Сварка нержавеющих сталей. Часть 2
Нержавеющая сталь в зависимости от своего структурного состояния требует определенного отношения к себе в процессе сварки.
По своей структуре нержавеющие стали подразделяются на:
- мартенситные
- ферритные
- аустенитные
- двухструктурные.При на
При наличии двух структурных составляющих стали называются по этим структурам (так называемые дуплексные стали) — мартенситно — ферритные, аустенитно — мартенситные, аустенитно — ферритные.
Сварка нержавеющих сталей мартенситного класса
К мартенситным сталям относятся стали с содержанием хрома 10,5-13% и углерода -0,2-1,0%. В качестве легирующих могут содержатся и другие элементы. Мартенситные стали отличаются высокой прочностью и твердостью, но обладают низкой вязкостью. К этой группе относятся стали марок 15х11МФ, 20х12ВНМФ, 20х13 (420 AISI), 20х17Н2 (431 AISI) и др.
Существенным недостатком хромистых сталей мартенситного типа является их разупрочнение при нагреве. Стали этой группы склонны к подзакалке на воздухе, которая зависит от концентрации в них углерода. Чем выше концентрация углерода, тем больше вероятность закалки.
Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разрушению в закалённом состоянии усложняет технологию их сварки. Трещины в сварных соединениях могут образовываться как в процессе охлаждения так после охлаждения. Для предотвращения образования холодных трещин мартенситные стали рекомендуется сваривать при положительной температуре. Чтобы сгладить перепады температур применяют предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 250-350oС.
Температура подогрева назначается для конкретной стали в зависимости от склонности стали к закалке. Она не должна быть слишком высокой, так как это может привести, как и сварка с высокой погонной энергией, к перегреву околошовной зоны, росту зерна, скоплению примесей по границам зёрен. Всё это в совокупности приводит к охрупчиванию сварного соединения. Для устранения внутренних напряжений, улучшения структуры и повышения коррозионной стойкости после сварки желателен отпуск при температуре 650-750oС.
Для получения вязкого и пластичного металла шва возможно применение сварочных материалов, обеспечивающих получение в сварном шве аустенитной структуры. Для получения такого соединения используют сварочные электроды Lastek 1226 (ЦЛ-25) или Lastek 809 (ОЗЛ-6). Прочностные свойства таких соединений ниже, чем у основного металла. Равнопрочность сварных соединений достигается при использовании сварочных материалов, обеспечивающих получение металла шва с мартенситной структурой. Такие соединения можно получить, используя электроды Lastek 821 или прутки Lastek 810 С.
Сварка нержавеющих сталей мартенситно-ферритного класса
Мартенситно-ферритные стали содержат 12-18% хрома, что обеспечивает им высокую коррозионную стойкость. Такую структуру имеют стали марок 15х11МФ, 12х13 (410 AISI), 14х17 и др.
Сварка сталей этого класса требует соблюдения определенной технологии. В связи с высокой склонностью этих сталей к подкалке в сварных соединениях возможно образование холодных трещин, а из-за резкого снижения ударной вязкости металла околошовной зоны высока вероятность хрупкого разрушения. Учитывая эти факторы, сварку большинства сталей этого класса следует вести с предварительным и сопутствующим подогревом (150-200oС), а также подвергать термическому отпуску (680-700оС). При сопутствующем подогреве опасны резкие охлаждения подогретой детали, так как при этом возможно появление трещин.
Как рассчитывается вес каждого листа стального, в зависимости от его раскроя, толщины, марки стали и др: формула.
Для получения вязкого и пластичного металла шва возможно применение сварочных материалов, обеспечивающих получение в сварном шве аустенитной структуры. Такие соединения можно получить, используя сварочные электроды Lastek 8003 (ЗИО-8), Lastek 809 (ЦЛ-25) или проволоки Lastifil 809 G (cв-07Х25Н2Г2Т).
Прочностные свойства таких соединений ниже, чем у основного металла. Для получения равнопрочных сварных соединений используют сварочные материалы, обеспечивающие получение металла шва с мартенситной структурой.
Сварные соединения такого типа можно получить, используя электроды Lastek 8312 или сварочные прутки Lastek 810 С.
