- •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
3.4. Влияние легирующих элементов на физические свойства сталей
Легирующие элементы, вводимые в сталь, существенно изменяют физические свойства и свариваемость сталей (табл. 2).
Таблица 2
Физические свойства сталей
Свойства |
Стали перлитного класса |
Стали аустенитного класса |
Аустенитный высоконикелевый сплав типа 20-80 |
Сталь мартенситно-ферритного класса 1Х11В2МФ | ||
Ст3 |
12Х1МФ |
1Х18Н9Т |
типа 25-20 | |||
Плотность, г/см3 |
7,85 |
7,8 |
7,9 |
7,82 |
8,12 |
7,86 |
Температура плавления, С |
1500 |
1400..1450 |
1400..1425 |
1380..1410 |
1390 |
1450..1500 |
Удельная теплоёмкость при 20 С, КДж/(кгград) |
0,42 |
0,48 |
0,50 |
0,50 |
0,45..0,63 |
0,49 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м2град) |
40,3 |
35,7 |
16,4 |
14,6 |
12,2 |
25,2 |
Коэффициент линейного расширения, 10-6 мм/(ммС) от 0 до 100 от 0 до 500 |
12,0 13,9 |
10,8 13,2 |
17,3 18,5 |
15,0 18,0 |
11,7 13,5 |
10,7..10,8 13,0 |
Электросопротивление при 20 С, (ОМмм2)/м |
0,15 |
0,32 |
0,73 |
0,73 |
1,24 |
1,05 |
Температура начала интенсивного окалинообразования, С |
500 |
650..700 |
850..900 |
1150 |
1050 |
750 |
Модуль упругости, 10-5 МН/м2 при 20 С при 500 С |
2,02 1,44 |
2,13 1,83 |
2,02 1,69 |
2,04 1,73 |
2,30 1,95 |
2,12 1,73 |
Магнитные свойства |
магнит |
магнит |
не магнит |
не магнит |
не магнит |
магнит |
Это влияние сказывается и на критической температуре хрупкости металла Ткр – минимальное значение температуры, при которой излом образца на ударный изгиб содержит не более 50 % кристаллического излома или не менее 50 % волокнистого (табл. 3). Ткр большинства сталей значительно выше комнатной и зависит от наличия ЛЭ. В процессе нагрева и охлаждения стали переходят из хрупкого в пластичное состояние и наоборот, что следует учитывать при сварке.
Таблица 3
Смещение критической температуры хрупкости Ткр (15)
при увеличении содержания легирующего элемента на 0,1 %
Легирующий элемент |
Ткр (15), С |
Пределы легирования |
Легирующий элемент |
Ткр (15), С |
Пределы легирования |
C |
+ 14,7 |
0...0,4 |
Ni |
– 3,9 – 1,7 |
0...0,4 0,4...3 |
Mn |
– 5,6 |
0,3...1,5 |
Cr |
0 + 11,1 |
0...0,5 более 0,5 |
Si |
0 + 7,2 |
0,1...0,6 0,6...1,8 |
Mo |
+19,5 |
0...0,18 |
P |
+ 56 |
0...0,2 |
Al |
0 |
0...0,1 |
S |
0 |
0...0,05 |
Ti |
– 4,4 |
0,4 |
Cu |
0 + 3,9 |
0...0,70 0,7...20 |
V |
+ 33,4 |
0...0,14 |
B |
+ 278 |
0...0,0044 |
|
Практически все ЛЭ ухудшают свариваемость сталей, что находит выражение, например, в том, что для низколегированных сталей в показателе эквивалентного углерода Сэ суммируется количество ЛЭ
,
где символы различных элементов означают содержание его в процентах. Однако использование такой формулы имеет свои недостатки, связанные с недоучетом ряда фактов.
По сравнению со Ст3 легированные стали имеют повышенный коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза) и электросопротивление (в 2...8 раз), пониженный коэффициент теплопроводности (в 2...3 раза) и меньшую Тпл (– на 100 С). Удельная теплоёмкость легированных сталей также выше на 15...20 % по сравнению со сталями перлитного класса.