Николай Иванович Каховский
СВАРКА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ
*** 1968 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) Сварка сталей Х18Н9Т и 0Х18Н10Т. Несмотря на то, что хромоникелевые стали типа 18-10 (18-8) применяются для изготовления химической аппаратуры уже давно, в технологии их сварки имеют место частые нарушения, вследствие чего сварные швы в ряде случаев корродируют с большей скоростью против установленной, и изделия преждевременно выходят из строя и требуют частых ремонтов.
Анализируя нормативные материалы и различные технические условия на изготовление химической аппаратуры, а также состояние технологии сварки на некоторых заводах химического машиностроения, можно заключить, что интенсивная коррозия сварных швов и сокращение службы химической аппаратуры между ремонтами обусловлены в ряде случаев неправильным выбором присадочных материалов (проволок, электродов) как при сварке новых аппаратов, так и при их ремонте. При выборе сварочных проволок и электродов проектные организации и заводы-изготовители аппаратуры руководствуются стремлением обеспечить прежде всего стойкость швов против межкристаллит-ной коррозии, определяемой по стандартной методике в лабораторных условиях, путем высокого легирования швов на упомянутых сталях ванадием (2 — 3%) и кремнием (1,5 — 2,0%) без учета влияния этих элементов на общую коррозионную стойкость. Б. И. Медовар и Н. А. Лангер отмечают отрицательное влияние высокого содержания ванадия в хромоникелевом шве на общую коррозионную стойкость его в азотной кислоте. С другой стороны для автоматической сварки стали Х18Н9Т рекомендована проволока Св-05Х19Н9ФЗС2 148. Стандартами предусмотрены проволоки Св-08Х19Н9Ф2С2 и Св-05Х19Н9ФЗС2 и электроды из этих проволок, например, типа ЭА-1Ф2 марок ГЛ-2, ЦЛ-2Б2, ЭА-60611 для сварки сталей 18-10. Иногда для сварки сталей Х18Н10Т и 0Х18Н10Т заводы применяют электроды, легированные молибденом, — ЭА-40010У и НЖ-13. Между тем известно, что молибден оказывает отрицательное влияние на общую коррозионную стойкость металла шва в окислительных средах типа азотной кислоты, особенно после повторного нагрева в критическом интервале температур (рис. 108). Автором 92, 88 установлено отрицательное действие ванадия и кремния при содержании их более чем по 0,8% на общую коррозионную стойкость хромоникелевых и хромонпкельмарганцевых швов в концентрированной азотной кислоте. нон среде, в том числе различных зон сварного соединения т. е. когда между ними протекают электрохимические процессы коррозионное растворение менее стойкого металла значительно усиливается по сравнению с растворением его в изолированном виде — без контакта. Так, при раздельном испытании в кипящей 56%-ной азотной кислоте образцов из стали 1Х21Н5Т в состоянии поставки и той же стали, предварительно перегретой при высокой температуре, первый металл корродировал со скоростью 0,53 гм2 ч и второй — со скоростью 2,8 гм2 ч, а таких же образцов, но в контакте между собой — соответственно 1,05 гм2 ч и 7,25 гм2 ч. Отсутствие структурной коррозии в околошовной зоне стали 0Х21Н5Б можно объяснить меньшей разностью поверхностей ферритной и аустенитной фаз в этом металле, а также несколько меньшей межфазной неоднородностью по хрому в нем. По-видимому, немаловажное значение имеет также преимущественное растворение ниобия в аустените (табл. 65), вследствие чего выделение карбидов из такого аустепита не столь опасно, как в случае стабилизации стали титаном подобно описанному выше благоприятному влиянию ниобия на предотвращение ножевой коррозии в сварных соединениях стали 0Х17Н5АГ9. Коррозия околошовной зоны сварных соединений стали 0Х21НЗТ, имеющая вид межкристаллитной, обусловлена, по-видимому, как обеднением аустенитной фазы хромом, так и изменениями в пограничных слоях ферритных зерен (образованием напряженных прослоек) при высокотемпературном нагреве и быстром охлаждении. Поскольку количество аустенитной фазы в околошовной зоне весьма мало и она расположена в виде отдельных прерывистых прослоек (рис. 123иг), низкая коррозионная стойкость металла в данном случае, по-видимому, обусловлена изменениями на границах ферритных зерен. То же самое происходит и в сварных соединениях стали Х28АН, несмотря на малую изменяемость структуры при воздействии сварочного нагрева 85. С уменьшением концентрации азотной кислоты или снижением температуры среды структурная коррозия околошовной зоны исследуемых сварных соединений ослабевает благодаря замедлению катодного н анодного процессов. С повышением температуры и концентрации азотной кислоты или при добавлении к последней более сильных окислителей кривая катодной поляризации хромоникелевой стали смещается в область более положительных потенциалов, а кривая анодной поляризации — в менее положительную область 118. Следовательно, с повышением температуры или концентрации окислительной среды, в том числе азотной кислоты, ускоряются катодный и анодный процессы, в результате чего коррозия металла усиливается. Естественно, что с понижением концентрации кислоты и температуры наблюдается обратное явление. Испытания, проведенные автором, показали, что в сварных соединениях стали типа 21-5 с соотношением TiC6 структурная коррозия отсутствует в азотной кислоте следующих концентраций: до 30% при кипении, до 50% при температуре до 80° С и 55% при 50° С. При длительных испытаниях (до 4400 ч) в производственных условиях, проведенных В. М. Брусенцовой, выяснилось, что в сварных соединениях стали 0Х21Н5Т в 47%-ной азотной кислоте при температуре 80° С коррозия равномерная и общая коррозионная стойкость вполне удовлетворительная. В соединениях же стали 0Х21НЗТ с незначительным количеством аустенитной фазы в околошовной зоне (в участке, примыкающем к шву) обнаружили структурную коррозию (рис. 133,6) типа межкристаллитной. При менее длительных испытаниях (240 ч) в лабораторных условиях в 50%-ной азотной кислоте при 70° С избирательная (структурная) коррозия в этих соединениях отсутствует (рис. 133,а). Отпуск сварных соединений при температуре 900 — 980° С или закалка от 980 — 1050° значительно повышает коррозионную стойкость металла околошовной зоны, что объясняется уменьшением разницы между поверхностями ферритной и аустенитной фаз благодаря превращению, а также уменьшением наклепа аустенитной фазы. При этом в сварном соединении стали 0Х21Н5Т структурно-избирательная коррозия в 65°о-ной кипящей азотной кислоте полностью отсутствует (рис. 137,а), а в соединении стали 1Х21Н5Т — значительно уменьшается (рис. 137,6) по сравнению с нетермообработанными сварными соединениями. Причем температура отпуска (закалки) 850° С для этого недостаточна (рис. 137,б). Различная реакция на сварочный нагрев и последующую термическую обработку исследуемых двухфазных однотипных сталей с различным содержанием углерода подтверждает целесообразность снижения содержания углерода не только в аустенитных коррозионностойкнх сталях, но и в двухфазных ферритно-аусте-нитных. Поскольку термическая обработка крупногабаритных изделий практически неосуществима, из феррптно-аустенитных сталей, стабилизированных титаном, можно изготовлять изделия, содержание никеля в аустените этого металла по сравнению с ферритом, низкая концентрация в нем молибдена (см. табл. 65), по-видимому, обусловливает более отрицательный электрохимический потенциал аустенитной фазы и меньшую пассивирующую способность в неокисляющей среде (серной кислоте) по сравнению с ферритной фазой. Благодаря этому в многоэлектродной микросистеме исследуемого металла (карбиды, феррит, аусте-нит) аустенитные прослойки являются в этой среде более эффективными анодами и интенсивно растворяются. При этом значительная разность в размерах поверхностей ферритной и аустенитной фаз, контактирующих с агрессивной средой, способствует ускорению структурной коррозии благодаря увеличению плотности коррозионного тока. Таким образом, для уменьшения интенсивности электрохимических процессов в микроэлементах феррит-аустенит и, следовательно, предотвращения структурно-избирательной коррозии металла в прилегающем к шву участке околошовной зоны сварных соединений хромоникелевой двухфазной ферритно-аустенитной стали в условиях воздействия окислительных сред повышенной агрессивности и соединений хромоникельмолибденовой двухфазной стали в условиях воздействия неокислительных сред необходимо, чтобы количество структурных составляющих (феррита и аустенита) и определяемая этим поверхность их в металле были бы примерно одинаковыми или количество аустенита превышало бы количество феррита как в исходном состоянии стали, так и после воздействия термического цикла сварки. Для этого необходимо не только иметь в стали требуемое соотношение аустеннтизирующих и ферритизирующпх элементов и минимальное содержание углерода, но и модифицировать сталь с тем, чтобы уменьшить склонность ее к росту зерна и изменяемости количества структурных составляющих при воздействии сварочного термического цикла. Согласно описанным выше экспериментальным данным автора и литературным сообщениям 182, 160, склонность ферритно-аустенитной и ферритной сталей к росту зерна при высокотемпературном нагреве сильно уменьшается при введении ниобия или азота. Исходя из этого, автор попытался уточнить составы двухфазных хромоникелевой и хромоникельмолибденовой сталей с целью уменьшения их реакции на сварочный термический цикл 104. Для этого были выплавлены н исследованы несколько опытных сталей указанных типов, модифицированных отдельно азотом, ниобием и совместно (табл. 67). |