Сварка нержавеющих сталей ферритного класса
В ферритных сталях доля хрома составляет 12-18%, содержание углерода низкое — менее 0,2%.
К сталям этого класса относятся стали марок 10х13СЮ, 08х13 (403 AISI), 172х17 (430 AISI), 08х17T (430 Ti AISI), 15х18СЮ, 15х25Т и др. Стали имеют невысокие значения прочности, твердости и вязкости, не закаливающиеся, обладают высокой коррозионной стойкостью.
При сварке сталей этого типа образуются хрупкие сварные швы, часто появляются трещины. Сварку сталей данной группы следует производить в подогретом состоянии. Температура подогрева составляет примерно 200оС. Сварку выполняют на возможно максимальных скоростях, чтобы обеспечить минимальный разогрев металла во время сварки. После сварки швы рекомендуется нагреть до температуры 720-780оС и быстро охладить.
Отжиг при температуре 760оС в течение 2 часов полностью снимает остаточные напряжения и увеличивает деформационные способности ферритных сталей всех марок. Для сварки сталей с содержанием 15-17% хрома рекомендуется применять присадки, легированные титаном или ниобием, а сталей с 13% хрома – 1% алюминия. Сварку сталей этого типа можно выполнять, используя электроды Lastek 8312, Lastek 809 или сварочные прутки Lastek 8003С, Lastek 810С.
Сварка нержавеющих сталей аустенитно-мартенситного класса
К аустенитно-мартенситному классу относятся стали, имеющие структуру состоящую из аустенита и мартенсита, количество которых может изменяться в широких пределах. К этому классу относятся стали марок 20х13Н4Г9, 09х15Н8Ю, 07х16Н6 (301 AISI), 08х17Н7Ю, 08х17Н6Т и др. В зависимости от термообработки эти стали имеют структуру и обладают свойствами, близкими к свойствам сталей аустенитного или мартенситного классов.
При сварке этих сталей структурные превращения в зоне термического влияния и выделение карбидов приводят к снижению пластичности, ударной вязкости и снижению коррозионной стойкости и стойкости против межкристаллитной коррозии зоны термического влияния.
Полная термообработка (закалка, обработка холодом, отпуск) позволяет получить оптимальное соотношение аустенита и мартенсита, позволяющее повысить вязкость и сохранить прочностные характеристики.
Сварные соединения сталей аустенитно-мартенситного класса целесообразно выполнять аргонодуговой, допускается применение ручной дуговой и механизированной.
Выбор присадочного материала осуществляют, исходя из требований прочности сварного соединения.
В случае отсутствия требований высокой прочности к швам в качестве присадок можно рекомендовать аустенитные проволоки Lastifil 802, Lastifil 803, электроды Lastek 809, Lastek 802, прутки для сварки нержавейки 802С, Lastek 8003С.
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 |
Как и где применяется сталь 20х23н18, ее характеристика
В связи с тем, что в последнее время сильно возрос интерес к энергетики, и также к технике, которая занимается газотурбинами жаропрочная сталь пользоваться популярностью. И этому есть несколько объяснений. Так, не только вырос интерес к промышленности в последнее время, но и возможность использование высокой температуры для изготовления некоторых деталей, востребованных в последнее время.
Именно поэтому жаропрочная сталь как раз и является той необходимой находкой, позволяющей изготавливать нужные детали при температуре, которая раньше не подчинялась человеку. И несмотря на то, что на такой материал воздействует сразу и высокая температура и самые непредсказуемые погодные условия, сталь все равно продолжает сохранять все свои свойства, которые как раз и необходимы для изготовления востребованных деталей.
Классификация жаропрочных сталей
Обычно жаропрочный материал применяется для того, чтобы изготовить детали, которым другим путем выполнить просто невозможно. Прежде всего, речь идет о лопатка для таких двигателей, как газотурбинные. Обычно этот материал проходит несколько операция, которые помогают изготовить необходимые детали.
Операции, которые применяют для изготовления частей газотурбинного двигателя:
- Ковка.
- Шлифовка.
- Механическая обработка.
- Полировка.
- Прецизионное литье.
