- •Федеральное агентство по образованию
- •Научный редактор Кащук м.Г.
- •Предисловие
- •Введение
- •Условные обозначения
- •Рдс – ручная дуговая сварка штучными электродами;
- •Оцк – объемно-центрированная кристаллическая решетка;
- •Мхн – микрохимическая неоднородность.
- •1. Классификация сталей и сплавов
- •1. По химическому составу:
- •2. По назначению в зависимости от основных свойств:
- •3. По системе легирования:
- •5. По системе упрочнения твердого раствора:
- •2. Особенности работы сварных конструкций из специальных сталей и сплавов
- •3. Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие в сталях при сварке
- •3.1. Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие при нагреве
- •3.2. Влияние легирующих элементов на превращения аустенита при охлаждении
- •3.3. Влияние легирующих элементов на структурные превращения при сварке
- •3.4. Влияние легирующих элементов на физические свойства сталей
- •3.5. Влияние легирующих элементов на плавление и кристаллизацию металлов и сплавов
- •3.5.1. Особенности кристаллизации сварочной ванны
- •3.6. Химическая неоднородность сварного соединения
- •3.7. Влияние режима сварки на степень химической неоднородности сварного шва
- •4. Свариваемость легированных сталей
- •4.1. Горячие трещины в сварных соединениях
- •4.1.1. Методы повышения сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин
- •4.2. Холодные трещины в сварных соединениях
- •4.2.1. Способы повышения сопротивляемости сварных соединений легированных сталей холодным трещинам
- •4.3. Ламелярные трещины
- •4.4. Трещины повторного нагрева
- •4.5. Хрупкие разрушения
- •4.6. Термическая обработка сварных соединений
- •5. Сварка жаропрочных перлитных сталей
- •5.1. Трудности при сварке жаропрочных перлитных сталей
- •5.2. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •5.3. Термическая обработка сварных соединений
- •Режим отпуска сварных соединений, выполненных дуговой сваркой
- •6. Сварка хромистых сталей
- •6.1. Общие рекомендации по сварке хромистых сталей
- •6.2. Сварка мартенситных сталей
- •4. Термообработка после сварки (табл. 12).
- •Тепловой режим сварки мартенситных сталей
- •6.2.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •6.3. Сварка мартенситно-ферритных сталей
- •6.3.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •6.4. Сварка ферритных сталей
- •6.4.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •7. Сварка аустенитных хромоникелевых сталей
- •Химический состав коррозионно-стойких сталей
- •Химических состав некоторых жаропрочных сталей
- •7.1. Трудности при сварке хромоникелевых сталей
- •4. Поры в наплавленном металле.
- •7.1.1. Трещины в сварных соединениях
- •7.1.2. Межкристаллитная коррозия сварных соединений
- •7.1.3. Охрупчивание металла сварного соединения при эксплуатации
- •7.1.4. Поры в наплавленном металле
- •7.2. Общие рекомендации по сварке аустенитных сталей
- •7.3. Технология сварки
- •7.4. Термическая обработка
- •8. Сварка разнородных сталей
- •8.1. Образование и строение зоны сплавления
- •8.2. Образование диффузионных прослоек в зоне сплавления
- •8.3. Дефекты сварных соединений
- •8.4. Рекомендации по сварке разнородных сталей
- •9. Сварка сплавов на никелевой основе
- •9.1. Трудности при сварке никелевых сплавов
- •Химическая неоднородность металла шва
- •9.2. Технология сварки и свойства соединений
- •Приложения
- •Перечень лабораторных и практических работ
- •Темы индивидуальных докладов
- •Условное обозначение элементов в марках сталей
- •Список использованной и рекомендуемой литературы Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Введение ……………………………………………………………... 4
2. По назначению в зависимости от основных свойств:
– коррозионно-стойкие, способные сопротивляться разрушениям в условиях воздействия коррозионной среды (воды, газа, пара, кислот, щелочей и т. п.) в течение расчетного срока эксплуатации (стали 12X13, 20X13, 30X13, 04Х18Н10, 12Х17Г9АН4, 10Х17Н13М2Т и другие);
– жаростойкие (окалиностойкие), способные сопротивляться окисляющему действию рабочей среды при Т > 500 °С, работающие в слабонагруженном состоянии в течение расчетного срока эксплуатации; для Т< 900°С – стали 12X17, 08Х17Т, 15X18СЮ; для Т < 1300°С – сталь 15Х25ТЮ;
– жаропрочные, способные сохранять прочность, пластичность и стабильность структуры при высоких температурах, работающие в нагруженном состоянии и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью; для Т < 550 °С – стали 25Х2МФ, 11Х11Н2В2МФ; для Т = 600...700 °С – стали 12Х18Н10Т, 45Х14Н14В2М, 10X11Н20Т3Р.
