Технология сварки высокохромистых сталей

Состав и свойства сталей

Хром является широко распространенным относительно дешевым легирующим элементом. Его используют для легирования коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких и окалиностойких сталей, которые находят широкое применение для изготовления оборудования различных отраслей промышленности, работающего при высоких давлениях и температуре в условиях агрессивных сред.

К высокохромистым сталям относятся стали с содержанием хрома от 5 до 30 %. Эти стали, как и другие высоколегированные, имеют пониженный по сравнению с углеродистыми и низколегированными сталями коэффициент теплопроводности, что приводит к возникновению в зоне сварки высокого градиента температур и соответственно повышенного уровня временных и остаточных сварочных напряжений.

При содержании более 12% хрома резко повышается — смещается в положительную сторону электрохимический потенциал стали, она «облагораживается» и становится более устойчивой в растворах электролитов. При этом на поверхности металла появляется тончайшая плотная и достаточно прочная пленка оксидов хрома, защищающая металл от воздействия коррозионно-активной среды. Эта же стойкая оксидная пленка хрома защищает сталь от окисления при высоких температурах — повышает ее жаростойкость. Таким образом, высокохромистые стали оказываются стойкими против химической и электрохимической коррозии в окислительных средах.

Легирование хромом не только обеспечивает коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и определяет их структуру, механические и другие свойства. Хром от точки плавления до низких температур имеет решетку объемно-центрированного куба, изоморфную a-железу. В связи с этим хром относится к легирующим элементам, стабилизирующим в железных сплавах «-фазу и уменьшающим область существования у-фазы (рис. 5).

Введение

в железохромистые сплавы других ферритостабилизирующих элементов (Mo, W, V, Ti, Si и др.) еще больше сужает у-область, в то же время аустснитостабилизирующис (С, Mn, Ni, Си) ес расширяют. Углерод, кроме того, приводит к образованию карбидов хрома, обедняя хромом твердый раствор.

Рис. 5. Диаграмма состояния системы железо-хром (сплошныелинии): штриховые линии — влияние углерода на расширение области у-железа в железохромистых сплавах.

При содержании в безуглеродистой стали хрома около 11… 12% область высокотемпературных твердых растворов у-железа замыкается, а при дальнейшем увеличении концентрации хрома появляется область смешанного <5 + у-раствора с последующим переходом в полностью ферритную структуру. Под влиянием углерода в хромистых сталях область у-железа расширяется и замыкается при более высоком содержании хрома (рис. 5).

В связи с тем, что хром значительно замедляет распад аустенита, низкоуглеродистые хромистые стали, имеющие высокотемпературную область у-раствора и нагретые в условиях сварки выше температуры точки А с₃, в результате последующего достаточно быстрого охлаждения получают структуру мартенсита. При увеличении концентрации углерода область хромистых сталей, закаливающихся при сварке на мартенсит, расширяется в сторону больших концентраций хрома, а сам мартенсит получается более твердым. В сталях, имеющих область смешанного а + у-расгвора, быстрое охлаждение такого металла с температурного интервала существования этого раствора (или с более высокой температуры) способствует получению при комнатных температурах смешанной ферритно-мартенситной структуры. Таким образом, высокохромистые стали в зависимости от структуры в нормализованном состоянии могут быть отнесены к различным классам: мартенситному, мартенситно-ферритному и ферритному.