Сварка нержавеющих сталей
| Тип электрода | Содержание α-фазы (%) и структура шва | |||
| Коррозионно-стойкие стали | ||||
| 08Х18Н10 | Агрессивные среды; стойкость к межкристаллитной коррозии | ЦЛ-11 | Э-04Х20Н9 | 2,5-7,0 |
| 12Х18Н10Т 08Х22Н6Т | Температура до 600оС; жидкие среды; стойкость к межкристаллитной коррозии | Л38М | Э 07Х20Н9 Э-08Х19Н10Г2Б Э-02Х10Н9Б | 3 — 5 |
| 10Х17НИМ2Т 08Х18Н19Б 08Х21Н6М2Т | Температура до 700 °С; стойкость к межкристаллитной коррозии | СЛ-28 | Э-08Х19Н10Г2МБ Э-09Х19Н10Г2М2Б | 4 — 5 |
| 10Х17Н13МЗТ | Стойкость к межкристаллитной коррозии | НЖ-13 | Э-09Х19НЮГ2М2Б | 4-8 |
| Жаропрочные стали | ||||
| 12Х18Н9 12Х18НЮТ 08Х18Н12Т | Температура до 800 °С | ЦТ-26 | Э-08Х16Н8М2 Э-08Х17Н8М2 | 2 — 4 |
| 10Х23Н18 | Температуры выше 850 °С | ОЗЛ-4 ОЗЛ-6 | Э-ЮХ25Н13Г2 | Свыше 2,5 % |
| Жаростойкие стали | ||||
| 20Х20Х14С2 20Х25Н20С2 30Х18Н25С2 | Температуры до 900-1100°С Температура до 1050°С; жаростойкость и жаропрочность | ОЗЛ ОЗЛ-9-1 | Э-12Х24Н14С2 Э-28Х24Н16Г6 | 3-10 % Аустенитно- карбидная |
| Х25Н38ВТ ХН75МБТЮ | Высокая температура | ЭА-981-15 | Э-09Х15Н25М6Г2Ф | Аустенитная |
| Таблица 2. Типичные механические свойства при температуре 20оС металла швов, выполненных на высоколегированных коррозионно-стойких и жаропрочных сталях |
| Марка электрода | σт | σв | δ, % | KCU, Дж/см3 |
| МПа/мм2 | ||||
| Коррозионно-стойкие стали | ||||
| ЦЛ-11 | 360 | 600 | 24 | 70 |
| ОЗЛ-7 | 400 | 640 | 25 | 100 |
| Л-38М | 300 | 600 | 30 | 90 |
| СЛ-28 | — | 600 | 38 | 120 |
| 11Ж-13 | 450 | 600 | 26 | 100 |
| Жаропрочные стали | ||||
| ОЗЛ-5 | 350 | 600 | 25 | 60 |
| ОЗЛ-6 | 350 | 570 | 33 | 100 |
| ОЗЛ-9-1 | 500 | 650 | 12 | 50 |
Одним из основных способов сварки высоколегированных сталей толщиной 3-50 мм, применяемых в химической, нефтехимической аппаратуре, атомной технике и некоторых других отраслях промышленности является сварка под флюсом. Она имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами ввиду стабильности состава и свойств металла по всей длине шва, при сварке с разделкой и без разделки кромок. Это достигается отсутствием частых кратеров, образующихся при смене электрода, обрывов дуги, равномерностью плавления электродной проволоки и основного металла по длине шва (при ручной сварке в связи с изменением вылета электрода скорость его плавления вначале будет меньше, чем в конце, что периодически изменяет долю основного металла в шве, а значит и его состав) и более надежной защитой зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха. Хорошее формирование поверхности швов с мелкой чешуйчатостью и плавным переходом к основному металлу, отсутствие брызг на поверхности изделия заметно повышают коррозионную стойкость сварных соединений. При этом способе уменьшается трудоемкость подготовительных работ, так как разделку кромок производят на металле толщиной выше 12 мм (при ручной сварке свыше 3-5 мм). Возможна сварка с повышенным зазором и без разделки кромок стали толщиной до 30-40 мм. Уменьшение потерь на угар, разбрызгивание и огарки электродов на 10-20 % снижает расход дорогостоящей сварочной проволоки. При сварке под флюсом значительно труднее обеспечить необходимое содержание ферритной фазы в металле шва только за счет выбора сварочных флюсов и проволок, которые в пределах одной марки имеют значительные колебания химического состава. На содержание ферритной фазы в металле влияет также его толщина и разные формы разделки, приводящие к изменению доли участия основного металла в металле шва. Техника и режимы сварки под флюсом высоколегированных сталей отличаются от сварки обычных низколегированных.
