести и длительной прочностью. [2]
Низколегированные теплоустойчивые стали имеют еще некоторые особенности, которые сказываются на условиях проведения их термической обработки - это их пониженная теплопроводность, повышенная температура потери упругих свойств ( температура размягчения) и возможность снижения сопротивления деформации и разрушению границ зерен по сравнению с телом зерна при температуре - 650 С. С другой стороны, относительное ухудшение свойств на границах зерен при 650 С требует, наоборот, быстрого прохождения этого интервала при нагреве. [3]
Низколегированные теплоустойчивые стали должны обладать повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Наиболее широко теплоустойчивые стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. Для повышения жаропрочности в их состав вводят молибден ( М), вольфрам ( В) и ванадий ( Ф), а для обеспечения жаростойкости - хром ( X), образующий плотную защитную пленку на поверхности металла. [4]
Очень часто низколегированные теплоустойчивые стали применяют в термически обработанном состоянии: после нормализации о высоким отпуском и, реже, после закалки с отпуском. В процессе такой термической обработки перед сваркой в сталях создается мелкозернистое строение с мелкими равномерно распределенными частицами карбидов. Естественно, что сварка портит структуру стали в ЗТВ: в областях, прилежащих к сплавлению, растут зерна и появляются элементы неравновесных структур в области, нагревавшейся выше 900 С. В участках, нагревавшихся до более низких температур ( 700 - 900 С), происходят укрупнение карбидных выделений и некоторое снижение прочности. [5]
Большую группу составляют низколегированные теплоустойчивые стали перлитного класса. Большинство из них относятся к хромомолибденованадиевым сталям. Наиболее активно жаропрочность стали повышает молибден. Хром повышает окалиностойкость стали. [6]
Сварка под флюсом низколегированных теплоустойчивых сталей осуществляется проволокой с повышенным содержанием легирующих элементов. Для сварки низколегированных сталей больших толщин применяется электрошлаковая сварка. [7]
При изготовлении изделий из низколегированных теплоустойчивых сталей наибольшее распространение находит ручная сварка покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в защитных газах. Работа конструкций при высоких температурах способствует протеканию диффузионных процессов. Поэтому для снижения интенсивности протекания этих процессов в сварном соединении стремятся максимально приблизить составы металла шва и основного. Для сварки хромомолиб-деновых сталей применяют электроды типа ЭМХ. Стали с малым содержанием углерода рекомендуется сваривать с предварительным подогревом до 200 С, при большем содержании подогрев производят при 250 - 300 С. [8]
Приварка упоров к трубопроводам из низколегированных теплоустойчивых сталей должна выполняться по одной из схем рис. 5.19. В случае приварки упора двумя фланговыми швами ( рис. 5.19 а) каждый слой сваривается в направлении, противоположном направлению сварки предыдущего слоя. [10]
Более сложной является технология сварки низколегированных теплоустойчивых сталей марок 12МХ, 12ХМФ и др. с содержанием хрома, молибдена и ванадия. Для их сварки требуется предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 250 - 350 С, а также последующая термическая обработка сварного соединения. [11]
В монтажных условиях стыки труб из низколегированных теплоустойчивых сталей при толщине стенки более 12 мм и из прочих сталей при толщине стенки более 20 мм следует сваривать неповоротными во избежание появления трещин в первых слоях шва во время поворота. Если сварка производится на вращающихся устройствах, то стыки труб независимо от толщины стенки можно сваривать поворотными. [12]
Стыки труб ( деталей) из низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного и мартенситно-ферритного классов следует сваривать без перерыва. Не допускается прекращение сварки стыка до заполнения хотя бы половины высоты разделки по всей окружности. При вынужденных перерывах в работе ( авария, отключение тока) необходимо обеспечить медленное и равномерное охлаждение стыка любыми доступными средствами ( например, обкладкой листовым асбестом), а при возобновлении сварки следует подогреть стык ( если это требуется) до температуры, указанной в табл. 4.3. Эту температуру нужно поддерживать до окончания сварки. [14]
Аргонодутовую сварку корневой части шва стыков труб из низколегированных теплоустойчивых сталей ( см. приложение 20) допускается выполнять с подогревом 60 - 100 С. [15]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Теплоустойчивая сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Теплоустойчивая сталь
Cтраница 2
Циклически разупрочняющаяся теплоустойчивая сталь при симметричном цикле нагружения характеризуется интенсивным накоплением деформаций при значениях напряжений, превышающих предел пропорциональности; накопление пластической деформации завершается квазистатическим разрушением. [17]
