4. Термообработка после сварки (табл. 12).

Таблица 12

Тепловой режим сварки мартенситных сталей

Марка стали	Температура подогрева, С	Время пролеживания до термообработки, ч	Термическая обработка
15Х11МФ 15Х12ВНМФ 18Х11МНФБ 13Х11Н2В2МФ	300	Не допускается	Отпуск при Т = 700…720 С (без охлаждения ниже Тпод). При толщине t  30 мм перед термообработкой рекомендуется "подстуживание" до 100 С
12Х11В2МФ	250...300	72	Отпуск при Т = 715…745 С (предварительный) и 735...765 С (окончательный)
10Х12НД	 100	Не допускается	Отпуск при Т = 650 С с предварительным "подстуживанием"
06Х12Н3Д	 200	Не допускается	Отпуск при Т = 610…630 С (предварительный) и 625...650 С (окончательный)

6.2.1. Технология сварки и свойства сварных соединений

Среди способов сварки мартенситных сталей плавлением наибольшее распространение получила РДС, которая позволяет получить сварные швы однородные по химическому составу с основным металлом. Это электроды КТИ-9, КТИ-10 и ЦЛ-32 фтористо-кальциевого типа, обеспечивающие наплавленный металл с 10...12 % Cr, 0,8 % Niи 1 %Mo, а для ЦЛ-32 еще и 1 % W.

Пониженное содержание углерода (0,02...0,08 %) повышает вязкость швов. Наряду с "однородными" электродами применяют также аустенитные электроды марок ЗиО (Э-10Х25Н13Г2) и ЭЛ-395/9 (Э-11Х15Н25М6АГ2).

Для АДС под флюсом используют сварочные проволоки Св-15X12НМВФБ и Св-15X12ГНМБФ и низкокремнистые безмарганцовистые солеоксидные флюсы ОФ-6 и ФН-17, позволяющие получать наплавленный металл с низким содержанием диффузионного водорода (до 3 см³/100 г).

Независимо от толщины изделий сварного соединения мартенситных сталей, как правило, подвергают термообработке (табл. 12) для снятия остаточных напряжений, распада закалочных структур и улучшения механических свойств. Термообработку проводят немедленно после сварки (без охлаждения не ниже Т_под). Иногда производят "подстуживание" до 100 °С для завершения  (М) – превращений. Температуру отпуска выбирают не выше Ас₁.

6.3. Сварка мартенситно-ферритных сталей

Высокая коррозионная стойкость хромистых сталей обеспечивается при содержании Cr пределах 12...14 %, так как при Cr > 12 % коррозионная стойкость более не увеличивается.

Вместе с этим при Cr > 12 % наблюдается склонность стали к охрупчиванию и снижению прочности в связи с формированием в структуре значительного количества ферритной составляющей.

Хромистые (13...14 %) стали имеют частичное  (М) – превращение (рис. 35) и относят­ся к мартенситно-ферритным, при охлаждении которых полиморфные превращения соответствуют реакции:  –  +  –  (М) + .

Рис. 35. Термокинематическая диаграмма распада аустенита при непрерывном охлаждении 13 % -ной хромистой стали с различным содержанием С

Количество –феррита в сталях повышается с увеличением содержания Cr и снижением концентрации углерода. С введением С границы области –твердых растворов сдвигаются в сторону большего содержания Cr (см. рис. 34). Эти стали находят широкое применение при изготовлении химических агрегатов и энергетического оборудования (табл. 13 и 14).

Таблица 13

Химический состав мартенситно-ферритных сталей

Марка стали	Содержание элементов, % (по массе)
	C	Cr	Si	Mn	Прочие
08Х13	 0,08	12...14	 0,8	 0,8	–
12Х13	0,09...0,15	12...14	 0,8	 0,8	–
20Х13	0,16...0,25	12...14	 0,8	 0,8	–
08Х14МФ 14Х17Н2	0,03...0,12 0,11...0,17	12...14 16...18	0,2...0,4  0,8	0,8...1,2  0,8	V = 0,15...0,3 Mo = 0,2...0,4 Ni = 1,5...2,5

Примечание. Содержание S  0,025 %, P  0,03 %.

Таблица 14

Механические свойства и назначение мартенситно-ферритных сталей

Марка стали	в, МПа	, %	, %	KCV, МДж/м2	Т эксп., С	Примеры использования
	не менее
08Х13 12Х13	590 590	20 20	60 60	1,0 0,9	40–550 500	Корпуса, детали хим. аппаратов, паровых и газовых турбин, рабочие направляющие лопатки, диафрагмы
20Х13	650	16	55	0,8	500	Детали насосов
08Х14МФ	450	22	–	–	350	Теплообменники ТЭС и АЭС
14Х17Н2	835	10	30	0,5	400	Детали внутренних устройств АЭС

Трудностипри сварке мартенситно-ферритных сталей связаны с охрупчиванием металла и возможностью образования холодных трещин. Это обусловлено характером распада аустенита в процессе охлаждения. Диаграмма распада аустенита стали 08X13 (см. рис. 35) имеет две области превращения: в интервале 600...930 °С – соответствующем образованию ферритно-карбидной структуры, и в интервале 120...420°С – мартенситной структуры.

Количество превращенного аустенита в указанных интервалах зависит от скорости охлаждения. Так, при охлаждении со средней скоростью 0,025 °С/с превращение аустенита происходит в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420°С. Повышение V_охл до 10 °С/с способствует переохлаждению аустенита до М_н = 420 °С и полному его бездиффузионному превращению в мартенсит. С увеличением доли мартенсита резко падает KCV. Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в области более низких Т границы превращения.

У сталей с 0,1...0,25 % С полное мартенситное превращение возникает при V_охл = 1 °С/с. При образовании мартенситной структуры KCV CC снижается до 0,05...0,1 МДж/м² (в 10 раз). Последующий отпуск при 650...700 °С приводит к распаду структуры закалки, выделению карбидов и повышению KCV до 1,0 МДж/м². Формирование значительного количества –феррита в ЗТВ резко уменьшает склонность сварных соединений к образованию холодных трещин, но снижает вязкость сварных соединений.

С учетом возможности восстановления KCV после термообработки стали имеют повышенное содержание С для предотвращения образования большого количества феррита в структуре, что позволяет избежать охрупчивания. Но при этом ухудшается свариваемость вследствие склонности сварного соединения к холодным трещинам в ЗТВ из-за снижения вязкости металла околошовной зоны. Дополнительное легирование сталей карбидообразующими элементами (Мо и V) снижает "эффективное" содержание С и устойчивость аустенита в процессе охлаждения, способствуя его распаду уже при 300 °С.

Таким образом, повышение содержания углерода в сталях, с одной стороны, позволяет улучшить свойства сварного соединения за счет термообработки, а с другой – ухудшает свариваемость из-за охрупчивания ЗТВ. Устранить указанные трудности позволяет правильный выбор теплового режима сварки.