Для предупреждения перегрева металла и связанного с этим укрупнения структуры, возможности появления трещин и снижения эксплуатационных свойств сварного соединения рекомендуется выполнять сварку валиками небольшого сечения, применяя для этого проволоку диаметром 2- 3 мм, а в связи с высоким электросопротивлением аустенитных сталей вылет электрода следует уменьшить в 1,5-2 раза.
Легировать шов можно через флюс (табл. 3) или проволоку (табл. 4), последнее предпочтительнее, так как обеспечивает необходимую стабильность металла шва. Таблица 3. Флюсы для электродуговой и влектрошлаковой сварки высоколегированных сталей
| Вид сварки | Марка флюса |
| Автоматическая электродуговая аустенитно-ферритными швами | АНФ-14; АНФ-16; 48-ОФ-Ю; К-8 |
| Автоматическая электродуговая аустенитно-ферритными швами с небольшим запасом аустенита | АН-26 |
| Автоматическая электродуговая чисто аусте-нитными швами с большим запасом аустенита | АНФ-5; ФЦК |
| Автоматическая электродуговая и электрошлаковая чисто аустенитными швами с большим запасом аустенита | 48-ОФ-6 |
| Электрошлаковая чисто аустенитными швами с большим запасом аустенита | АНФ-1; АНФ-6; АНФ-7; АН-29; АН-292 |
Таблица 4. Некоторые марки сварочной проволоки для электродуговой сварки под флюсом и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей
| Марка стали | Условия работы | Марка проволоки (ГОСТ 2246 — 70) |
| Коррозионно-стойкие стали | ||
| 12Х18Н9 08Х18Н10 12Х18Н10Т 12Х18Н9Т | Стойкость к межкристаллитной коррозии | Св-0,1Х19Н9 Св-0,4Х19Н9 Св-07Х18Н9ТЮ Св-04Х19Н9С2 Св-05Х19Н9ФЗС2 |
| 12Х18Н10Т 08Х18Н10Т 08Х18Н12Т 08Х18Н12Б | Температура выше 350°С; стойкость к межкристаллитной коррозии | Св-07Х19Н10Б Св-05Х20Н9ФБС |
| 10Х17Н13МЗТ 08X18Н12Б | Стойкость к межкри-сталлитной коррозии | Св-08Х19Н10МЗБ; Св-06Х20Н11МЗТБ |
| 08Х18Н10; 12Х18Н10Т 12Х18Н9Т | Сварка в углекислом газе; стойкость к межкристаллитной коррозии | Св-08Х25Н13БТЮ |
| Жаропрочные сталь | ||
| 12Х18Н9 | Температура до 800 °С | Св-04Х19Н19 |
| 12Х18Н9Б 08Х18Н12Т | Температура до 800- 900 °С | Св-08Х18Н8Г2Б |
| Х15Н35В4Т | Высокая температура | Св-06Х19Н10МЗТ |
| Жаростойкие стали | ||
| 20Х23Н13 08Х20Н14С2 20Х23Н18 ХН35ВЮ 20Х25Н20С2 | Температура 800-900 °С Температура 900- 1100°С Температура до 1200°С | Св-07Х25Н13 Св-07Х25Н12Г2Т Св-06Х25Н12ТЮ Св-08Х25Н13БТЮ Св-08ХН50 |
Для сварки используют низкокремнистые фторидные флюсы, создающие в зоне сварки безокислительные или малоокислительные среды, что приводит к минимальному угару легирующих элементов. Для снижения вероятности образования пор в швах флюсы для высоколегированных сталей необходимо прокалить непосредственно перед сваркой при 500-800°С в течение 1-2 ч. Остатки шлака и флюса на поверхности швов, которые могут служить очагами коррозии сварных соединений на коррозионно-и жаростойких сталях, необходимо тщательно удалять. Особенностью электрошлаковой сварки является пониженная чувствительность к образованию горячих трещин, что объясняется малой скоростью перемещения источника нагрева и характером кристаллизации металла сварочной ванны, в результате создаются условия получения чисто аустенитных швов без трещин. Однако длительное пребывание металла шва и околошовной зоны при повышенных температурах увеличивает его перегрев и ширину околошовной зоны, а длительное пребывание металла при температурах 1200-1250°С приводит к изменению его структуры, снижает прочностные и