Низколегированные молибденовые и хромомолибде-новые теплоустойчивые стали применяют для изготовления труб в котлах высокого давления. Пламя горелки должно быть нормальным, мощностью 100 - 130 л / ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла. [18]
Теплоустойчивую сталь 20ХМФЛ сваривают в углекислом газе проволокой Св - 08ХГСМФА с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 300 - 350 С, что обеспечивает повышение стойкости шва против трещин и снижение твердости металла шва и околошовной зоны. Сварное соединение стали 20ХМФЛ, выполненное в углекислом газе проволокой Св - 08ХГСМФА, по всем показателям равноценно основному металлу. [19]
Теплоустойчивым сталям перлитного класса свойственна некоторая нестабильность структуры и свойств, проявляющаяся в процессе длительной работы. Характерными формами нестабильности структуры являются графитизация и сфероидизация. Наиболее опасна графитизация, так как она приводит к резкому снижению жаропрочности и пластичности стали, что сопряжено с опасностью хрупкого разрушения паропровода. Явление графитизации заключается о том, что при длительном воздействии температур нестойкие карбиды железа и молибдена с течением времени коагулируют ( укрупняются) и распадаются с выделением свободного графита, особенно в зонах сварных швов. При этом резко ослабляется межзеренное сцепление, и металл разрушается под воздействием рабочих напряжений. [20]
Среднелегированные теплоустойчивые стали обычно содержат не более 0 25 % С и до 6 0 % Сг в качестве обязательного легирующего элемента. Дополнительно сталь может быть легирована молибденом, ванадием, вольфрамом и ниобием. Никелем стали этой группы, как правило, не легируют. Химический состав среднелегированных жаропрочных сталей регламентирован ГОСТ 4543 - 71 и специальными ТУ. [21]
Для теплоустойчивой стали при асимметричном и симметричном циклах нагружения и напряжениях выше предела пропорциональности интенсивность накопления пластических деформаций так велика, что при достижении уровня деформации, соответствующего однократному разрушению, осуществляется только квазистатическое разрушение. Кривая изменения поперечного сужения при разрушении, полученная при различных степенях асимметрии приведена на рис. 26, из которого следует, что независимо от степени асимметрии разрушение происходит при одинаковой деформации. Аналогично испытания стали 45 при асимметричных циклах напряжений ( г - 0 9; - 0 5; - 0 3) показали, что характер разрушения при напряжениях, превышающих предел пропорциональности, квазистатический, и деформация при разрушении не зависит от степени асимметрии. [23]
Для теплоустойчивых сталей граничные температуры, определяющие способ расчета допускаемого напряжения, повышают в соответствии с изменением теплоустойчивых свойств сталей. [24]
Исследование теплоустойчивых сталей для подшипников, предназначенных для работы при повышенных температурах. [25]
Применение теплоустойчивых сталей обеспечивает возможность нормальной эксплуатации конструкций в условиях высоких температур при значительных напряжениях и в особых средах, способствующих химическому и механическому разрушению металла. Наиболее широко теплоустойчивые стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. [26]
Нагрев теплоустойчивых сталей перед сваркой и поддержание уровня заданной температуры з процессе сваркь янляются важнейшими условиями получения соединений без трещин. [27]
Сварку теплоустойчивых сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных сталей. При сварке необходимо полностью проваривать корень шва, для чего первый слой выполняют электродом диаметром 2 - 3 мм. Большая часть электродов требует сварки на постоянном токе обратной полярности. [28]
Сварка теплоустойчивых сталей производится с подогревом и последующей термообработкой - высоким отпуском. [29]
Разупрочнение теплоустойчивых сталей в ЗТВ зависит также от параметров режима сварки. Повышение погонной энергии сварки увеличивает мягкую разупрочняющую прослойку в ЗТВ, которая может быть причиной разрушения жестких сварных соединений при эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках. Основные способы сварки конструкций из теплоустойчивых сталей - это дуговая и контактная стыковая. Последнюю используют для сварки стыковых соединений труб нагревательных котлов в условиях завода. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
ЛЕГИРОВАННЫЕ ТЕПЛОСТОЙКИЕ СТАЛИ
МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ
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)
122
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
123
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).
Таблица 111
| Рекомендуемые температуры подогрева при сварке и термообработки после сварки
|
Как правило, сварные соединения толщиной менее 10 мм можно не подвергать послесварочной термообработке. Во всех других случаях она необходима, так как из - за структурной неоднородности соединения и высокого уровня сварочных напряжений сварные соединения весьма склонны к трешинообразованию.