Через все эти и многие другие технические задачи должен проходить тот метала, который именуется сталью. Существует много разных типов этого металла, но сталь 20х23н18 характеристики ее доказывают, что она не только самая распространенная, но и приспособленная для работы и выполнения всех необходимых технических операций в любых климатических условиях.
20 х23н18 характеристики
Стоит очень внимательно ознакомиться с характеристикой металла, чтобы понять, как и для чего можно использовать такую сталь. Итак, прежде всего это металла, который устойчив к жаре и к самым горячим перепадам температуры. Изготовление ее происходит по всем стандартам, поэтому претензий к ее качеству не бывает. Чаще всего ее можно встретить на предприятиях, занимающихся машиностроением.
В состав металла входят железо и никель, которые не боятся жары, а сопротивление окислению оказывает хром, который также входят в состав стали. Но хрома должно быть немного в металле, иначе такое свойство, как жароустойчивость может понемногу разрушаться. Есть в составе стали и некое содержание углерода, но оно небольшое. Примерно два десятых процента углерода указывает на то, что его повышенное содержание для металла вредно. Подведем итого того, из чего же состоит такой металл, как сталь.
Состав стали:
- Железо.
- Никель.
- Хром.
- Углерод.
- Марганец.
- Кремний.
- Фосфор.
- Сера.
Такой состав металла позволяет не только выносить сильную жару, но и никак не реагировать на повышенное содержание влаги. Кроме того, из–за повышенного содержания никеля можно говорить о том, что сталь является еще и пластичным металлом.
Каким же способом получается сталь данного типа? В домашних условиях получить такой металл просто невозможно, так как необходимо специальное оборудование. Например, дуговые печи, в которых и происходит выплавка стали.
Сварка жаропрочных сталей и сплавов: обеспечьте качественный крепеж
Представляя особую категорию, жаропрочные сплавы, среди которых при сварке используются и аустенитные материалы, нержавейка – все это требует тщательного подбора марок электродов. Правильно подобранные элементы помогут:
- Более качественно и аккуратно провести сборку всей конструкции.
- Обеспечить гарантированную долговечность сварного крепежа без трещин и разрывов.
- Прочно скреплять не только нержавейку, но и подслои.
Если интересует сварка жаропрочных сталей и сплавов – обратите особое внимание на то, что нержавейка может скрепляться как с низколегированным металлом, так и с нелегированными основами. Качественно сваривая слои и подслои, мастера часто используют более совершенную термомеханическую технологию, покрывая всевозможные металлические изделия слоями других металлов. Это называется плакированием, что проводится при сборке: металлических плит, листов, труб и проволоки.
Не везде можно использовать горячий прокат или прессование. Могут возникать трудности, когда в техпроцессе участвует жаропрочные сплавы или нержавеющая сталь.
Возникающие трудности при сварке
Представляя собой композиции, выполняемые на базе железа, жаропрочные стали, и сплавы отличаются большим количеством легирующих элементов. По общему объему такие добавки могут составлять предел 65%. Чтобы сварка жаропрочной нержавеющей стали была проведена на самом высоком уровне, необходимо знать особые нюансы о работе с этим сплавом.
Под жаропрочностью понимают устойчивость нержавейки к процессам разрушения, проходящим под высокой температурой воздействия. Но это свойство зависит не только от выбранного режима температур, а и от временных факторов. При разрушениях особо прочного металла или сплава, когда наблюдается длительное высокотемпературное нагружение – это характеризуется диффузионной природой, где развивается дислокационная ползучесть.
В целях предотвратить ползучесть и обеспечить требуемый уровень жаропрочности нержавейки, принято использовать несколько способов.
Среди основных способов, предотвращающих ползучесть, увеличивающих жаропрочность железных сплавов, различают:
- Формирование дисперсных термостойких барьеров. Такие включения предотвратят скольжение дислокаций и их переползание на свободные места. В работе используют как интерметаллиды, так и карбиды. Жаропрочные стали принято различать на подкатегории – гетерогенные и гомогенные, что не подвержены термическому упрочнению, а также на упрочняемые в процессе термообработки.
- Подвижность вакансий, где проводят легирование, повышая технические характеристики γ-твердого раствора при помощи вольфрама, молибдена или других элементов.
Жаропрочные и жаростойкие сплавы из разряда жаростойкой нержавейки и аустенитной стали, не подвержены преобразованиям как при нагревании, так и при охлаждении.
