5. Сварка жаропрочных перлитных сталей

Жаропрочными (теплоустойчивыми) принято называть стали, предназначенные для длительной работы при Т < 600 С. Они широко применяются для изготовления деталей энергетического, нефтехимического и химического машиностроения.

Это связано с их сравнительно низкой стоимостью и высокой технологичностью, способностью длительно работать под напряжением и при высоких температурах, длительной прочностью, жаропрочностью и стабильностью свойств во времени. Так, сварное соединение в условиях ТЭС и АЭС испытывают термомеханические нагрузки (Т < 600 °С, Р < 25 МПа) в течение длительного времени (15 лет) при наличии коррозионного воздействия и нейтронного облучения.

Высокая работоспособность этих сталей обусловлена оптимальным легированием 0,5...2,0 % Сг, 0,1...0,3 % Мо, 0,1...0,3 % V, а также небольшим количеством редкоземельных металлов и В (табл. 4).

Легирование Сг упрочняет твердый раствор, повышает жаростойкость сталей, предотвращает графитизацию в процессе эксплуатации при Т > 450°С и повышает длительную прочность.

Mo повышает сопротивление ползучести, температуру рекристаллизации железа и его прочность при высоких температурах, способствует образованию упрочняющей фазы Лавеса Fe₂Mo. Образование Fe₂Mo происходит с уменьшением объема и сопровождается "отрицательной" ползучестью.

V совместно с С обеспечивает упрочнение стали высокодисперсными карбидами VC и способствует стабилизации карбидной фазы как элемент, обладающий высоким сродством к углероду.

Таким образом, жаропрочность этих сталей обусловлена тем, что значительная доля Сг, Мо и V находится в твердом растворе, легируют и упрочняют феррит, затрудняют процессы диффузии и самодиффузии при высоких температурах.

С другой стороны, Сг, Мо и V образуют карбиды, обладающие высокой стойкостью против коагуляции при нагреве.

Оптимальное сочетание механических свойств изделий из перлитных жаропрочных сталей достигается применением нормализации или закалки с последующим температурным отпуском. При этом обеспечивается структура, состоящая из дисперсной феррито-карбидной смеси.

У Cr–M–V сталей наблюдается бейнитная составляющая структуры. Для жаропрочных перлитных сталей _т = 250...35 МПа, _в = 400...500 МПа,  = 15...20 %,  = 30...50 %.

Таблица 4

Химический состав жаропрочных перлитных сталей

Марка стали	Содержание элементов, %						Температура эксплуатации, С
	C	Si	Mn	Cr	Mo	V
12ХМ	0,09...0,16	0,15..0,30	0,4...0,7	0,4...0,6	0,4...0,6	–	450...550
15ХМ	0,10...0,18	0,17..0,37	0,4...0,7	0,8...1,1	0,4...0,6	–	450...550
12Х2М1Л	0,14	0,27	0,54	2,32	1,1	–	450...550
12Х1МФ	0,08...0,15	0,17..0,37	0,4...0,7	0,9...1,2	0,25..0,35	0,15...0,3	550...600
15Х1М1Ф	0,12...0,18	0,15..0,30	0,4...0,6	0,9...1,2	0,9...1,1	0,25...0,35	500...600
12Х2МФСР	0,09...0,16	0,1...0,3	0,3...0,6	1,9...2,2	0,4...0,7	–	550...600