Для ручной дуговой сварки используются электроды с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, изго товленные из низкоуглеродистой сварочной проволоки с введением в покрытие легирующих элементов. Покрытие такого типа обеспечивает повышенную раскислен - ность металла шва и низкое содержание водорода. Од - нлко их применение требует тща гельной очистки поверхности свариваемых кромок от окалины, ржавчины, масел, прокалки и просушки электродов перед сваркой, ведения процесса на предельно короткой дуге. Рекомендации по применению электродов представлены в табл.
11. 2. Сварка осуществляется на постоянном токе обратной полярности, а ток выбирается в зависимости от диаметра электрода и положения шва в пространстве.
| Таблица 11.2 Электроды для сварки теплостойких сталей
|
Зазор между свариваемыми кромками заполняется узкими валиками без поперечных колебаний электрода с тщательной заваркой кратеров. Если после сварки термообработка не предусматривается, то для указанных сталей используются электроды на никелевой основе (например, ЦТ—36).
При сварке в защитных газах используются неплавя - щиеся (вольфрамовые) и плавящиеся электроды в среде инертных газов (аргон, гелий). Аргонодуговая сварка, как правило, используется для выполнения корневых швов при многослойной сварке стыков трубных элемен - I о в. Сварка в углекислом газе из-за опасности образования окисных включений в шве применяется только і ія однопроходных швов или заварки дефектов литья с использованием проволок Св-08ХГСМА и Св— 08ХГСМФА.
Автоматическую сварку пол флюсом используют для кольцевых (поворотных) и продольных стыков трубе проводов, коллекторов, корпусов аппаратов нефтехимической и атомной промышленности и других изделий с толщиной стенок более 12...20 мм. При этом используют проволоки Св—08ХМ, Св—08ХМФА и др. С целью снижения количества оксидов в швах применяют низкоактивные по Si и Мп флюсы типа ФЦ— 11, ФЦ—16, ФЦ—22. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности на минимальных погонных энергиях. При этом скорость сварки не должна превышать 40...45 м/ч, чтобы предупредить образование холодных трещин.
При всех способах дуговой сварки необходимо обеспечить максимальное приближение химического состава шва к основному металлу.
Другим «слабым» местом соединения из теплоустойчивых сталей являются участки охрупчивания (зоны роста зерна и закалки). Такие участки всегда присутствуют в сварном соединении, но их ширина и степень охрупчивания (оцениваемая по значению KCU или Ткр) в некоторой степени могут регулироваться за счет выбора способа и режимов сварки. В большей степени охрупчивание зависит от качества исходного металла (чистота по примесям, вид улучшающей термообработки). Действенным средством улучшения свойств всего сварного соединения является своевременно проведенный высокий отпуск (Тотл = 670...710 °С).
21.3.1. Сварка алюминия и его сплавов с медью Основной проблемой сварки является различие в теплофизических, химических и механических свойствах алюминия и меди, их ограниченной взаимной растворимости и в образовании в …
21.2.1. Сварка стали с алюминием и его сплавами Получение требуемого уровня эксплуатационных характеристик в таких соединениях затруднено различием температур плавления и ограниченной взаимной растворимостью алюминия и железа. Аргонодуговая сварка вольфрамовым …
Сварные конструкции из разнородных металлов и сплавов применяются в судостроении, химической и нефтехимической, авиационной и энергетической промышленности. В целях снижения веса, улучшения эксплуатационных характеристик изделий, экономии цветных металлов или легированных …
msd.com.ua
Характеристика теплоустойчивых сталей
Теплоустойчивые стали
Характеристика сталей. Теплоустойчивые стали предназначены для длительной работы при температуре 450...600°С. По степени легирования их можно подразделить на три основные группы: низко-, средне- и высоколегированные стали. Низко- и среднелегированные часто называют сталями перлитного класса, хотя в зависимости от химического состава и скорости охлаждения при термической обработке они могут иметь широкую гамму структур: от преимущественно ферритной до мартенситной. Для этого класса сталей характерны структурные изменения в ЗТВ, связанные с перегревом под воздействием термического цикла сварки и γ -->α – превращением с различными продуктами распада аустенита в зависимости от содержания углерода, легирующих элементов и скорости охлаждения в критическом интервале температур.
Теплоустойчивые стали перлитного класса относятся к группе улучшаемых сталей, которые упрочняются путем термической обработки. Характерная особенность этих сталей – большая чувствительность к скоростям охлаждения. Вследствие различных скоростей охлаждения от температуры Ас3 даже при одинаковом химическом составе могут образовываться различные структуры, и металл будет иметь разные механические свойства при нормальной и высоких температурах.