Для упрочнения аустенитных сталей термическая обработка неприменима!
Жаростойкость и повышенную антикоррозионную стойкость таким сплавам обеспечивает хром. Благодаря наличию никеля, стабилизируется вся структура, увеличиваются показатели жаропрочности, технологичности и пластичности. Это способствует широкому применению аустенитной стали, используемой как универсальный конструкционный материал.
Отличаясь повышенной устойчивостью к коррозии, выделяясь жаро- и хладостойкостью, аустенитные сплавы применяют для сварки не только в условиях высоких и низких температур, но и при надежном монтаже в агрессивной среде.
Технология сварки
Выполняемая сварка жаропрочных сталей и сплавов чаще проходит с применением дуговой сварки, где применяются вольфрамовые электроды и среда защитных газов. Процесс сборки конструкций проходит как в аргоне, так и с использование гелия. Может выполняться не только ручная аргонодуговая сварка, но и более продуктивный способ, при использовании механизированной аргонодуговой сварки, где заранее приобретаются как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды.
Для аустенитных сплавов и нержавейки, принято проводить и автоматическую сварку под флюсом. Стали из категории аустенитных (тип 18-8) свариваются достаточно прочно и без проблем.
Занимаясь подготовкой к сварке деталей из этих материалов, рекомендуется провести технологические операции, что применимы при подготовительных операциях, когда планируется сварка легированных или углеродистых сплавов.
Сложность этой разновидности крепежа обусловлена выраженной склонностью к накоплениям в околошовном секторе и в самом сварном шве, трещин, что могут сопровождаться микронадрывами. Дефект может возникнуть в сплавах, отличающихся крупной зернистостью макроструктур.
Сварные соединения аустенитных композиций выделяются спецификой кристаллизации и представляют ячеисто-дендритную структуру. Это может повлечь к формированию достаточно массивных кристаллов (столбчатый тип). В целях повышения уровня стойкости сварных швов, рекомендовано при помощи совершенных технологий, быстро устранять дефектные структуры на металлах и сплавах. Применяемые методики помогают:
- Эффективно измельчать кристаллы.
- Уменьшить в металле удельный вес фосфора и серы.
- Устранять горячие трещины при снижении глубины проплавляемого металла.
Для сварки использую материалы, что производят из стали с электрошлаковым переплавом или вакуумной выплавкой. В целях уменьшения образующихся трещин – повышают легирующие добавки (бромом) до показателей, что обеспечат кристаллиты с обильной эвтектикой. Более универсальный способ в снижении образования трещин – это модификация швов. Ее выполняют с применением добавок, в которые входят легирующие компоненты. Кроме молибдена и хрома, применяется кремний и алюминий.
Сталь 20х23н18: характеристики, применение, виды
Жаропрочная сталь, которая отлично подходит для производства газотурбин, в последнее время стала использоваться намного чаще. Это обусловлено несколькими причинами. Дело в том, что в последнее время значительно вырос интерес к промышленной индустрии, а также достаточно чаще стали использовать методы высокотемпературной обработки стали. Поэтому жаропрочная нержавеющая сталь 20х23н18, характеристики которой отлично подходят для этих целей, стала пользоваться популярностью.
Общие сведения о материале
Если учитывать характеристики, то эта сталь может похвастаться такими преимуществами, как: технологичность материала, повышенная пластичность, высокий показатель жаропрочности. Что немаловажно — это то, что свариваемость этого металла достаточно высокая. Стоит также отметить, что сталь 20х23н18 относится к аустенитному классу металла. Основу для данного материала составляют такие два вещества, как никель и железо.
Листовая сталь изготавливается из сложнолегированного и аустенитного сплава. Он обязательно должен обладать высокой устойчивостью к любым агрессивным воздействиям окружающей среды. Атмосферная и почвенная влага также не должны оказывать существенного влияния на него. Сам по себе стальной жаропрочный лист марки 20х23н18 — это очень многофункциональный и удобный материал, который позволяет использовать его в самых разных условиях. Часто используется для того чтобы изготовить камеры сгорания, основное требование которых — это высокая устойчивость к температурам.
