Способ термической обработки сварных соединений из мартенситно-стареющих сталей

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к термической обработке сварных соединений из дисперсионно-твердеющих сталей, относящихся к классу мартенситно-стареющих и работающих в условиях вибрации, высоких температур и агрессивных сред. Цель - повышение выхода годных изделий, выполненных из мартенситно-стареющих сталей, содержащих никель, и работающих в экстремальных условиях. Детали, выполненные из мартенситно-стареющей стали, перед сваркой подвергают термической обработке по режиму: нагрев до температуры 650-670^oC, выдержка в течение 3,5-4,0 ч и охлаждение на воздухе. Далее детали подвергают аргоно-дуговой сварке и контролируют наличие микротрещин в сварном соединении методом рентгена и цветной дефектоскопии. Анализ показал отсутствие в них трещин. После сварки осуществляют термическую обработку изделия по режиму: нагрев до температуры 1000 ± 15^oC, выдержка 50-60 мин и охлаждение на воздухе.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к термической обработке сварных соединений из дисперсионно-твердеющих сталей, относящихся к классу мартенситно-стареющих и работающих в условиях вибрации, высоких температур и агрессивных сред.

Изделия, выполненные из мартенситно-стареющих сталей и работающие в экстремальных условиях, представляют собой сложные конструкции со значительным количеством сварных соединений. В связи с высокой прочностью и низкой пластичностью этих сталей в процессе сварки в сварных соединениях возникают напряжения, приводящие к появлению в них трещин и выходу из строя изделий при эксплуатации. Для снятия напряжений требуется термическая обработка этих соединений.

Известен способ термической обработки сварных соединений из мартенситно-стареющих сталей, заключающийся в том, что перед сваркой проводят многократную закалку, причем температура последней закалки составляет 760-800^oC, а затем проводят старение при 500-550^oC, сварное соединение упрочняют путем нагрева до температуры 300-380^oC и выдержки при ней в течение 10-50 ч [1]. Закалка основного материала при 760-800^oC с последующим старением позволяет обеспечить высокий предел прочности при повышенном сопротивлении коррозионному растрескиванию. Старение сварного соединения при температуре 300-380^oC обеспечивает повышение пластичности стали, поскольку при этой температуре не происходит выделения упрочняющих фаз.

Однако, при использовании известного способа термической обработки не обеспечивается повышения пластичности основного металла изделия до сварки из-за появления карбидной фазы по границам зерен, что может привести к появлению микротрещин в сварном соединении в процессе сварки.

Известен способ термообработки сварных соединений из мартенситно-стареющих сталей, содержащих никель, заключающийся в том, что перед сваркой проводят двухкратную закалку, сначала при температуре 900-920^oC, а затем 700-750^oC, а после сварки проводят двухкратное старение сначала при 450^oC, а затем при 550^oC [2]. Предложенный способ позволил уменьшить уровень внутренних напряжений в металле перед сваркой за счет уменьшения степени упрочнения локальных объемов в зоне термического влияния.

Однако, известный способ не устраняет на границах зерен карбидной фазы в стали перед сваркой, что способствует возможности появления микротрещин в сварном шве, а также приводит к уменьшению прочности металла, что недопустимо. Изделия, обработанные по известной технологии, не могут работать в течение длительного времени в экстремальных условиях.

Цель изобретения - создание технологии термической обработки сварных соединений из мартенситно-стареющих сталей, предупреждающей появление трещин в сварных соединениях и обеспечивающей сохранение высокой прочности основного металла перед сваркой.

Цель достигается тем, что выдержку при температуре 650-670^oC проводят в течение 3,5-4,5 ч, а после сварки осуществляют нагрев до температуры 1000 ± 15^oC, выдержку при ней в течение 50-60 мин с последующим охлаждением на воздухе.

