Особенности сварки низко- и среднелегированных теплоустойчивых перлитных сталей типа 12Х1МФ, 15 ХМ, 15Х1М1Ф, 15Х5М, 15Х5ВФ

Теплоустойчивыми называют стали, предназначенные для длительной работы в интервале температур 500 - 600⁰ С.

Химический состав: С, Fе, Сr, Мо, V.

Эти стали используются для изготовления энергетических и нефтехимических установок. В соответствии с условиями длительной работы под напряжением при высоких температурах теплоустойчивые стали должны обладать сопротивлением ползучести, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и жаростойкостью. Они способны сохранять механические свойства при эксплуатации до 600⁰С. Поскольку детали котельных установок работают длительное время без смены (десятки тысяч часов) и не должны за это время заметно подвергаться деформации, по предел ползучести является для них основной характеристикой. Теплоустойчивость этих сталей обусловлена тем, что легирование Сr, Мо приводят к тому, что значительная доля этих элементов находится в твердом растворе, т.е. феррите. Легирование феррита вызывает его упрочнение и затрудняет процесс диффузии при повышенных температурах, что определяет устойчивость свойств при нагреве. Сохранность свойств стали также зависит от легирующего элемента.

Перечисленные свойства достигаются применением
хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей перлитного
класса. Хромомолибденовые стали 12МХ, 15ХМ с ферритно - перлитной
структурой используют для работы при 500 - 550°С, а
хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛдля
работы при 550 - 600⁰С. Более высокие жаропрочные свойства
хромомолибденованадиевых сталей обусловлены не только стабилизацией
карбидной фазы ванадием, но и применением упрочняющей термической
обработки на бейнитную структуру.

3.3.1. Особенности сварки теплоустойчи­вых сталей

Для сварки плавлением низкоуглеродистых низко - и среднелегированных теплоустойчи­вых сталей характерны две особенности:

Первая заключается в том, что эти стали содержат элементы (хром, молибден, ванадий, вольфрам и др.), дающие стойкие карбиды и снижающие активность углерода в этих сталях. Это значит, что в сварных соединениях таких сталей с аустенитными швами при нагреве диффузионная неоднородность будет развиваться менее активно, чем при контакте аусте­нитных швов с нелегированными сталями. При сварке этих сталей можно ограничиться со­держанием в металле шва 25 - 40 % Ni. В то же время, учитывая влияние никеля на химиче­скую неоднородность в участке сплавления, вызванную образованием промежуточных сплавов за счет проплавления, а также рациональность унификации типов присадочных материалов при сварке низко- и среднелегированных низкоуглеродистых теплоустойчи­вых сталей, целесообразно остановиться для этого случая на металле шва с 40 % Ni, тем более, если в этом металле будут содержаться такие активные карбидообразующие элементы, как молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан, снижающие активность углерода в раство­ре и требующие увеличения содержания никеля, повышающего активность углерода.

Вторая особенность, с которой надо считаться при сварке теплоустойчивых сталей, заключа­ется в том, что эксплуатация сварных соединений происходит при повышенных температурах (450 - 600°С) в течение очень длительного времени (сотен тысяч часов), т. е. в условиях, опре­деляющих развитие диффузионных процессов и образование в участке сплавления химиче­ской и структурной неоднородностей. Поэтому с большим вниманием следует относиться к развитию диффузионной неоднородности в сварных соединениях рассматриваемого типа.

Н. В. Кириличев обследовал более 430 тыс. стыков труб из сталей 15Х5М и 12Х2М1 с металлом шва типа 10Х25Н13Г2 и 06Х25Н40М7Г2, работавших при температуре от 400 до 550°С. Было отмечено, что все сварные соединения имели вполне удовлетворительную экс­плуатационную надежность. Однако в сварных соединениях с металлом шва типа 10Х25Н13Г2 в 0,16 % случаев появились трещины, в то время как на стыках с металлом шва типа 06Х25Н40М7Г2 их практически не было (0,005 % случаев).

В целях экономии сварочных материалов с высоким содержанием никеля ими можно наплавлять только кромки свариваемых теплоустойчивых сталей, а последующую сварку - заполнение разделки осуществлять аустенитными присадочными материалами с мень­шим содержанием никеля. Высокая работоспособность сварных соединений стали 12Х1МФ и хороший комплекс свойств при высоких температурах эксплуатации достигается при наплавке кромок свариваемой стали электродами, дающими металл типа 08ХН60Г7М7Т, а сварку и заполнение разделки осуществлять электродами, дающими металл шва типа 11Х15Н25М6АГ2. Для более легированной теплоустойчивой стали 15Х5М оправданной должна быть наплавка кромок металлом типа 06Х25Н40М7Г2 и сварка материалами, дающими металл шва типа 10Х25Н13Г2. По затрате никеля это близко к использованию для сварки без наплавки кромок материалов, дающих металл шва с 25 % Ni (например, типа 10Х15Н25М6), а по надежности работы, определяемой стойкостью к образованию диффузионной неоднородности в зоне сплавления, первый вариант предпочтительнее.