6.2. Сварка мартенситных сталей

К мартенситным относятся стали с содержанием Сг = 11...12 %, дополнительно легированные С, Ni и другими элементами (табл. 10 и 11). Применение для закаленной стали отжига Т < Ас₃ способствует отпуску структур и получению благоприятного сочетания _в, и KCV, а высокая коррозионная стойкость и жаропрочность до 550...580 °С (табл. 10) обеспечиваются дополнительным легированием W, V, Mo.

Мартенситные стали практически полностью претерпевают  (М) – превращения в процессе охлаждения даже при небольших скоростях охлаждения (0,2 °С/с) в области Т = 800...650 °С. Стали термически обрабатываемые, так как претерпевают полиморфные превращения. В условиях термического цикла сварки стали мартенситного класса закаливаются на мартенсит с высокой твердостью и низкой деформационной способностью.

В результате сварочных деформаций, сопровождающих сварку, действия остаточных и структурных напряжений в сварных соединениях возможно образование холодных трещин. Для высокохромистых сталей М_н не превышает 360 °С, а М_к – 240 °С.

Таблица 10

Химический состав высокохромистых мартенситных сталей

Марка стали	Содержание элементов, % (по массе)
	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	Прочие
15Х11МФ	0,12...0,19	 0,5	 0,7	10,0...11,5	–	0,6...0,8	0,25...0,4	–
15Х12ВНМФ	0,12...0,18	 0,4	0,5...0,9	11,0...13,0	0,4...0,8	0,5...0,7	0,15...0,3	W = 0,7...1,1
18Х11МНФБ	0,15...0,21	 0,6	0,6...1,0	10,0...11,5	0,5...1,0	0,8...1,1	0,2...0,4	Nb = 0,2...0,45
13Х11Н2В2МФ	0,10...0,16	 0,6	 0,6	10,5...12,0	1,5...1,8	0,35...0,50	0,18...0,30	W = 1,6...2,0
12Х11В2МФ	0,10...0,15	 0,5	0,5...0,8	10,0...12,0	0,6	0,6...0,9	0,15...0,30	W = 1,7...2,9
10Х12НД	 0,10	 0,3	 0,6	12,0...13,5	2,8...3,2	0,8...1,1	–	Cu = 0,8...1,0
06Х12Н3Д	 0,06	 0,3	 0,6	12,0...13,5	2,8...3,2	–	–	Cu = 0,8...1,1

Примечание. Содержание S  0,025 %, P  0,025 – 0,030 %.

Таблица 11

Механические свойства и назначение мартенситных сталей

Марка стали	в, МПа	, %	, %	KCV, МДж/м2	Т эксп., С	Примеры использования
15Х11МФ	690	15	55	0,6	550...580	Корпуса цилиндров турбин, рабочие лопатки и бандажные диски, роторы турбин, поверхности котлов нагрева, трубопроводы. Детали паровых и гидротурбин, рабочие колеса гидротурбин, колеса насосов АЭС
15Х12ВНМФ	740	15	45	0,6	500
18Х11МНФБ	740	15	50	0,6	500
13Х11Н2В2МФ	880	15	55	0,9	500
12Х11В2МФ	588	18	–	–	500
10Х12НД	650	14	30	0,3	350
06Х12Н3Д	70	14	30	0,3	350

С увеличением содержания углерода точки М_н и М_к еще более понижаются, что приводит к возрастанию твердости мартенсита и его хрупкости. При снижении содержания углерода вязкость мартенсита повышается, однако образующийся при этом –феррит, в свою очередь, сообщает им высокую хрупкость.

Содержание углерода в мартенситных сталях ограничивают до 0,20 %, что обеспечивает достаточную пластичность и ударную вязкость ответственных деталей энергетических установок. Обеспечить стойкость металла шва и, в особенности, околошовной зоны к образованию трещит – основная трудность при сварке сталей мартенситного класса.

Для этого возможно применение следующих мер:

1. Получение мелкодисперсной структуры металла шва и околошовной зоны (модифицирование металла шва за счет использования сварочных проволок Св-15Х12ГНМВФ, 01Х12Н2 и жестких режимов сварки).

2. Применение предварительного и сопутствующего подогрева. Лучшие свойства сварных соединений достигаются при температуре предварительного подогрева в интервале М_н–М_к, а также когда после сварки производится "подстуживание" до М_к(для завершения мартенситного превращения), но не ниже 100 °С (табл. 12).

3. Снижение содержания водорода.