На структуру стали значительное влияние оказывают легирующие элементы. Молибден – один из наиболее эффективных элементов, способствующих образованию бейнитных структур. Определенное его количество позволяет достигнуть относительно хорошего сочетания прочности и пластичности стали. В присутствии молибдена в стали образуются карбиды хрома и ванадия: карбиды хрома выделяются в основном по границам зерен, а весьма дисперсные карбиды ванадия распределяются равномерно по всему объему металла и резко повышают сопротивляемость деформации твердого α-раствора. Одновременно большая их термодинамическая стойкость препятствует коагуляции, что исключительно важно для сохранения при высоких температурах жаропрочных свойств стали в условиях длительного нагружения.
В условиях высоких температур (особенно при длительном их воздействии) снижаются прочность и твердость металла, изменяются его пластичность и вязкость, металл становится хрупким, в определенных температурных интервалах изменяется его микроструктура Поэтому нагрузку, которую металл способен выдержать в течение десятков и сотен часов при нормальной температуре, может быстро разрушить металл при повышении температуры. В металле, длительно работающем в условиях высоких температур, большое значение приобретают такие явления, как ползучесть и релаксация, не наблюдающиеся при температуре, близкой к нормальной. Поэтому кроме обычных механических свойств (временного сопротивления разрыву σв пределу текучести σт и др.), эти стали должны обеспечить требования по длительной прочности (напряжениям, вызывающим разрушение металла при заданной высокой температуре за определенный промежуток времени - 100, 1000 ч и т.д.) и условному пределу ползучести σп (напряжению, при котором через определенный промежуток времени, например 100 000 ч, при заданной высокой температуре деформация ползучести не превысит заданное значение, например, 1...1,5 %).
Сварка теплоустойчивых сталей сопровождается изменением свойств свариваемого металла, связанным с его расплавлением и кристаллизацией при образовании шва, а также структурным изменением в ЗТВ. Это обусловливает физико-химическую неоднородность сварных соединений и образование местного сложнонапряженного состояния, что может ухудшить работоспособность и эксплуатационную надежность конструкций. Степень неоднородности сварных соединений определяется свойствами основного и наплавленного металлов, технологией сварки и размерами свариваемых изделий.
Химической состав низколегированных хромомолибденовых или хромомолибденованадиевых теплоустойчивых сталей существенно влияет на их свариваемость, повышая или снижая закаливаемость и чувствительность к надрезам.
Это требует проведения контроля режимов: предварительного подогрева, термического режима сварки, медленного охлаждения или нагрева после сварки, термической обработки после сварки. Таким образом, свариваемость оценивается степенью соответствия свойств сварных соединений основному металлу, сопротивляемостью металла шва и околошовной зоны образованию трещин.
oitsp.ru
Сталь-максимум: теплоустойчивые стали.
Примечание: P и S ? 0,035% для качественной стали, P и S ? 0,025% для высококачественной стали
65Г| ГОСТ 14959-79 | DIN | AISI/SAE/ASTM |
| 65Г | Ck65 (1.1230) | 1065 |
| ГОСТ 14959-79 | DIN | AAISI/SAE |
| 60С2А | 60Si7 (1.5027) | 9260 |
50ХФА
| ГОСТ 14959-79 | DIN | AISI/SAE |
| 50ХФА | 50CrMo4 (1.7228) | 4150 |
15Х5М
| ГОСТ 20072-74 |
| 15Х5М |
12Х1МФ
| ГОСТ 20072-74 |
| 12Х1МФ |
stalmaximum.ru
Сварка легированных теплоустойчивых сталей — КиберПедия
По ГОСТ 20072 - 74 теплоустойчивые стали по микроструктуре подразделяются на стали перлитного класса (молибденохромовая 12МХ, хромомолибденованадиевая 12Х1М1Ф, хромомолибденованадиевотитановая с бором 20Х1М1Ф1ТР, хромомолибденованадиевая с повышенным содержанием углерода 25X1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ, 20Х1М1Ф1БР и другие и стали мартенситного класса (хромистая 15X5, хромистомолибденовая 15Х5М, 15Х5ВФ, 12Х8ВФ и др.).
Условия эксплуатации изделий из теплоустойчивых сталей приведены в табл. 36, откуда видно, что рабочая температура не превышает 600°С. Изделия, эксплуатирующиеся при температурах выше 600°С, изготовляют из высоколегированной жаростойкой и жаропрочной стали.
