Способ сварки разнородных сталей

Способ сварки разнородных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам сварки высоколегированных сталей и сплавов с перлитными сталями, а также теплоустойчивых закаливающихся сталей аустенитным швом в конструкциях, эксплуатирующихся при высоких температурах, и может быть использовано в различных областях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений путем уменьшения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления аустенитного металла шва с перлитной сталью. Используют высоколегированный аустенитный металл шва с разным , в зависимости от температуры эксплуатации, содержанием никеля вплоть до сплава на никелевой основе. Аустенитный металл шва дополнительно легируют азотом в количестве от 0,1 до 0,23% при выполнении условия 0. о м N .к.м ш, где Q 0 м и Ок м ш - приведенное количество карбидообразующих элементов соответственно в основном металле и металле шва (%), определяемое из соотношения , + 0,4 МпМСф 1.,. +2,5 TI +3{Zr ; N - содержание азота в металле шва, %. При указанных условиях снижается уровень развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. 2 табл. (Л С

СОГОЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (сиз В 23 К 9/23. 9/16

ГОСУДА P CT В Е ННЫЙ КОМИТ ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0

1,ф, 0 4

О

)> (21) 4708431/27 (22) 26,05.89 (46) 07.05.91. Бюл, № 17 (71) Институт электросварки им.Е.О.Патона (72) В.Н,Липодаев, В.В.Снисарь, В.П.Елагин, М.В.Бельчук и Г.Н.Гордань (53) 621,791.75(088.8) (56) Готальский Ю.Н. и Снисарь В,В. О содержании никеля в металле шва сварных соединений аустенитных сталей с неаустенитными. — Автоматическая сварка, 1968, ¹ 1122,, с, 9 — 13. (54) СПОСОБ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ

СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к способам сварки высоколегированных сталей и сплавов с перлитными сталями, а также теплоустойчивых закаливающихся сталей аустенитным швом в конструкциях, эксплуатирующихся при высоких температурах, и может быть использовано в различных областях машиностроения. Цель изобретения— повышение качества сварных соединений

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способам сварки высоколегированных сталей и сплавов с перлитными сталями, а также теплоустойчивых эакаливающихся сталей аустенитным швом, к сварным соединениям которых предъявляются жесткие требования по обеспечению стойкости против хрупкого разрушения по зоне сплавления.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений разнородных сталей путем снижения уровня развития структурной и механической нео„„. Ж„„1646740 А1 путем уменьшения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления аустенитного металла шва с перлитной сталью. Используют высоколегированный аустенитный металл шва с разным. в зависимости от температуры эксплуатации, содержанием никеля вплоть до сплава на никелевой основе, Аустенитный металл шва дополнительно легируют азотом в количестве от 0,1 до

0,23 ь при выполнении условия

0,005(Qк.о.м) < N,006(0к.м.ш), где (0».о.м) и (QK. ш) — приведенное количество карбидообразующих элементов соответственно в основном металле и металле шва (g), определяемое из соотношения (Ок)=0,2(Fe)+

+ 0,4(Мп)+(Сг)+1,1(Мо)+ 1,2(W)+1,5(V)+2(Nb)+ Я

+2,5(Т!)+3(юг): N — содержание азота в металле шва, $, При указанных условиях снижается уровень развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. 2 табл, днородности в зоне сплавления аустенитного металла шва с неаустенитной сталью в конструкциях, работающих при высоких температурах. вплоть до 600 С.

Аустенитный металл шва, легированный никелем в зависимом от температуры эксплуатации количестве, при сварке дополнительно легируют азотом одним из известных способов, например через газовую среду при механизированной сварке в смесях, содержащих азот, вплоть до 100 (,, или через покрытие электрода при ручной дуговой сварке. Введение в наплавленный ме1646740 талл азота обеспечивает связывание карбидаобраэующих элементов, понижающих термодинамическую активность углерода в аустените, в нитриды и (или) карбонитриды, тем самым сближая значения термадинамической активности углерода в низколегированной стали и высоколегированном аустенитном металле шва, ограничивает диффузию углерода в зоне их сплавления при высоких температурах нагрева, Это способствует снижению уровня структурной и механической неоднородности в зоне сплавления и повышению качества сварного соединения.

Установлено, что положительное влияние азота ма снижение структурной и механической неоднородности проявляется при его содержании в металле шва в пределах

0,10-0,23$ при выполнении условия, учитывающего состав металла шва и основного металла: 0,005(Ок.о.<) S N,ООб(Ок,>.к ), где (Ок,o, ) и (Ок, .к ) — приведенное количество карбидообраэующих элементов соответственно в основном металле и металле шва, )(,, определяемое из соотношения: (О к)=0,2(Ее)+0,4(Мп)+1,1(Ма)+1,2(Уф-1,5(Ч)

+2(Nb)+2,5(Ti)+3(Zr) где N — содержание азота в металле шва, ф>.