Цель изобретения - повышение выхода годных изделий, выполненных из мартенситно-стареющих сталей, содержащих никель и работающих в условиях вибрации, высоких температур и агрессивных сред.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Детали, выполненные из мартенситно-стареющей стали, содержащей никель, и предназначенные для работы в экстремальных условиях, перед сваркой подвергают термической обработке по режиму: нагрев до температуры 650-670^oC, выдержка 3,5-4,5 ч и охлаждение на воздухе. В результате указанной термообработки остаточный аустенит стали переходит в аустенит стабильный, а также происходит переход мартенсита в аустенит, который затем стабилизируется при этой температуре. Этот аустенит стабилизирован не углеродом, а никелем, поэтому сталь приобретает высокую пластичность и сваривается практически без трещин. При температуре выше 670^oC и выдержке более 4,5 ч выделяется карбидная фаза, приводящая к потере пластичности стали. Обработка при температуре ниже 650^oC и выдержке менее 3,5 ч уменьшает количество образующегося стабильного аустенита.

Далее детали подвергают аргоно-дуговой сварке и контролируют наличие микротрещин в сварном соединении методом рентгеновского анализа и цветной дефектоскопии. Анализ показал отсутствие в них трещин. После сварки осуществляют термическую обработку изделия по режиму: нагрев до температуры 1000 ± 15^oC, выдержка 50-60 мин и охлаждение на воздухе. При указанной температуре и выдержке происходит переход аустенита, стабилизированного никелем, в аустенит нестабильный, т.е. происходит перераспределение легирующих элементов в решетке твердого раствора. В процессе охлаждения в интервале температур начала и конца мартенситного превращения аустенит переходит в мартенсит. Образуется мартенситная структура, повышается прочность стали и не наблюдается резкого падения пластичности.

Изделия, полученные в результате сварки деталей и термообработки по описанной выше технологии, подвергались испытаниям в экстремальных условиях, т. е. в атмосфере агрессивной среды, нагретой до 4000^oC, и повышенной вибрации. Разрушений сварных соединений не обнаружено.

Пример 1. Детали конструкции теплообменника, выполненные из мартенситно-стареющей стали марки ВНС-25, перед сваркой подвергали нагреву до температуры 650^oC, выдержке в течение 3,5 ч и охлаждению на воздухе. Процесс осуществляли в печи. Соединение деталей осуществляли аргоно-дуговой сваркой по стандартному режиму сварки стали ВНС-25. Результат рентгеновского анализа и цветной дефектоскопии сварного соединения показал отсутствие в нем микротрещин и наличие структуры аустенита, стабилизированного никелем. Пластичность основного металла возросла до 50%.

Далее полученные изделия нагревали в печи до 1000 ± 15^oC в течение 50 мин и охлаждали на воздухе. Исследования показали, что структура основного металла составляет мартенсит и остаточный аустенит. Прочность основного металла возросла до 90-95 кгс/мм².

Испытания изделий в экстремальных условиях разрушений не выявили.

Пример 2. Детали из стали марки ВНС-25 перед сваркой нагревали до температуры 670^oС и выдерживали при ней в течение 4,5 ч, затем охлаждали на воздухе. Далее проводили аргоно-дуговую сварку деталей. Контроль не обнаружил в сварных соединениях микротрещин. Полученные изделия нагревали в печи до температуры 1000 ± 15^oC, выдерживали в течение 60 мин и охлаждали на воздухе. Результаты исследований те же, что и в примере 1.

Испытания изделий в экстремальных условиях разрушений не выявили.

Формула изобретения

Способ термической обработки сварных соединений из мартенситно-стареющих сталей, содержащих никель, включающий нагрев, выдержку, охлаждение перед сваркой, нагрев, выдержку и охлаждение на воздухе после сварки, отличающийся тем, что перед сваркой осуществляют нагрев до 650 670^oС температуры стабилизации аустенита, выдерживают в течение 3,5 4,5 ч, а после сварки нагревают до 1000 ± 15^oС, выдерживают в течение 50 60 мин и охлаждают на воздухе.