Классификация стали
Чаще всего жаропрочные стали используются для того, чтобы изготавливать детали, которые получить каким-либо другим путем просто невозможно. Одной из таких деталей стала лопатка для газотурбинных двигателей. Чаще всего ст 20х23н18, характеристики которой позволяют ей хорошо противостоять высоким температурам, подходит как нельзя лучше. Из нее же изготавливают и другие важные детали.
В промышленной сфере на сегодняшний день используются несколько операций, при помощи которых производят элементы для газотурбинных двигателей. В число таких входит ковка, шлифовка, механическая обработка, полировка и прецизионное литье. Для того чтобы пройти все эти стадии обработки, необходимо использовать достаточно качественную сталь.
Можно использовать большое количество разных материалов, однако характеристики стали 20х23н18 указывают на то, что использовать ее выгоднее всего, так как она наиболее приспособлена для работы. Также ее можно использовать практически в любых климатических условиях. Благодаря всем этим качествам она стала наиболее распространенной в этой сфере.
Данная сталь очень устойчива к влиянию высоким температур, а также хорошо переживает резкие перепады этого показателя. Чаще всего она применяется на заводах по машиностроению. Изготавливается по определенным государственным стандартам, а потому ее качество гарантировано.
Состав продукции
Характеристики 20х23н18 металла обусловлено его составом. Высокую устойчивость к температурам дает железо и никель, которые входят в состав. Благодаря наличию определенного количества хрома в составе, удалось достичь высокой стойкости к коррозии, что и делает ее нержавеющей.
Совсем небольшое, но все же есть содержание углерода в данной марке стали. Здесь очень важно отметить, что превышение показателя в 0,2% углерода в составе указывает уже на то, что металл некачественный.
Помимо перечисленных веществ, которые дают определенные характеристики 20х23н18 металлу, есть также и такие, как фосфор, сера, марганец.
Такой состав приводит к тому, что удается получить не только жаропрочный материал, но и сталь, хорошо переносящую влагу. Никель в составе стали указывает на то, что материал обладает определенной пластичностью. Чтобы получить такие характеристики для 20х23н18 стали, она должна изготавливаться в дуговой печи. Для того чтобы в результате получить качественный материал данной марки, необходимо проводить сложный процесс производства с регулировкой температуры на каждом этапе.
Производство стали
Производство данного продукта достаточно сложное. Начальный этап должен протекать при температуре 1180 °С. Чем ближе к завершению подходит процесс, тем меньше должна быть и температура. Уменьшается она до тех пор, пока не достигнет предела в 900 °С. При таком показателе операция и завершается. На этом процесс деформации заканчивается и можно переходить к следующему этапу. Есть несколько способов провести термическую обработку материала. Первый метод — это нагрев до температуры 1100-1150 °С. Сталь закаляется, после чего проходит процесс охлаждения в воде, в масле или на воздухе.
При втором способе нагрев металла осуществляется до температуры в 1160 °С и увеличивается до 1180 °С. После также нужно охлаждать материал в воде. Для этого потребуется уже не менее четырех или пяти часов.
Сталь жаропрочная высоколегированная 20Х23Н18
Заменитель
Нержавеющие стали марок – 20Х23Н13, 15Х25Т.
Стандарт ASTM: 310S AISI.
Область применения
Высоколегированная жаропрочная сталь 20Х23Н18 используется при производстве отдельных деталей для камер сгорания, например хомутов, подвесок, а также деталей крепления. Нередко из этой марки стали производят бесшовные трубы, эксплуатация которых осуществляется при высоких температурах – до +1100 °С.
Вид поставки
Сортовой прокат из нержавеющей стали соответствует ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванные прутки производятся из нержавеющей стали в соответствии с ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, а шлифованные прутки – по ГОСТ 14955-77.
Листы толстые, производимые из стали этой марки, должны соответствовать 7350-77, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74, стальные полосы – ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76, а ленты – ГОСТ 4986-79. При изготовлении кованых заготовок должно быть соответствие ГОСТ 1133-71.