пластические свойства. В результате сварные соединения теплоустойчивых сталей предрасположены к разрушениям в процессе термической обработки или эксплуатации при повышенных температурах. Перегрев при сварке зоны термического влияния коррозионно-стойких сталей может привести к образованию в ней ножевой коррозии, поэтому для предупреждения указанных дефектов необходима термообработка сварных изделий (закалка или стабилизирующий отжиг). При выборе флюса и сварочной проволоки необходимо учитывать проникновение кислорода воздуха через поверхность шлаковой ванны, что приводит к угару легкоокисляющихся элементов (титана, марганца и др.). Это вызывает необходимость в некоторых случаях защищать поверхность шлаковой ванны путем обдува аргоном. Электрошлаковую сварку высоколегированных сталей можно выполнять проволочным или пластинчатыми электродами (табл. 5). Изделия большой толщины со швами небольшой протяженности целесообразно сваривать пластинчатым электродом, изготавливать их значительно проще. Но сварка проволокой позволяет в широких пределах, варьируя режимом, изменять форму металлической ванны и характер кристаллизации шва, а это является одним из действенных факторов, обеспечивающих получение швов без горячих трещин. Таблица 5. Типовой режим электрошлаковой сварки высоколегированных сталей и сплавов
| Толщина металла, мм | Электрод | Диаметр,(размеры), мм | Марка флюса | Зазор, мм | Скорость подачи электрода, м/ч | Сила сварочного тока, А | Напряжение, В | Глубина шлаковой ванны, мм |
| 100 100 200 200 | Проволока Пластина » » | 3 10X100 12X200 12X200 | АНФ-7 АНФ-7 АНФ-1 АНФ-6 | 28-32 28-32 38-40 38-40 | 330 2,4 1,9 1.9 | 600-800 1200-1300 3500-4000 1800-2000 | 40-42 24-26 22-24 26-28 | 25-35 15-20 15-20 15-20 |
Однако жесткость сварочной проволоки затрудняет длительную и надежную работу токоподводящих и пода¬ющих узлов сварочной аппаратуры. При сварке в углекислом газе создается окислительная атмосфера в дуге за счет диссоциации углекислого газа, вызывающая повышенное (до 50 %) выгорание титана и алюминия. Меньше выгорают марганец, кремний и другие легирующие элементы, поэтому при сварке коррозионно-стойких сталей в углекислом газе применяют сварочные проволоки, содержащие раскисляющие и карбидообразующие элементы (алюминий, титан, ниобий). Недостатком сварки в углекислом газе является интенсивное разбрызгивание металла и образование на поверхности шва плотных пленок оксидов, прочно сцепленных с металлом, что может снизить коррозионную стойкость и жаростойкость сварного соединения. Для уменьшения налипания брызг на основной металл наносят эмульсии, а для борьбы с оксидной пленкой подается в дугу небольшое количество фторидного флюса АНФ-5. Сварка плавящимся электродом в углекислом газе производится на полуавтоматах и автоматах. При этом для сварки сталей марки 12Х18Н10Т рекомендуется проволока Св-07Х18Н9ТЮ, Св-08Х20Н9С2БТЮ; для сталей марки 12Х18Н12Т — проволока Св-Х25Н13БТЮ, а для хромоникелемолибденовых сталей — проволока марок Св-06Х19Н10МЗТ и Св-06Х20Н11МЗТБ. Сварка в углекислом газе производится во всех пространственных положениях, что позволяет механизировать сварочные работы на конструкциях из высоколегированных сталей в монтажных условиях. Ориентировочные режимы дуговой сварки в углекислом газе высоколегированных сталей без разделки кромок плавящимся электродом в углекислом газе приведены в табл. 6. Таблица 6. Режимы дуговой сварки высоколегированных сталей без разделки кромок плавящимся электродом в углекислом газе