Легирование азотом в количестве, превышающем 0,23ф, приводит к значительному снижению значений относительного удлинения и сужения металла шва, а также ухудшению качества сварных соединений за счет нарушения плотности металла шва.

В то же время содержание азота в металле шва в количестве меньше 0,10 оказывается недостаточным для снижения уровия развития структурной и механической неоднородности в зоне сплаеления.

Образование структурной и механической неоднородности в зоне сплавлемия высоколегированного аустенитного шва с ниэколегированной сталью происходит при высоких температурах нагрева в условиях эксплуатации или термообработки. Более высокая растворимость углерода в аустените, чем в феррите, определяет и более низкую термодинамическую активность его в аустените, что обусловливает диффузию углерода из феррита в аустенит при данной температуре. Кроме того, значительное понижение активности углерода вызвано присутствием в высоколегированном металле шва карбидообразующих элементов.

Повышение в металле шва содержания никеля позволяет несколько повысить термодинамическую активность в нем углерода, Дополнительное введение в шов азата

35 ао

55 эа счет связывания карбидообраэующих элементов в нитриды (карбонитриды) позволяет еще больше повысить термодинамическую активность углерода в аустенитном шве и тем самым уменьшить различие в активности углерода между швом и основмым металлом. 3а счет этого уменьшается диффузия углерода из ниэколегированного металла в аустенитный шов и устраняются условия, обусловливающие развитие структурной и механической неоднородности в зоне сплавления.

Пример. Выполняют многослойную наплавку в Ч-образную канавку глубиной 20 мм на пластинах из нелегированмой стали

Ст.Зсп в среде защитных газов.

Нелегированная сталь Ст.Зсп в качестве основного металла выбрана для ужесточения условия экспериментальмой проверки предлагаемого способа сварки за счет создания большего различия в уровне легирования и активности углерода в основном металле и металле шва, Сварку производят с помощью автомата АДГ-502 проволокой типа 08Х25Н40М7 диаметром 2 мм, Необходимое количество азота в металле шва определяют из условное ИЩОк,о,м) K N %,006(0þ(.или)

Ок.о.м. 0,2 (F6 ) 20

Ок.н.ы - (Сг)+1,1(Ма)+ 0,2(Fe) - 38,2

0,1 S N «,23.

Содержание азота в металле шва регулируют при использовании в качестве защитной среди смеси аргон + азот эа счет изменения содержания азота в смеси 0100 (,.

После сварки иэ сварных соединений механическим способом вырезают образцы для микрошлифов, часть которых термообрабатывают в печи при 550 С в течение 100 ч. Оценку наличия структурной и механической неоднородности в зоне сплавления сварных соединений проводят металлографически при увеличении х 500 замером микротвердости в зоне сплавления в состоянии после сварки и после термической обработки.

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что дополнительное легировамие металла шва азотом обеспечивает снижение уровня структурной и .механической неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей при длительной выдержке в области высоких температур.

Как видно иэ табл.1, цель изобретения достигается при содержании азота в шве в пределах 0,10-0,23 . При содержании азота менее 0,10 уровень неоднородности снижается незначительно, а при содержа1646740

Таблица 1

Таблица 2 нии более 0,23 нарушается плотность металла шва и образуются поры.

Значения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления Ст.Зсп металлом шва

08Х25Н40М7 при различном содержании азота в шве приведены в табл.1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить структурную и механическую неоднородность в зоне сплавления перлитной стали с высоколегированным аустенитным металлом шва и тем самым повысить качество соединений разнородных сталей, При этом механические характеристики металла шва дополнительно легированного азотом при оптимальном его содержании, с точки зрения снижения структурной и механической неоднородности в зоне сплавления, имеют достаточно высокие значения, 8 табл.2 приведены значения механических свойств аустенитного металла шва

08Х25Н40М7 при 20 С при различном содержании в нем азота.

Предлагаемый способ повышает качество сварных соединений за счет снижения структурной неоднородности в зоне сплавления.

Формула изобретения

Способ сварки разнородных сталей, преимущественно высоколегированных

5 сталей и сплавов с перлитными сталями и теплоустойчивых эакаливающихся сталей, аустенитной проволокой в конструкциях, эксплуатирующихся при высокой температуре, при котором создают высоколегиро10 ванный сварной шов с содержанием никеля, зависящим от температуры эксплуатации, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем уменьшения уровня развития струк15 турной и механической неоднородности в зоне сплавления с перлитной сталью, аустенитный металл шва дополнительно легируют азотом в количестве 0,1 — 0,23 при выполнении следующего соотношения:

20 0,005(Q».о.м) N .06(0«.м.ш), где N — содержание азота в металле шва;

QK.о, — количество карбидообразующих элементов в основном металле;

25 QK,,Uj — количество карбидообразующих элементов в металле шва, причем количество карбидообраэующих элементов определяется иэ соотношения (QK)=0,2(Fе)+0.4(Ми)+1,1(Мо)+1.2(W)+

30 +1,5(V)+2(Nb)+2,5(Ti)+3(Zr).