12.02.2018

Механические свойства сварных соединений аустенитных нержавеющих сталей


Минимальные механические свойства распространенных сварочных материалов, используемых для сварки аустенитных нержавеющих сталей, приведены в табл. 6.6. Аустенитные нержавеющие стали сваривают обычно в отожженном, горячекатаном или холоднокатаном состоянии. Во всех случаях некоторое разупрочнение наблюдается в ЗТВ вследствие роста зерна в горячекатаной стали, либо рекристаллизации и роста зерна в стали после холодной обработки. Таким образом, при испытаниях на растяжение сварных образцов разрушение чаше происходит в ЗТВ, чем в металле шва. Феррит в металле шва является второй упрочняющей фазой, и его наличие увеличивает уровень прочности по отношению к основному металлу и ЗТВ.
Уровни реальной прочности металла швов марки 308L, Nitronic 40 (марка 219) и 312 приведены в табл. 6.7. Эти данные были получены на образцах металла сварных швов, испытанных на растяжение, которые были вырезаны из сварных швов конструкций как вдоль, так и поперек относительно направления сварки. Следует отметить, что предел текучести наплавленного металла 308L существенно выше по сравнению с основным металлом стали марки 304, в то время как пластические свойства (относительные удлинение и сужение поперечного сечения) сопоставимы. Наплавленный металл марок Nitronic 40 и 312 существенно прочнее наплавленного металла марки 308L. В последнем случае это является результатом наличия азота (0,15 %) как легирующей добавки, тогда как более высокое содержание феррита и углерода обеспечивает высокую прочность и низкую пластичность.
Влияние содержания феррита на механические свойства в определенном диапазоне температуры для наплавок Е308-16 детально изучено авторами. Они исследовали наплавки со сверхнизким ферритным числом (2 FN), низким (6 FN), средним (10 FN) и высоким (16 FN) в диапазоне температуры от 25 до 650 °C (от 80 до 1200 °F). Результаты этих исследований приведены в табл. 6.8. Следует отметить, что увеличение содержания феррита в металле шва приводит к увеличению прочности при комнатной температуре и в меньшей степени при повышенной температуре. Авторы работы также изучали влияние содержания феррита в наплавленном металле Е308-16 на напряжения при разрушении при температуре 540, 590 и 650 °C (1000, 1100 и 1200 °F). Эти данные представлены на рис. 6.18 с использованием параметра Larson-Miller, что позволило представить температуру и время по одной оси координат. Следует отметить, что средний и высокий уровень феррита в металле дают тенденцию к снижению длительности разрушения. Эти данные аналогичны данным работы, которые показывают, что непрерывная сетка феррита в наплавках стали марки 316 дает более быстрое разрушение за счет ползучести вследствие более раннего зарождения трещины на границе феррит-аустенит. Автор работы установил, что содержание феррита с 5 FN в наплавке является идеальным, так как непрерывная сетка феррита не образуется и этот уровень содержания феррита обеспечивает стойкость против кристаллизационного растрескивания при сварке.
Аустенитные нержавеющие стали являются превосходивши техническими материалами для работы в условиях криогенных температур, так как обладают высокой прочностью, пластичностью и ударной вязкостью при таких температурах. Влияние содержания феррита в металле шва на свойства в условиях криогенных температур было предметом широких исследований, так как присутствие феррита способствует тенденции к снижению ударной вязкости. Это влияние показано на рис. 6.19 и приведено в табл. 6.9 для металла швов аустенитных нержавеющих сталей, испытанных при температуре жидкого гелия (4 К). Следует отметить, что на ударную вязкость в условиях криогенной температуры влияет и содержание феррита, и сварочный процесс. Для конкретного сварочного процесса и сварочных материалов, например, дуговой сварки плавящимся покрытым электродом 316L, увеличение содержание феррита в наплавленном металле снижает ударную вязкость. Для процессов сварки, при которых не образуется шлаковая защита, таких как дуговая неплавящимся и плавящимся электродом в защитном газе, ударная вязкость металла шва при равном содержании феррита выше, чем при дуговой сварке плавящимся покрытым электродом и дуговой сварке под флюсом, вследствие более низкого содержания кислорода в наплавленном металле.
Как показано на рис. 6.19, при изменении ферритного числа от 0 до 10 происходит 50%-ное снижение ударной вязкости. Также следует заметить, что для сварных швов с FN = 0 имеет место значительный разброс результатов. Авторы работы пришли к выводу, что разброс связан с микросегрегацией в сварных швах и ее влиянием на образование мартенсита при испытаниях в условиях криогенных температур. В частности, было установлено, что сегрегация марганца при использовании высокомарганцовистых присадочных материалов обеспечивает стабильность аустенита в междендритных объемах металла шва, приводя к снижению сопротивления разрушению по отношению к металлу швов, где мартенситное превращение было более полным.





Яндекс.Метрика