36. Условия эксплуатации изделий из теплоустойчивых сталей
Все теплоустойчивые стали поставляются потребителю в состоянии после термической обработки (закалка плюс высокий отпуск; отжиг).
Для дуговой сварки теплоустойчивой стали ГОСТ 9467 - 75 предусматривает девять типов электродов (Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э10Х5МФ).
Технологией сварки теплоустойчивой стали любой марки предусматривается предварительный или сопутствующий местный или общий подогрев свариваемого изделия, обеспечение однородности металла шва с основным и термическая обработка сварного изделия (табл. 36).
36. Условия эксплуатации изделий из теплоустойчивых сталей
Дополнительный нагрев свариваемого изделия необходим для устранения закаливаемости металла. При сварке без дополнительного нагрева в металле шва и в околошовном металле образуются карбиды хрома и молибдена, вызывающие хрупкость сварного соединения.
Однородность металла шва с основным нужна для исключения диффузионных явлений при химическом выравнивании металла шва и околошовного металла при высоких температурах во время эксплуатации сварных изделий, так как перемещение химических элементов в процессе диффузии приводит к снижению длительности эксплуатации изделий.
С помощью термической обработки удается получать одинаковую во всем сварном изделии микроструктуру, если химический состав металла шва не отличается от химического состава основного металла. Такой металл обладает повышенными механическими свойствами и способностью длительно работать в условиях нагрева. Однако для повышения длительности работы изделий нужно правильно выбрать режим термической обработки (табл. 37). Лучшая термическая обработка сварных изделий из теплоустойчивой стали - закалка и высокий отпуск. На практике часто применяют только высокий отпуск или отжиг с нагревом до температуры около 780°С.
Необходимый подогрев свариваемого изделия, а также термическая обработка сварных изделий в монтажных условиях производятся индукционным током промышленной или повышенной частоты. Время выдержки при максимальной температуре нагрева при отпуске берется из расчета 4 - 5 мин/мм толщины стенки; охлаждение сварного изделия до температуры предварительного подогрева (200 - 450°C должно быть медленным.
Для сварки теплоустойчивых сталей в монтажных условиях при невозможности подогрева и последующей термообработки применяются электроды АН-ЖР-2, в этом случае в металле шва содержание никеля будет не менее 31% и металл шва получит аустенитную структуру. Электроды пригодны для сварки во всех пространственных положениях.
Подбор покрытых электродов для сварки теплоустойчивых сталей ориентировочно производится по табл. 37. Приведенные в таблице марки электродов не обеспечивают полной однородности металла шва с основным.
37. Условия сварки теплоустойчивых сталей
Сварку теплоустойчивых сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных сталей. При сварке необходимо полностью проваривать корень шва, для чего первый слой выполняют электродом диаметром 2 - 3 мм. Большая часть электродов требует сварки на постоянном токе обратной полярности.
Техника сварки теплоустойчивых сталей также аналогична технике сварки низкоуглеродистых сталей. Многослойную сварку выполняют каскадным способом (без охлаждения каждого выполненного слоя шва).
При газовой сварке теплоустойчивых сталей мощность пламени составляет 100 дм3 ацетилена/ч на 1 мм толщины металла; сварку ведут только нормальным (восстановительным) пламенем. Присадочным металлом служит сварочная проволока марок Св-08ХМФА, Св-10ХМФТ, Св-10Х5М, Св-18ХМА и другие в зависимости от марки свариваемой стали.
Вначале кромки деталей "пролуживают", для чего расплавляют металл деталей по поверхности кромок и в корне шва, заполняя его расплавленным металлом. Этот прием применяют для деталей толщиной до 15 - 20 мм. Пролуживание кромок деталей на большую величину приводит к образованию микротрещин на участках, расположенных к вершине шва, этому способствует быстрое охлаждение металла. Для уменьшения выгорания хрома, молибдена и других легирующих элементов из металла деталей и присадочной проволоки сварочная ванна поддерживается в жидком состоянии по возможности более короткое время. Присадочный металл должен находиться все время в сварочной ванне; пользоваться капельным приемом сварки нельзя во избежание выгорания легирующих элементов.
Газовая сварка стыков труб производится с предварительным подогревом всего стыка. Стык по периметру трубы можно нагревать той же горелкой, которой пользуются при выполнении шва. Термообработка сварного стыка необходима; ее удобно выполнять той же сварочной горелкой, а еще лучше - дополнительной, в зависимости от диаметра, толщины трубы и других условий.
cyberpedia.su