Стали коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные называют также нержавеющими.
– холодостойкие, сохраняющие достаточную пластичность и вязкость при температурах от 0 до -269 °С. Для Т = -196 °С – сталь 03Х13АГ19, для Т = -253 °С – сталь 03Х9К14Н6М3Т, для Т = -269 °С – сталь 12Х18Н10Т;
– радиационно-стойкие, способные сохранять структуру и свойства в условиях облучения. Наибольшее влияние структурные изменения оказывают на механические свойства (В, Т растут, а , , KCV уменьшаются в зависимости от суммарного потока нейтронов, снижается жаропрочность и происходит "разбухание" металла на 3...10 %).
3. По системе легирования:
хромистые стали (X) – 20X13, 12X17 и др.
хромоникелевые (ХН) – 08Х18Н10, 12Х18Н10Т и др.
хромомарганцовистые (ХМ) – 03Х13НГ19, 10Х14АГ15 и др.
хромоникельмарганцовистые – 08Х18Н2Г8Т, Х19Н8Г10АМ.
Основными легирующими элементами являются Cr и Ni. Они определяет свойства и структуру высоколегированных сталей и сплавов. В качестве легирующих элементов применяются С, Si, Mn, W, Ti, Al и др., которые обеспечивают особые свойства сталей и сплавов.
4. По структуре (табл. 1):
мартенситные – стали 15Х12ВНМФ, 18Х11МНФБ, 15Х11МФ;
мартенситно-ферритные – кроме мартенсита не менее 5 % феррита – стали 08X13, 12X13, 20X13, 08Х14МФБ и др.;
ферритные – не претерпевающие превращений – стали 15X28, 15Х25Т, 18Х17Т, 08Х23С2Ю, ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ и др.;
аустенитно-ферритные с содержание феррита более 10% – стали 08Х22Н6Т, Х21Н5Т, Х28АН, 12Х21Н5Т, 08Х23Н6, 03Х22Н6М2;
аустенитно-мартенситные – стали 09Х15Н8Ю, 08Х17Н5М3;
аустенитные – имеющие однофазную структуру аустенита – стали 000Х18Н10Т (С < 0,03 %), 00Х18Н10 (С < 0,04%), 0Х18Н18Н10 (С < 0,08 %), 10Х14Н14М3Т, Х25Н20С2 и др.
Таблица 1
Структурные составляющие системы "железо–углерод" (Fe–C)
Элемент |
Фаза |
Вид и параметры кристаллической решётки, нм |
Растворимость углерода (С), % |
Удельный объём, см3/г |
Свойства |
Феррит (Ф) |
Твердый раствор внедрения углерода в –железе (также и –железе) |
ОЦК 2,86 |
0,006 при 0 С 0,02 при 723 С |
0,1271 |
Пластичен, мягок, ферромагнитен до 768 С. В = 300 МПа; = 40 %; Т = 120 МПа; = 80 %; KCV = 2,5 МДж/м2 |
Аустенит (А) |
Твердый раствор внедрения углерода в –железе |
ГЦК 3,56 |
2,14 при 1130 С |
0,1275 |
Мягок, прочнее феррита, пластичен, хладостоек, жаростоек, кислотостоек. KCV = 2,5 МДж/м2; = 40%; В = 650 МПа; = 55 %; Т = 120 МПа; НВ = 1800 |
Цементит (Ц) |
Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), Fe3C |
Сложная ромбическая |
6,69 |
0,1304 |
Хрупок, тверд, слабомагнитен НВ = 8000 (65 HRC) |
Перлит (П) |
Эвтектоидная (механическая) смесь Ф + Ц |
– |
0,80 |
0,1286 |
Прочная структурная составляющая = 16 %; НВ = 1900; в = 850 МПа |
Ледебурит (Л) |
Эвтектоидная смесь А + Ц |
– |
4,3 при 1130 С |
– |
Хрупок, тверд НВ 6000 |
Мартенсит (М) |
Пересыщенный твердый раствор С в –железе |
ОЦК тетрагональная |
– |
0,1310 |
Хрупок, тверд HRC 60 |
Карбиды (К) |
Соединение С с одним или несколькими металлами |
– |
– |
– |
Хрупкие, очень твердые |
Принадлежность стали к той или иной структурной группе можно определить по диаграмме Шеффлера (рис. 1).
Рис. 1. Структурная диаграмма металлов (по Шеффлеру)