Способ обработки околошовной зоны сварных соединений высоколегированных коррозионно-стойких аустенитно-ферритных сталей

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s В 23 К 9/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4809353/08 (22) 04.04.90 (46) 30.07.92.Бюл.hk 28 (71) Институт электросварки им.Е,О.Патона (72) К,А.Ющенко, А.К,Авдеева, Ю.Н.Каховский и Н.И.Саволей (56) Авторское свидетельство СССР М

197804, кл. В 23 К 28/00, 1966. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ АУСТЕНИТНО- ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

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

08Х22 Н6Т, 12Х21 Н5Т, ОЗХ23Н6, 08Х18Н8М2Т, 08Х21Н6М2Т. 03Х22Н6М2 (ГОСТ 5632-72). Все зти стали имеют достаточно высокую коррозионную стойкость и являются полноценными заменителями хромоникелевых типа 18-10 и хромоникельмолибденовых типа 17-13-3 сталей.

Однако применение аустенитно-ферритных сталей сдерживается из-за невозможности их использования при изготовлении ответственного оборудования, работающего под давлением, по причине охрупчивания околошовной эоны сварных соединений и снижения ее коррозионной стойкости. Охрупчивание зоны термического влияния (з.т.в,) при воздействии Ж, 1750884 А1 (57) 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 й=(1— 5% 1 табл. гэкв термического цикла сварки тем сильнее, чем больше толщина свариваемого металла и чем сильнее отклонение исходной структуры к ферриту (>50% а-фазы), Изменение соотношения фаз при сварке в з,т.в, из-за

) «д - 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 сил ьно охрупчиваются по вышеперечисленным причинам сварные соединения стабилизированных .сталей и тем сильнее, чем выше в них содержание титана. Охрупчивание и снижение коррозионной стойкости сварных соединений из молибденсодержащих сталей дополнительно усугубляется образованием о-фазы. Ох1750884

pYï÷èèçíèe з.т,в, скэзывэется особенно отрицательно, если сварные конструкции под- . вергаются холодной вэльцовке, например при изготовлении лепестков шаровых резервуаров. 5

Известным. способом, снижэющим охрупчивэние э.т,в, является их термообрэботкэ, Однако этот способ не только дорогостоящий, трудоемкий, но и неосуществим 10 для крупногабаритных конструкций .

Известен способ уменьшающий уровень сварочных напряжений и влияние концентратора напряжений. Нагреву до расплавления подвергается участок перехо- 15 да от швэ к основному металлу, Однако известный способ не учитывает особенностей структуры аустенитно-ферритного металла, который изменяет свои 20 коррозионные и механические свойства при сварке в з.т,в, Степень этих изменений непостоянна и сильно зависит не только от погонной энергии свэрки, но и от колебаний химсостава стали в пределах марки. Извест- 25 ный способ не учитывает требования коррозионной стойкости, обусла вл ивающие

П 1йМенение в качЕствЕ Защитных только определенных сред.

Целью изобретения является повыше- 30 ние эксплуатационной надежности и долговечности сварных соединений из высоколегированных коррозионно-стойких аустенитно-ферритных сталей путем повышения стабильности свойств, снижения 35 межфазной химнеоднородности нэ участке з.т.в., примыкающем к линии сплэвления (участок крупного ферритного зерна з,т.в.), Поставленная цель достигается тем, что 40 участок з.т,в, сварных соедйнений, примыкающий к линии сплавления, подвергают расплавлению электрической дугой, горящей на неплавящемся электроде., с погонной энергией величиной 7-10 кДж/см в 45 смеси эргона с азотом, причем содержание азота в смеси определяется соотношением

N=(1- " ) 5, Сг„, 50

Формула выведена опытным путем и корректирует содержание азота в смеси в зависимости от химического состава сталей.. Расплавление границы без легирования азотом повышает пластичность и 55 коррозионную стойкость, но степень этого повышения не всегда достаточна и нестэбильна. Она зависит-в этом случае от химического состава сталей (колебаний в пределэх марки и от системы легирования).

В составэх сталей с содержэйием элементов аустенизэторов по минимуму, э элементов ферритизэторов 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 грэд, Структура расплавленного учэсткэ 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 обеспечивэет высокий, независимый от химического состэвэ и способа сварки уровень и стабильность свойств. Это достигается благодаря легировэнию расплавленного участка азотом в количестве, которое учитывает химсостав сваривэемой сталй, Легирование расплавленного участка эзотом приводит к смещению начала д" )превращений в металле расплавленного участка в область более высоких температур, вследствие чего на рэсплавляемом-участке, несмотря нэ высокие скорости охлаждения, успевают образоваться между мелкими зернами феррита значительной толщины прослойки первичного аустенитэ, способствующие повышению пластичности. Однако, чем выше температура образования эустенита в двухфазном металле, тем меньше он отличается по химическому составу от феррита, в чем и состоит снижение межфэзной химнеоднородности. Даже в нестэбилизированных сталях в этих условиях стойкость к МКК сохраняется. Участок рэсплавления, 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 вве- дение азота в атмосферу дуги увеличивает ее проплавляющую сгособность.

