Способ обработки околошовной зоны сварных соединений высоколегированных коррозионно-стойких аустенитно-ферритных сталей Советский патент 1992 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к сварке материалов, применяемых для изготовления оборудования и аппаратов химической, пищевой и других отраслей промышленности с применением дуговых методов сварки.

В последние годы в связи с острым дефицитом никеля нашли широкое применение экономно легированные никелем аустенитно-ферритные стали марок 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, ОЗХ23Н6, 08Х18Н8М2Т, 08Х21Н6М2Т, ОЗХ22Н6М2 (ГОСТ 5632-72). Все эти стали имеют достаточно высокую коррозионную стойкость и являются полноценными заменителями хромоникелевых типа 18-10 и хромоникель- молибденовых типа 17-13-3 сталей.

Однако применение аустенитно-фер- ритных сталей сдерживается из-за невозможности их использования при изготовлении ответственного оборудования, работающего под давлением, по причине охрупчивания околошовной зоны сварных соединений и снижения ее коррозионной стойкости. Охрупчивание зоны термического влияния (з.т.в.) при воздействии

термического цикла сварки тем сильнее чем больше толщина свариваемого металла и чем сильнее отклонение исходной структуры к ферриту (50% офазы) Изменение соотношения фаз при сварке в з.т.в. из-за превращения вызывает структурно-избирательную коррозию на этом участке при эксплуатации оборудования в средах повышенной агрессивности. Сварные соединения аустенитно-ферритных сталей, выполненные высокопроизводительными способами сварки, охрупчиваются из-за у-д-превращения и роста ферритного зерна в з.т.в. Чем толще свариваемый металл и выше погонная энергия сварки, тем шире участок крупного ферритного зерна в з.т.в. и ниже пластичность. Особенно сильно охрупчиваются по вышеперечисленным причинамсварныесоединениястабилизированных сталей и тем сильнее, чем выше в них содержание титана. Охрупчивание и снижение коррозионной стойкости сварных соединений из молибденсодержащих сталей дополнительно усугубляется образованием (7-фазы. Охсл

С

4 СП О 00 00

рупчивание з т.в сказывается особенно отрицательно, если сварные конструкции подвергаются холодной вальцовке, например при изготовлении лепестков шаровых резервуаров.

Известным способом, снижающим ох- рупчивание з.т.в, является их термообработка.

Однако этот способ не только дорогостоящий, трудоемкий, но и неосуществим для крупногабаритных конструкций.

Известен способ уменьшающий уровень сварочных напряжений и влияние концентратора напряжений. Нагреву до расплавления подвергается участок перехо- да от шва к основному металлу,

Однако известный способ не учитывает особенностей структуры аустенитно-фер- ритного металла, который изменяет свои коррозионные и механические свойства при сварке в з.т.в. Степень этих изменений непостоянна и сильно зависит не только от погонной энергии сварки, но и от колебаний химсостава стали в пределах марки. Извест- ный способ не учитывает требования коррозионной стойкости, обуславливающие Применение в качестве защитных только определенных сред.

Целью изобретения является повыше- ние эксплуатационной надежности и долговечности сварных соединений из высоколегированных коррозионно-стойких аустенитно-ферритных сталей путем повышения стабильности свойств, снижения межфазной химнеоднородности на участке з.т.в , примыкающем к линии сплавления (участок крупного ферритного зерна з.т.в.).

Поставленная цель достигается тем, что участок з.т.в. сварных соединений, примыкающий к линии сплавления, подвергают расплавлению электрической дугой, горящей на неплавящемся электроде, с погонной энергией величиной 7-10 кДж/см в смеси аргона с азотом, причем содержание азота в смеси определяется соотношением NiaKB

N(1) 5%.

Формула выведена опытным путем и корректирует содержание азота в смеси в зависимости от химического состава сталей. Расплавление границы без легирования азотом повышает пластичность и коррозионную стойкость, но степень этого повышения не всегда достаточна и нестабильна. Она зависит в этом случае от химического состава сталей (колебаний в

5

10

15

20 25

30 35

40 5

0

5

пределах марки и от системы легирования) В составах сталей с содержанием элементов аустенизаторов по минимуму, а элемен- тов ферритизаторов по максимуму (особенно в стабилизированных) увеличение пластичности будет недостаточным, особенно при сварке толстолистового металла (16 мм) на высоких погонных энергиях сварки. Например, если сварное соединение стали ЭП53 толщиной 16 мм с содержанием титана 0,6% имеет угол изгиба 30 град, то после аргонодугового расплавления границ, приводящего к измельчению зерна феррита, он увеличивается до 60...70 град. Структура расплавленного участка околошовной зоны остается в этом составе чистоферритной и сварное соединение будет склонно в коррозионной среде к структурной коррозии в силу его электрохимической гетерогенности.

Предлагаемый способ обеспечивает высокий, независимый от химического состава и способа сварки уровень и стабильность свойств. Это достигается благодаря легированию расплавленного участка азотом в количестве, которое учитывает химсостав свариваемой стали.

