Сварка мартенситных сталей, их свариваемость

Опубликовано: 06.09.2018

Главная >> Сварка чёрных металлов >> Сварка мартенситных сталей

Сварка мартенситных сталей требует предварительного подогрева до температуры 200-300°C и последующей термообработки. Свариваемость мартенситных сталей удовлетворительная. В группах свариваемости сталей они относятся к классу ограниченно свариваемых.

Мартенситные стали содержат в составе до 14% хрома и содержание такого количества хрома резко увеличивает прокаливаемость стали и в ней, даже при обычном охлаждении на воздухе, происходят мартенситные превращения. Хром снижает растворимость углерода, вступая с ним в соединение и образуя карбиды. Из-за сложности процессов на механические свойства стали сильное влияние оказывает химический состав и термообработка. Присутствие других легирующих элементов: марганцем, ванадием, никелем, молибденом, кремнием определяет температуру, при которой начинает происходить превращение аустенита в мартенсит.

Сварка мартенситных коррозионно-стойких сталей

Мартенситные стали, обладающие высокой стойкостью против коррозии, применяют в улучшенном состоянии. Мартенсит, сформировавшийся в процессе закалки, обладает высокой твёрдостью и малой вязкостью. И только отжиг обеспечивает оптимальное сочетание прочности, и пластичности в стали. Для оптимального сочетания свойств необходимо уменьшить содержание дельта-феррита, поэтому, мартенситный стали легируют следующими легирующими элементами: никелем, кобальтом, медью, марганцем.

Также уменьшают количество дельта-феррита азот и углерод. Но, углерод сильно снижает свариваемость стали , поэтому, для улучшения свариваемости мартенситных сталей, его содержание уменьшают.

Трудности при сварке мартенситных сталей

Как уже говорилось, при сварке мартенситных сталей, околошовная зона переходит в состояние дельта-феррита. При охлаждении, дельта-феррита переходит в аустенит. Это превращении происходит при соответствующем количестве хрома и углерода. Кроме этих элементов, этому процессу способствуют ванадий и ниобий.

Возникновение включений дельта-феррита вдоль границ первичных зёрен резко снижает пластичность зоны термического влияния. Наиболее сильно это влияние сказывается при таких видах сварки , как сварка под флюсом, или контактная сварка.

Ещё одна сложность свариваемости мартенситных сталей заключается в том, что стали данного типа имеют склонность к самозакаливанию. В результате самозакалки, в зоне термического влияния, кроме дельта-феррита, появляется мартенсит. Но, несмотря на это, водород, присутствующий в составе стали, не вызывает образования холодных трещин при сварке , т.к. в зоне термического влияния присутствует остаточный аустенит, который растворяет основную часть водорода.

Особенности и технология сварки мартенситных сталей

Мартенсит в участках околошовной зоны обладает высокой твёрдостью и хрупкостью, а также, повышенной чувствительностью к дефектам. Поэтому, в процессе сваривания мартенситных сталей с содержание хрома 13%, рекомендуется применять те способы сварки , при которых гарантируется низкое содержание водорода. Также можно применять аустенитные присадочные материалы.

Для исключения остаточных термических напряжений необходимо использовать предварительный подогрев соединяемых деталей и их последующий нагрев.

Склонность мартенсита к разрушению зависит от содержания углерода. И в зависимости от его количества, при сварке применяют следующие технологические приёмы:

1. При содержании углерода меньше 0,1% предварительный подогрев и последующий нагрев, как правило, не выполняют.

2. При содержании углерода свыше 0,1% и менее 0,2%, свариваемые детали предварительно нагревают до 200-250°C и управляют процессом охлаждения сварного соединения. Например, с помощью асбестового укрытия. Последующий нагрев допускается не выполнять.

3. В случае, если углерода содержится свыше 0,2%, мартенситные стали сваривают с предварительным нагревом до температуры 250°C. По окончании сварки выполняют последующий нагрев.

Температуру предварительного подогрева и последующего нагрева определяют, исходя из нескольких показателей. Это и сложность конструкции и толщина свариваемых деталей и другие факторы. При термообработке применяют отпуск при температурах 660-760°C. Часто показатели пластичности сварного соединения оказываются низкими, тогда, при сварке металлов , выполняют двойной отпуск. Первый - при температурах 720-760°C, второй - при 660-680°C.

Если свойства стали не позволяют провести высокотемпературный отпуск, то, можно выполнять отпуск низкотемпературный, при температуре 300°C. Такой отпуск способствует умеренному увеличению вязкости и пластичности мартенситных сталей. Кроме того, низкотемпературный отпуск положительно влияет на равномерное распределение водорода в составе стали, и внутренних остаточных напряжений.

В сталях, содержащих 13% хрома, можно уменьшить его негативное влияние путём добавления никеля в пределах 4-6%. Легирование никелем способствует растворению водорода, понижая, таким образом, склонность зоны термического влияния к образованию холодных трещин при сварке. Содержание углерода, наоборот, понижают. Сочетание низкого количества углерода с легированием никелем добавляет вязкости зоне термического влияния и снижает её чувствительность к дефектам сварных швов .

Электроды для сваривания сталей с мартенситной структурой

Для сварки мартенситных сталей хорошо подходят электроды, содержащие в составе 0,03% углерода, 18,5% хрома, 12,5% никеля, 3% молибдена. Также хорошо подходит состав 0,02% углерода, 2,5% марганца, 16% хрома, 5,5% никеля, 1,2% молибдена.

В случаях, когда необходимо получить сварное соединение повышенной прочности, применяю электроды, имеющие в составе 0,04% углерода, 13% хрома, 5,8% никеля, 1,6% молибдена. Электроды с вышеперечисленными элементами в составе, образуют сварной шов с мартенситной структурой, т.е., наиболее приближенной к структуре основного металла.

При использовании электродов, дающих мартенситную структуру, рекомендуют выполнять предварительный подогрев до температуры 100-200°C. После окончания сварки лучше всего провести комплексную термообработку: нагрев до температуры 950°C, охлаждение на воздухе. Далее, снова нагревают до температуры 590°C, выдерживают при этой температуре в течение 5ч и охлаждают на воздухе.

Сварка мартенситных стареющих сталей

В химической промышленности для изготовления металлоконструкций нередко применяют мартенситные стали, содержащие 9% никеля. Такой тип сталей называют мартенситно-стареющими сталями.

Кроме 9% никеля, они содержат некоторое количество марганца и кремния и мало углерода. Также в их составе понижено содержание вредных элементов.

При сварке мартенситных сталей с 9% никеля не допускается использовать присадочный материал с таким же химическим составом, какой имеют свариваемые детали. Иначе, возрастает риск образования горячих трещин при сварке. Поэтому, для сварки такого типа сталей применяют материалы, имеющие в составе 4-6% дельта-феррита (к примеру, 20Cr13Ni3Mo).

Для сварки этих сталей предварительный подогрев, как правило, не выполняют. Даже, наоборот, температуру промежуточных слоёв не допускают больше, чем 50°C. Но, в отдельных случаях выполняют подогрев до температуры 125-175°C. Т.к. влияние легирующих элементов на свариваемость этих сталей достаточно сильное, то и на выбор режимов сварки сильное влияние оказывает их химический состав.

Дополнительные материалы по теме:

rss