Сварка мартенситной стали: Техники, которые необходимо знать

Микроструктура мартенситной стали (МС) преимущественно мартенситная. Она обладает высокой прочностью на растяжение, максимальная прочность достигает 1600 МПа. Для повышения пластичности сталь необходимо закаливать, что позволяет ей сохранять достаточную форму, несмотря на высокую прочность.

В настоящее время, Мартенситная сталь имеет самый высокий уровень прочности среди серийно выпускаемых высокопрочных стальных листов.

Мартенситная сталь подразделяется на два типа:

• Простая сталь серии Cr13, включая 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13и так далее.
• Упрочненная многоэлементными сплавами мартенситная сталь, такая как 1Cr11MoV и 1Cr12WMoV, в основе которой лежит Cr12, а в состав входят такие элементы, как W, Mo, V, Ti, Nb и другие для повышения ее термической прочности.

Мартенситная сталь известна своей сильной склонностью к закалке, которая может быть достигнута путем воздушного охлаждения высокотемпературных аустенит для формирования мартенситной структуры. Однако 1Cr13 с низким содержание углерода после закалки образует полумартенситную структуру с мартенситом и ферритом.

Первый тип мартенситной стали используется в основном в условиях общей коррозионной стойкости, например, в атмосфере, морской воде и азотной кислоте, а также для деталей, требующих определенного уровня прочности. Второй тип используется в основном для жаропрочной стали.

Свариваемость мартенситной стали

Мартенситные стали имеют сильную тенденцию к закалке. При воздушном охлаждении высокотвердые мартенсит может быть произведена. Однако это также приводит к худшему свариваемость среди всех нержавеющих сталей и высоколегированных жаропрочных сталей.

Во время сварки часто возникают следующие проблемы:

1. Холодная трещина при сварке

Это хорошо известная проблема мартенситной стали.

С одной стороны, это связано с его высокой прокаливаемостью. С другой стороны, это также результат плохой теплопроводности мартенсита, что может привести к значительным внутреннее напряжение во время сварки.

В частности, мартенситная сталь с высоким содержанием углерода и жесткими сварочными конструкциями склонна к развитию сварочных холодные трещины.

Для решения этой проблемы часто необходимы такие меры, как предварительный нагрев и термическая обработка после сварки.

2. Охрупчивание сварного соединения

(1) Охрупчивание от перегрева в районе шва

Мартенситные стали часто находятся на границе мартенсита и феррита из-за своих композиционных характеристик.

При высокой скорости охлаждения вблизи шва могут образовываться крупные зерна мартенсита, что снижает его пластичность.

При низкой скорости охлаждения образуется грубая структура из массивного феррита и карбидов, что значительно ухудшает форму соединения.

Поэтому очень важно контролировать скорость охлаждения во время сварки.

(2) Охрупчивание

Мартенситные стали и их сварные соединения при нагреве и медленном охлаждении в диапазоне температур от 375 до 575°C могут быть подвержены охрупчиванию при отпуске, что может значительно снизить их вязкость разрушения.

Поэтому очень важно избегать этого диапазона температур при термообработке, чтобы предотвратить охрупчивание.

Основные моменты процесса сварки мартенситной стали

1. Метод сварки

Мартенситная сталь может быть сварена всеми видами плавления. методы сварки кроме газовой сварки, включая дуговую сварку в защитных слоях металла, дуговую сварку под флюсом, аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, аргонодуговую сварку металлическим электродом и др.

Однако из-за высокой чувствительности к холодному растрескиванию важно тщательно очистить сварной шов и высушить его. сварочный пруток перед сваркой для обеспечения условий с низким или даже сверхнизким содержанием водорода.

Если степень жесткости соединения высока, рекомендуется использовать аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом или аргоном. металлическая дуга сварка.

Чтобы свести к минимуму риск появления холодных трещин, важно увеличить сварочное тепло вводить соответствующим образом, избегая перегрева и охрупчивания вблизи сварного шва.

2. Сварочные материалы

Выбор сварочные материалы должны быть основаны на марке стали, методе сварки и условиях работы соединения.

Чтобы обеспечить требуемые характеристики соединения, важно выбирать сварочные материалы, химический состав которых близок к составу основного металла. Однако это может привести к тому, что сварной шов и зона термического влияния затвердеют и станут хрупкими.

Для предотвращения холодного растрескивания после сварки часто требуется термическая обработка. Если термообработка невозможна, аустенитные сплавы типа 25-20 и 25-13 сварка стали Материалы могут использоваться для формирования аустенитных сварных швов, что позволяет снять сварочное напряжение и уменьшить склонность к холодному растрескиванию из-за повышенного содержания водорода.

Аустенитные сварные швы обладают хорошей пластичностью и вязкостью, но низкой прочностью, что делает их пригодными только для соединений в условиях статической нагрузки с небольшим напряжением. Кроме того, большая разница в теплофизических свойствах сварного шва и основного металла может привести к возникновению дополнительных напряжений на границе раздела швов при работе в условиях высоких температур, что приведет к раннему разрушению шва, поэтому они не подходят для применения при высоких температурах.

Электроды с низким содержанием водорода обычно используются для дуговой сварки сварочными прутками, и перед сваркой их следует просушить при температуре 400-450°C в течение двух часов. Для дуговой сварки под флюсом следует использовать низкокремнистый высокощелочной или слабокислотный флюс, например HJ172, HJ173 или HJ251. Сварка TIG в основном используется для сварки подложки и сварки тонких деталей при многослойной сварке.

3. Температура предварительного и промежуточного нагрева

Предварительный подогрев и поддержание межпроходной температуры - важнейший шаг для предотвращения образования холодных трещин во время сварки.

Температура предварительного нагрева должна определяться исходя из содержания углерода в стали, а затем с учетом степени жесткости соединения, наполнителя состав металлаи метод сварки. В табл. 1 приведены рекомендуемые температуры предварительного нагрева, теплопритоки и т. д. в зависимости от классификации содержания углерода.

Если соединение имеет высокую степень жесткости, необходимо увеличить температура предварительного нагрева и температуру промежуточного слоя соответственно. Температура интерпаса не должна быть ниже температуры предварительного нагрева.

Для сварки с аустенитными сварка стали материалов, предварительный или низкотемпературный подогрев может не потребоваться, в зависимости от толщины сварного соединения.

Таблица 1 Рекомендуемая температура предварительного нагрева и тепловая мощность для мартенситной обработки Сварка стали

4. Послесварочная термическая обработка

Послесварочная термическая обработка - еще одна важная мера для предотвращения образования холодных трещин во время сварки.

При использовании сварочных материалов, сходных по составу с основным металлом, после сварки закалка термическая обработка обычно необходима. С другой стороны, при сварке с использованием сварочных материалов из аустенитной стали послесварочная термообработка обычно не требуется.

Для того чтобы обеспечить полное преобразование аустенит в мартенсит после сварки, важно избегать отпуска сразу после сварки. Соединение должно быть охлаждено до температуры ниже Мисс Пойнт и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем подвергнуть высокотемпературному отпуску. Это связано с тем, что если отпуск производится сразу после сварки, то аустенит превращается в перлит, а карбиды осаждаются по границе зерен аустенита, делая соединение очень хрупким.

Однако для предотвращения холодного растрескивания нельзя проводить высокотемпературный отпуск после охлаждения соединения до комнатной температуры. Как правило, закалку проводят после охлаждения соединения до 100-150°C.