| Толщина металла, мм | Шов | Диаметр проволоки, мм | Вылет электрода, мм | Сила свроч ного тока, А | Напряжение дуги, В | Скорость сварки, м/ч | Расход углекислого газа, л/мин |
| 1 3 6 8 10 | Односторонний » Двусторонний » » | 1 2 2 3 2 3 2 | 10 15 15 15 15 — 20 20 — 25 25 — 30 | 80 230-240 250-260 350-360 380-400 430-450 530-560 | 16 24-28 28-30 30-32 30-32 33-35 34-36 | 80 45-50 30 — 30 — — | 10-12 12-15 12-15 — 12-15 12-15 12-15 |
При сварке в инертных газах повышается стабильность дуги и снижается угар легирующих элементов, что важно при сварке высоколегированных сталей. Сварку аустенитных сталей в инертных газах выполняют неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродом. Обычно ее применяют для сварки материала толщиной до 7 мм, но особо эффективна она при малых толщинах (до 1,5 мм), когда при применении других способов наблюдаются прожоги. Однако в некоторых случаях ее применяют при сварке неповоротных стыковых труб большой толщины, и сварке корневых швов в разделке при изготовлении особо ответственных толстостенных изделий. Сварку ведут без присадочного материала или с присадочным материалом на постоянном токе прямой полярности. Но при сварке стали или сплава с повышенным содержанием алюминия применяют переменный ток, чтобы за счет катодного распыления разрушить поверхностную пленку оксидов. Плазменная сварка также используется для высоколегированных сталей. Ее преимуществами являются чрезвычайно малый расход защитного газа, возможность получения плазменных струй различного сечения (круглого, прямоугольного, эллипсовидного и т. д.). Ее можно использовать для сварки очень малых толщин металла и для металла толщиной до 12 мм. Примерные режимы сварки высоколегированных сталей вольфрамовым электродом на постоянном токе обратной полярности присадочной проволокой диаметром 1,6 — 2,0 мм приведены в табл. 7.
Таблица 7. Режимы сварки вольфрамовым электродом в аргоне высоколегированных сталей
| Толщина металла, мм | Тип соединения | Сила сварочного тока, А | Расход аргона, л/мин | Скорость, м/ч |
| Ручная сварка | ||||
| 1 2 3 | С отбортовкой | 35-60 65-120 100-140 | 3,5-4 5-6 6-7 | |
| 1 2 3 | Встык без разделки с присадкой | 40-70 75-120 120-160 | 3,5-4 5-6 6-7 | |
| Автоматическая сварка | ||||
| 1 2,5 4 | Встык без присадки | 60-120 110-200 130-250 | 4 6-7 7-8 | 35-60 25-30 25-30 |
| 1 2 4 | Встык с присадкой | 80-140 140-240 200-280 | 4 6-7 7-8 | 30-60 20-30 15-30 |
Сварку плавящимся электродом производят в инертных, а также активных газах или смеси газов. При сварке высоколегированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы (алюминий, титан и др.), следует использовать инертные газы, преимущественно аргон, и вести процесс на плотностях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла. Так, при сварке в аргоне стыковочное соединение на стали типа 18-9 толщиной 5-6 мм на постоянном токе обратной полярно¬сти проволокой диаметром 1,2 мм при сварочном токе 230-300 А, напряжении 16-20 В, расходе газа 16- 20 м/мин будет иметь место струйный перенос электродного металла. При этом дуга имеет высокую стабильность, и практически исключается разбрызгивание металла, что благоприятно сказывается на формировании швов в различных пространственных положениях и исключает вероятность образования очагов коррозии, связанных