Легирование расплавленного участка азотом приводит к смещению начала 5- } преврэщений в металле расплавленного участка в область более высоких температур, вследствие чего на расплавляемом участке, несмотря на высокие скорости охлаждения, успевают образоваться между мелкими зернами феррита значительной толщины прослойки первичного аустенита, способствующие повышению пластичности. Однако, чем выше температура образования аустенита в двухфазном металле, тем меньше он отличается по химическому составу от феррита, в чем и состоит снижение межфазной химнеоднородности. Даже в нестабилизированных сталях в этих условиях стойкость к МКК сохраняется. Участок расплавления, как и основной металл и шов, является двухфазным, благодаря чему сохраняется стойкость сварного соединения против избирательной коррозии. Погонная энергия сварки вольфрамовым электродом в защитной газовой смеси составляет 7...10 кДж/см Величина погонной энергии выявлена опытным путем с учетом того, что введение азота в атмосферу дуги увеличивает ее проплавляющую способность.

Практика показывает, что ширина участка крупного ферритного зерна в з.т.в. сварных соединений стандартных высоколегированных аустенитно-ферритных сталей при любых тепловложениях при электродуговой сварке не превышает 2 мм,

поэтому нет необходимости регулировать погонную энергию при расплавлении в целях получения ширины расплавленного участка более 2 мм, так как она при выбранном диапазоне погонных энергий и способа обработки обеспечивается всегда. Участок расплавления должен примыкать к линии сплавления со стороны основного металла. Погонная энергия не должна быть ниже 7 кДж/см затем, чтобы глубина проплавления составляла не менее 2 мм, чтобы обеспечить необходимую пластичность и срок службы участка в коррозионной среде. Необходимость в ограничении тепловложения при расплавлении вызвана тем, что расплавленный участок всегда имеет свою зону термического влияния, которая также будет охрупчиваться и терять коррозионную стойкость, если тепловложения превысят 10 кДж/см.

Пример. При отработке способа сварные соединения выполняли на стандартной стали типа 08Х22Н6Т и ОЗХ23Н6 толщиной 22 мм. Опытные стыки сваривали автоматической сваркой под флюсом АНК- 45МУ встык без зазора двухсторонним швом проволокой Св 05Х20Н9ФБС, обычно применяемой для сварки этой стали, диаметром 4 мм с погонной энергией 28

кДж/см. Отношение - л. в в стали

-ГэкВ

08X21Н6Т равнял ось 0,3, в стали ОЗХ23Н6 - 0,4. Содержание азота в смеси при обработке границ составляло 3.5 и 3,0%. В качестве защитного газа в смеси применяли аргон. Обработку выполняли с погонной

энергией 6, 7. 10, 12 кДж/см на участке, непосредственно примыкающем к шву и участке, расположенном на расстоянии 5 мм от шва в сторону основного металла. Коррозионная стойкость оценивалась испытанием образцов на МКК по методу AM (ГОСТ 6032-84) и избирательную коррозию испытанием образцов в азотной кислоте 56%- ной концентрации при 70°С - визуально.

Пластичность оценивали испытанием сварных соединений на изгиб по ГОСТ 6996-66. Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ результатов на статический изгиб, МКК и избирательную коррозию показывает, что предлагаемый способ позволяет значительно повысить пластичность и стойкость как против МКК, так и избирательной коррозии аустенитно-ферритных сталей.

Формула изобретения

Способ обработки околошовной зоны сварных соединений высоколегированных коррозионно-стойких аустенитно-феррит- ных сталей при котором процесс ведут с

помощью дуги, горящей на неплавящемся электроде в защитном газе, отличающийся , что, с целью повышения эксплуатационной надежности и долговечности сварных соединений, расплавлению подвергают

участок зоны термического влияния, примыкающий к линии сплавления, с погонной энергией величиной от 7 до 10 кДж/см в смеси аргона с азотом, причем содержание азота в смеси определяется соотношением

N(b

Марка стали I Образцы сварных соединений

Без обработки 9.т.е. То же

С обработкой участка

з.т.8., примыкающего к шву, сваркой в аргоно- азотной смеси вольфрамовым электродом

То же

С обработкой участка

з.т.в., расположенного на расстоянии 5 мм от границы шва, сваркой в арго- но эзотноЈ смеси вольфрамовым электродом

гонная энеря сварки в гоно-азот- й смеси, ж/см

Угол изгиба, град

Наличие или отсутствие коррозии

fO 80

120 ISO

130

180 180 130

«iO kl JO 30

MKK

Нет Есть

Нет Нот Нет

Нет

Нет Нет Нет Есть

Нет Нет Нет Нет

избирательной коррозии

Е-сть Нет

Нет

Нот Нет Есть

Нет Нет Нет Нет

Есть Есть Есть Есть

Использование: для химической и пищевой промышленности, производство сварных конструкций для изготовления оборудования из высоколегированных коррозионно-стойких аустенитно-ферритных сталей. Сущность изобретения: околошовную зону после сварки расплавляют в атмосфере аргона и азота неплавящимся электродом. Величина погонной энергии дуги от 7 до 10 кДж/см, содержание азота в смеси определяется соотношением N(1М1Экв 5%. 1 табл.