Технология сварки легированных сталей

Состав и свойства низколегированных сталей

По принятой классификации низколегированной называется сталь, легированная одним или несколькими элементами, если содержание каждого из них не превышает 2%, а суммарное содержание легирующих не превышает 5 %. Низколегированные стали, применяемые для изготовления сварных конструкций, делят на три основные группы: низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, низколегированные теплоустойчивые стали и низколегированные среднеуглеродистые стали.

Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, предназначаемые для сварных конструкций, поставляют в основном в горячекатаном или нормализованном состоянии. Ряд сталей применяют в термоулучшенном состоянии (после закалки и отпуска), что дает возможность повысить их прочность и стойкость против хрупкого разрушения. Содержание углерода в низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,23%. Стали этого типа легируют рядом элементов, например марганцем, хромом, кремнием, ванадием и др., что приводит к некоторому повышению их прочности. Поэтому их часто называют низколегированными сталями повышенной прочности.

В зависимости от легирования стали рассматриваемого типа подразделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремнемарганцови-стые и др. Расширяется применение стали повышенной прочности на основе нитридного упрочнения, например с ванадием и азотом (стали 15Г2АФ, 18Г2АФ), а также стали, дополнительно легированной небольшими количествами (0,02—0,04%) ниобия (сталь 10Г2Б). Перспективно применение для сварных конструкций полуспокойных сталей с нитридным упрочнением типа 18Г2АФпс.

Низколегированные конструкционные стали повышенной прочности должны обладать высокой устойчивостью против перехода в хрупкое состояние и быть недорогими и экономичными в производстве. Состав стали должен предопределять возможность ее сварки без усложнения технологии и обеспечивать высокую стойкость против образования трещин в металле шва. Использование дефицитных и дорогих легирующих элементов, например никеля и молибдена, ограничивается требованием низкой стоимости и экономичности производства. Поэтому в применяемых низколегированных сталях (сталях 15ХСНД и 10ХСНД) -содержание никеля невелико.

Необходимость обеспечения высокой стойкости против перехода в хрупкое состояние и хорошей свариваемости ограничивает применение легирующих элементов, которые, способствуя повышению прочности стали, в то же время снижают ее стойкость против перехода в хрупкое состояние и образования кристаллизационных трещин (например углерода и кремния).

Низколегированные стали поставляют по ГОСТ 5058—65 и специальным техническим условиям. Механические свойства наиболее широко применяемых в промышленности сталей (табл. 10-1) следующие: ав = 44-Н55 кгс/мма; ат = 30-^-40 кгс/мм2; при —40° С ап ^ 3 кгс-м/см2. Стали, поставляемые в термоулуч-шенном состоянии, имеют сгв = 52-ь60 кгс/мм2; ат = 40-f-ч-50 кгс/мма и при —70° С ан > 3 кгс-м/см2.

По содержанию серы и фосфора низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали могут быть отнесены к качественным сталям. В последние годы находят применение стали с пониженным содержанием серы, например рафинированные в ковше жидким синтетическим шлаком.

Применение сварных конструкций и изделий из низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталей, особенно в таких отраслях, как транспортное машиностроение, судостроение, гидротехническое строительство и производство сварных труб большого диаметра, из года в год возрастает.

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.

Ползучестью называют способность нагретого до определенной температуры металла постепенно пластически деформироваться (ползти или течь) под воздействием длительных постоянных нагрузок.

Пределом ползучести называется напряжение, при котором через определенный промежуток времени, например 100 000 ч, при данной температуре деформация ползучести получает заранее заданную величину, например 1,0—1,5%.

Длительную прочность характеризуют напряжения, вызывающие разрушение металла от действия приложенной статической нагрузки при заданной температуре за определенный отрезок времени.

Жаростойкость представляет собой способность металлов противостоять химическому разрушению в атмосфере воздуха и коррозионных средах при высоких температурах.

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. Для повышения жаропрочности сталей в их состав вводят легирующие

  энергично повышающие температуру

разупрочнения стали при нагреве. Для обеспечения жаростойкости жаропрочных сталей в их состав вводят хром, образующий плотную защитную пленку на поверхности металла.

Существует большое количество сталей с различным уровнем жаропрочности. Низколегированные стали обладают меньшей жаропрочностью, чем высоколегированные стали, однако для определенных условий работы их жаропрочность оказывается достаточной. В табл. 10-2 и 10-3 приведены данные о составе и механических свойствах некоторых марок низколегированных сталей, применяемых для изготовления сварных конструкций в котлотурбостроении и работающих при температуре 450— 580° С. Эти стали обладают хорошими технологическими свойствами и не склонны к тепловой и отпускной хрупкости.

Низколегированные среди еуглеродистые конструкционные стали применяют в машиностроении обычно в термообработан-пом состоянии. Для этой группы сталей характерны содержание более 0,22% С и склонность к закалке в условиях термического цикла сварки (табл. 10-4). Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей подобна технологии сварки средне-легированных сталей (см. §§ 10-5, 10-6, 10-7).