с разбрызгиванием при сварке коррозионностойких и жаростойких сталей. Однако струйный перенос в аргоне возникает при критических токах, когда возможно образование прожогов при сварке тонколистового металла. Уменьшения критического тока можно достичь, добавив к аргону 3-5 % кислорода, за счет чего уменьшается вероятность образования пор, вызванных водородом, или применив для сварки смеси аргона с 15-20 % углекислого газа, что уменьшает расход дорогостоящего аргона. Но наличие углекислого газа может явиться причиной угара легирующих элементов. Примерный режим аргонодуговой сварки встык плавящимся электродом высоколегированных сталей в нижнем положении приведен в табл. 8. Таблица 8. Режим аргонодуговой сварки встык плавящимся электродом высоколегированных сталей
| Толщина металла, мм | Подготовка кромок | Число слоев | Диаметр сварочной проволоки, мм | Сила свароч. тока, А | Скорость сварки, м/ч | Расход аргона, л/мин |
| Полуавтоматическая сварка | ||||||
| 4 | Без разделки | 1 | 1,0-1,6 | 160-300 | — | 6-8 |
| 8 | V-образная разделка | 2 | 1,6-2,0 | 240-360 | — | 11-15 |
| Автоматическая сварка | ||||||
| 2 | Без разделки | 1 | 1 | 200-210 | 70 | 8-9 |
| 5 | V-образная разделка под углом 50° | 1 | 1 | 260-275 | 44 | 8-9 |
| 10 | То же | 2 | 2 | 330-440 | 15-30 | 12-17 |
Характеристики марки стали 08Х18Н10Т
| Стандарт | ГОСТ 5949-75 — Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия | |
| Применение | Сварная аппаратура, работающая в средах повышенной агрессивности , теплообменники, муфели, трубы, детали печной арматуры, электроды искровых зажигательных свечей; сталь аустенитного класса | |
Сталь 08Х18Н10Т
относится к классу легированных, коррозионностойких, жаростойких сталей аустенитной группы.
Поставляется – в виде сортового и листового проката, калиброванного прутка и кованых заготовок.
Основные области применения стали 08Х18Н10Т
08Х18Н10Т
используется для изготовления сварных агрегатов и устройств, эксплуатация которых проходит в условиях высокой агрессивности; теплообменников и муфелей; трубопроводной продукции, узлов печной арматуры, электродов искровых зажигательных свечей.
Маркировка стали 08Х18Н10Т
Расшифровка:
«
08
» указывает на содержание углерода до 0,08 %, «
Х18
» – показатель введения в сплав хрома в количестве 18 %, «
Н10
» – определяет содержание никеля до 10%, буква «
Т
» в конце маркировки – содержание титана в количестве до 1,0%. Расшифровка
08Х18Н10Т
полностью раскрывает основные показатели стали.
Ближайшие эквиваленты (аналоги) стали 08Х18Н10Т
| США (ASTM/ASME) | 321, S32100 |
| Германия (DIN, WNr) | 1.4541, 1.4878, X10CrNiTi18-9 |
| Япония (JIS) | SUS321 |
| Франция (AFNOR) | 321F00, Z6CN18-10, Z6CN18-10 |
| Англия (BS) | 321S12, 321S18, 321S20, 321S22, 321S31 |
| Евронормы (EN) | 1.4541, X10CrNiTi18-10, X6CrNiTi18-10 |
| Италия (UNI) | X6CrNiTi18-11, X8CrNiTi1811 |
| Испания (UNE) | F.3523, X6CrNiTi18-10 |
| Китай (GB) | 0Cr18Ni11Ti, 1Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni10Ti |
| Швеция (SS) | 2337 |
| Польша (PN) | 0H18N10T, 1H18N10T, 1H18N9T |
| Чехия (CSN) | 17246, 17247, 17248 |
| Австрия (ONORM) | X6CrNiTi18-10S, X6CrNiTi1810K, KW |
| Россия (ГОСТ) | 10Х14Г14Н4Т, Х14Г14Н3Т |
Каким током варить при ММА?
Для работ может быть использован как переменный (трансформаторный), так и постоянный (инверторный) ток, в зависимости от условий работ, наличия оборудования, выбора электродов.
