Жаропрочные перлитные стали
К жаропрочным перлитным относятся низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, предназначенные для работы при 450…550°С, и хромомолибденованадиевые 12Х1МФ, 15Х1М1ФЛ предназначенные для работы при 550…600°С.
Жаропрочные перлитные стали используются в энергетическом, химическом и нефтехимическом машиностроении. Их широкое применение определяется сравнительно низкой стоимостью и достаточно высокой технологичностью при производстве отливок, поковок, проката и изготовлении из них сварных конструкций. Так, например, литые стали 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ используются для отливки корпусов турбин и запорной арматуры, а деформируемые стали 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ для изготовления корпусов аппаратов, паропроводов, технологических трубопроводов и поверхностей нагрева котлов.
Металлургическая свариваемость жаропрочных перлитных сталей, определяемая отношением металла к плавлению, металлургической обработке и последующей кристаллизации шва, не вызывает существенных осложнений. Технология сварки и сварочные материалы на современном уровне обеспечивают необходимую стойкость металла шва против образования горячих трещин и высокие характеристики, предъявляемые к основному металлу. Тепловая же свариваемость осложняется склонностью сварных соединений к образованию холодных трещин и разупрочнением свариваемого металла в зоне термического влияния сварки.
Холодные трещины - хрупкие разрушения сварных соединений жаропрочных перлитных сталей - могут возникать в процессе сварки или непосредственно после ее окончания в результате образования метастабильных структур (троостита, мартенсита) в участках околошовной зоны, нагретых выше температуры Ас3. Это происходит вследствие дополнительного охрупчивания сварных соединений под влиянием водорода и действия «силового» фактора. Последний определяется величиной и характером сварочных напряжений.
Одним из наиболее надежных средств предотвращения возникновения холодных трещин является сопутствующий сварке местный или общий подогрев изделия. Подогрев уменьшает разницу температур металла в зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения первого рода, вследствие чего пики этих напряжений в околошовных участках металла сглаживаются. Подогрев также уменьшает скорость охлаждения металла, что предотвращает превращение аустенита в мартенсит, которое сопровождается резким увеличением удельного объема металла, вызывающим появление структурных напряжений.
Основными способами сварки, используемыми при изготовлении конструкций из жаропрочных перлитных сталей, являются дуговая и электроконтактная. Электроконтактная сварка используется в основном для выполнения стыковых соединений труб поверхностей нагрева котлов в заводских условиях. В подавляющем большинстве других случаев используется дуговая сварка покрытыми электродами, в защитных газах и под флюсом.
Общими рекомендациями по всем видам дуговой сварки являются: оптимальная подготовка свариваемых кромок, тепловые условия сварки и режимы термической обработки сварных соединений. Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже О°С с предварительным и сопутствующим сварке местным или общим подогревом.
Без термической обработки сварные соединения жаропрочных перлитных сталей не обладают эксплуатационной надежностью ввиду структурной неоднородности и наличия остаточных сварочных напряжений. Поэтому большинство сварных конструкций подвергают термической обработке.
Для ручной дуговой сварки жаропрочных перлитных сталей используются электроды с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, изготовленные на малоуглеродистой сварочной проволоке с введением легирующих элементов через покрытие. Основной тип покрытия обеспечивает повышенную раскисленность металла шва при малом содержании в нем водорода и неметаллических дисперсных включений, а также достаточно надежную газовую защиту плавящегося металла от азота воздуха. Это позволяет получить сочетание высоких прочностных и пластических свойств швов.