Введение

Основным конструкционным материалом в промышленности являются углеродистые и низколегированные стали. Но с развитием энергетики, авиации, ракетной и атомной техники, химического машиностроения и судостроения, криогенной технологии и других отраслей непрерывно возрастает потребность в новых конструкционных материалах, обладающих специальными свойствами. Такие стали и сплавы называют специальными.

Эти свойства определяются непрерывным повышением рабочих температур и давлений, созданием установок большой мощности, работой в различных агрессивных средах при низких и высоких температурах. Высокие температуры необходимы для обеспечения эффективной работы энергетических установок (тепло- и атомные станции, реактивные двигатели и т.д.). Так, реактивные двигатели должны изготавливаться из материалов, способных обеспечивать необходимую прочность при температурах более 1000 °С, а оборудование электрических станций работает в условиях действия термомеханических нагрузок (давление пара 25 МПа, температура 600 °С).

К этому добавляется коррозионное действие на металл активной водяной, паровой или газовой среды. Многие сварные конструкции работают в условиях коррозии и кавитации под действием высоких и низких температур, нейтронного облучения и т. п. В этой связи возникает необходимость изучения особенностей сварки специальных сталей и сплавов. Целью настоящего курса является изучение металлургических и технологических особенностей сварки плавлением этих материалов, обеспечивающих необходимую работоспособность сварных соединений в различных условиях эксплуатации.

Условные обозначения

В тексте приняты следующие условные обозначения:

АДС – автоматическая дуговая сварка;

АрДС – аргонодуговая сварка;

ЭЛС – электронно-лучевая сварка;

ЭШС – электрошлаковая сварка;

Рдс – ручная дуговая сварка штучными электродами;

ГЦК – гранецентрированная кристаллическая решетка;

Оцк – объемно-центрированная кристаллическая решетка;

Т_пп – температура предварительного подогрева;

Т_пл – температура плавления;

Т_л (Т_с) – температура ликвидуса (солидуса);

ТИХ – температурный интервал хрупкости;

ГТ – горячие трещины при сварке;

XT – холодные трещины при сварке;

V_кр – критическая скорость деформации;

_T – физический предел текучести стали;

_В – временное сопротивление;

 – условный предел текучести;

 – относительное удлинение при разрыве;

 – относительное сужение;

KCV – ударная вязкость;

М_н, М_к – температура начала (конца) мартенситного превращения

ЗТВ – зона термического влияния;

ВДП – вакуумно-дуговой переплав;

ШП – шлаковый переплав;

ВИП – вакуумно-индукционный переплав;

ЛЭ – легирующие элементы;

МКК – межкристаллитная коррозия;

ОШЗ – околошовная зона;

ЛТ – ламелярные трещины;

ТПН – трещины повторного нагрева;

ХР – хрупкие разрушения;

Мхн – микрохимическая неоднородность.

1. Классификация сталей и сплавов

Классификация сталей и сплавов осуществляется по следующим показателям:

1. По химическому составу:

А. Углеродистые стали:

– низкоуглеродистые (до 0,22 % С);

– среднеуглеродистые (0,23...0,45 % С);

– высокоуглеродистые (более 0,45 % С).

Б. Легированные стали:

а) низколегированные (количество легирующих элементов не превышает 5 %), которые, в свою очередь подразделяются:

– на низкоуглеродистые конструкционные (09Г2, 14Г, 10ХСНД);

– теплоустойчивые (12ХМ, 20ХН, 20ХМФ);

– среднеуглеродистые (30ХГСА, 35ХМ).

б) среднелегированные (количество легирующих элементов составляет 5...10 %):

– конструкционные (30ХГСНД, 30ХН2МФА);

– теплоустойчивые (20Х2МА, 12Х5МА).

в) высоколегированные стали (количество легирующих элементов от 10 до 55 %).

г) высоколегированные сплавы:

– сплавы на железоникелевой основе – твердый раствор хрома в железоникелевой основе (Fe+Ni > 65 %);

– сплавы на никелевой основе – твердый раствор хрома и других элементов в никелевой основе (Ni > 55 %).