- На постоянном токе. Оптимальный вариант, поскольку инвертор позволяет в точности подобрать все параметры для качественной сварки. Количество разбрыгиваемого металла – минимально. Получают ровный прочный шов. Минус – высокая стоимость оборудования.
- На переменном токе. Преимущество – гораздо меньшая цена сварочной техники. Опытный сварщик получает не менее качественный шов. Однако объем разбрызгиваемого металла, как правило, больше. Несколько выше и расход используемых электродов.
Оба варианта сегодня повсеместно используются в промышленном масштабе. В зависимости от способа выбирают те или иные специальные электроды.
Какими электродами варить нержавейку с черным металлом
У нержавеющих и черных сталей, а также чугуна разная структура металла, разный коэффициент расширения, что требует при сварке соблюдения ряда условий. Следует учитывать их свариваемость – способность образовывать качественные неразъемные соединения в принципе. Необходимо знать и химический состав металлов. От этого зависит выбор сварочных материалов.
Как правило, для сварки используются электроды из высоколегированных сталей:
- ОЗЛ-25Б – для соединения черных металлов и жаропрочных сталей;
- НИАТ-5 – для аустенитных сталей;
- ЦТ-28 – для соединения с черным металлом сталей с большой долей никеля.
В случае, если опознать химический состав не представляется возможным, могут быть использованы электроды ОЗЛ-312. В данном случае ММА – лишь один из способов соединения таких металлов. Также широко используются неплавящиеся вольфрамовые стержни и сварка в газовой (аргоновой) среде.
Применение стали 08Х18Н10Т с учетом характеристик и свойств
Сфера использования стали 08Х18Н10Т
широка, так же, как и востребован аналог 08Х18Н10Т – AISI 321:
- Изготовление сварной арматуры и сварочных электродов, искровых зажигательных свечей.
- Производство бесшовных нержавеющих труб, для чего используют тонкий металлопрокат.
- Производство деталей и узлов для химической промышленности – различные емкости, резервуары, цистерны, баки, трубопроводная продукция, рабочей средой которых являются щелочные и кислотные жидкости.
Основные преимущества сплава
Нержавейка марки 08Х18Н10Т изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 5632-72. Она обладает высокой пластичностью, позволяющей без труда производить тонкостенные детали. При сварке она не требует предварительного подогрева и последующего охлаждения сварного шва. Металл прекрасно обрабатывается на любом фрезеровочном оборудовании.
Из него можно изготавливать кастрюли, сковороды и другую посуду. А за счет доступной цены, стоимость такой посуды оказывается весьма демократичной.
Физические свойства
| Температура, °С | Модуль упругости, E 105,МПа | Кожффициент линейного расширения, a 10 6, 1/°С | Коэффициент теплопроводности, l, Вт/м·°С |
| 20 | 1,96 | — | — |
| 100 | — | 16,1 | 16 |
| 200 | — | — | 18 |
| 300 | — | 17,4 | 19 |
| 400 | — | — | |
| 500 | — | 18,2 |
Химический состав в % стали 08Х18Н10Т
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | V | Ti | Cu | W | Fe |
| <0,08 | <0,8 | <2,0 | <0,035 | <0,02 | 17,0-19,0 | <0,3 | 9,0-11,0 | <0,2 | <0,7 | <0,4 | <0,2 | Остальное |
Химический состав, это основное, от чего зависят характеристики стали 08Х18Н10Т.
Основной элемент в сплаве – углерод, его содержание в данной стали – 0,08 %. Чтобы повысить эксплуатационные свойства, в сплав вводят хром – от 17 до 19 %. Процентное содержание никеля – 9–11 %. В составе сплава данной стали есть кремний, марганец и молибден в небольшой концентрации – до 0,9%. Титан в количестве 0,7% значительно меняет свойства стали 08Х18Н10Т.
Влияние химсостава на свойства стали
Все свойства стали 08Х18Н10Т
, зависят от введения в сплав достаточно большого процента хрома и никеля. При этом необходимо учитывать, что большая концентрация хрома значительно повышает коррозионную стойкость. А большой процент никеля отражается негативно на эксплуатационных характеристиках. Углерод, являющийся основным элементом, при низком содержании может ухудшить показатели твердости и прочности, но повысить свариваемость.