Практика показывает, что ширина участка крупного ферритного зерна в з,т,в. сварных соединений стандартных высоколегированных эустенитно-ферритных сталей при любых тепловложениях при электродуговой сварке не превышает 2 мм, 1750884 поэтому нет необходимости регулировать энергией 6, .7, 10, 12 кДж/см на участке, погонную энергию при расплавлении в це- непосредственно примыкающем к шву и лях получения ширины расплавленного уча- .участке, расположенном на расстоянии 5 мм стка более 2 мм, так как она при выбранном от шва в сторону основного металла. Корродиапаэоне погонных энергий и способа об- 5 зионная стойкость оцейивалась испытаниработки обеспечивается всегда, Участок ем образцов на МКК по методу AM (ГОСТ расплавления должен примыкать к линии 6032-84) и избирательную коррозию испысплавления со стороны основного металла. танием образцов в азотной кислоте 56ф,Погонная энергия не должна быть ниже 7 ной концентрации при 70 С вЂ” визуально. кДж/см затем, чтобы глубина проплавления 10 Пластичность оценивали испытанием сварсоставляла не менее 2 мм, чтобы обеспечить ных соединений на изгиб по ГОСТ 6996-66. необходимую пластичность и срок" службы Результаты испытаний приведены в участка в коррозионной среде.. Необходи- таблице. мость в ограничении тепловложения чри Айализ результатов на статическйй из-расплавлении вызвана тем, что расплавлен- 15 гиб, МКК и избирательную коррозию поканый участок всегда имеет свою зону терми- эывает, что предлагаемый способ позволяет ческого влияния, которая также будет эначительноповысить пластичностьистойохрупчиваться и терять коррозионную.стой- кость как против МКК, так и избирательной кость, если тепловложения превысят 10 коррозии аустенитно-ферритных сталей. кДж/см.: 20 Формула изобретения

Пример, При отработке способа Способ обработки околошовной зойы сварные соединения выполняли на стандар- сварных соединений высоколегированных тной стали типа 08Х22Н6Т и ОЗХ23Н6 тол- коррозионно-стойких аустенитно-ферритщийой 22 мм. Опытные стыки сваривали ных сталей при котором процесс ведут с автоматической сваркой под флюсом АНК- 25 помощью дуги, горящей на неплавящемся

45МУ встык без зазора двухсторонним электроде в защитном газе; отл и ч а ю щишвом проволокой Св 05Х20Н9ФБС, обычно и с я тем, что, с целью повышения эксплуатаприменяемой для сварки этой стали, диа- ционной надежности и долговечности сварметром 4 мм с погонной энергией 28 ныхсоединений,расплавлениюподвергают

NieKe 30 участок зоны термического влияния, примйкающий к линии сплавления. с погонной

08Х21Н6Т равнялось 0,3, в стали 03Х23Н6- энергией величиной от 7 до 10 кДж/см в

0,4. Содержание азота в смеси при обра- смеси аргона с азотом, причем содержание ботке границ составляло 3,5 и 3,0 . 8 каче- азота в смеси определяется соотношениЬм стве защитного газа в смеси применяли 35 ., 1 Nla e 5y аргон, Обработку выполняли с погонной: <-гэкв

1750884

Нерка стали

Образцы сварных соединений

Наличие или отсутствие коррозии ику избирательной коррозии

40 без обработки з.т.в.

То ее

08Х22Н6Т

Есть

ОЗХ23Н6

08х22нбт

Есть

Нет

ОЗХ23Н6

То we

08Х22Н6Т

ОЗХ22Н6

То же

Составитель Г,Тютченкова

Редактор .Т.Лазоренко Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Заказ 2649 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

C обработкой участка з.т.в., примыкающего к шву, сваркой в аргоноазотной смеси вольфрамовым электродом

С обработкой участка з,т.в., расположенного на расстоянии 5 мм от границы шва, сваркой в аргоно-азотной смеси вольфрамовым электродом

Рогонная энергия сварки в арг оно-азотной смеси, к/Ьк/см

7

6

6

6

Угол изгиба грал

189

130

130

109

Чет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Есть

Чет

Нет иет

Нет

Ectb

Есть

Есть

Есть

Нет

Нет

Нет

Есть

Нет

Нет

Нет

Нет

Есть

Есть

Есть

Есть

Нет

НетНет

Нет