Химический состав
| Химический элемент | Кремний (Si), не более | Медь (Cu), не более | Марганец (Mn), не более | Никель (Ni) | Титан (Ti), не более | Фосфор (P), не более | Хром (Cr) | Сера (S), не более |
| % | 1.0 | 0.30 | 2.0 | 17.0-20.0 | 0.2 | 0.035 | 22.0-25.0 | 0.02 |
Механические свойства
| Термообработка, состояние поставки | Прутки. Закалка 1100-1150°С, воздух или вода | Листы горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1030-1130°С, вода (образцы поперечные) | Лента холоднокатаная. Закалка 1050-1080°С, вода или воздух | Лента холоднокатаная. Закалка 1050-1080°С, вода или воздух |
| Сечение, мм | 60 | >4 | <0,2 | 0,2-2,0 |
| 0,2, МПа | 196 | 264 | ||
| B, МПа | 490 | 539 | 580 | 580 |
| 5, % | 35 | 35 | ||
| 4, % | 19 | 38 | ||
| , % | 50 |
Механические свойства при повышенных температурах
| tиспытания, °C | B, МПа | KCU, Дж/м2 | 0,2, МПа | 5, % | , % |
| Прутки диаметром 38-55 мм. Закалка 1180°С, вода. Старение 800°С, 4 ч. | |||||
| 20 | 600-660 | 137-186 | 295-320 | 29-35 | 47-54 |
| 300 | 520-540 | 147-166 | 235 | 25-28 | 45-49 |
| 400 | 540 | 147-166 | 225 | 24-32 | 39-45 |
| 500 | 520-540 | 171 | 210 | 25-31 | 41-45 |
| 600 | 440 | 176 | 195 | 24 | 46 |
| 700 | 315-330 | 171 | 185-195 | 19-24 | 35 |
| 800 | 185-205 | 176 | 165 | 19-27 | 34 |
| Образец диаметром 10 мм и длиной 50 мм, прокатанный | |||||
| Скорость деформирования 20 мм/мин. | |||||
| Скорость деформации 0,007 1/с. | |||||
| 800 | 255 | 215 | 24 | 67 | |
| 900 | 135 | 135 | 37 | 77 | |
| 1000 | 71 | 64 | 49 | 77 | |
| 1100 | 44 | 39 | 51 | 70 | |
| 1200 | 27 | 22 | 27 | 31 | |
Технологические свойства
Температура ковки
Начальная температура ковки нержавеющей стали должна составлять +1220 °С, а конечная – около + 900 °С. Если сечение нержавеющей стали составляет менее 350 мм, то охлаждение осуществляется в воздухе.
Свариваемость
Ограниченно свариваемая.
Обрабатываемость резанием
В нормализованном и отпущенном состоянии при НВ 178 и B = 610 МПа, Ku б. ст. = 0,4.
Предел выносливости
| Термообработка, состояние стали | Закалка 1100°С, вода или воздух. НВ 140-200 | |
| -1, МПа | 255 | 245 |
| B, МПа | 590 | 570 |
| 0,2, МПа | 290 |
Жаростойкость
| Среда | Воздух | Воздух | Воздух |
| Температура, °С | 650 | 750 | 800 |
| Длительность испытания, чp> | 4500 | 1500 | |
| Глубина, мм/год | 0,0027 | 0,01 | 0,044 |
| Группа стойкости или балл | 2 | 3 | 4 |
Физические свойства
| Температура испытания, °С | Модуль нормальной упругости, Е, ГПа | Плотность, кг/см3 | Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) | Уд. электросопротивление (p, НОм·м) |
| 20 | 200 | 7900 | 14 | 1000 |
| 100 | 16 | |||
| 200 | ||||
| 300 | 182 | 19 | ||
| 400 | 176 | 7760 | ||
| 500 | 170 | 7720 | 22 | |
| 600 | 160 | 7670 | ||
| 700 | 150 | 7620 | ||
| 800 | 141 | |||
| 900 | 7540 |
| Температура испытания, °С | Коэффициент линейного расширения (10-6 1/°С) | Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг·°С)) |
| 20-100 | 14.9 | 538 |
| 20-200 | 15.7 | |
| 20-300 | 16.6 | |
| 20-400 | 17.3 | |
| 20-500 | 17.5 | |
| 20-600 | 17.9 | |
| 20-700 | 17.9 | |
| 20-800 | ||
| 20-900 | ||
| 20-1000 |
