Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr
Проанализирован характер изменения фазового состава металла швов типа 10Х9МФБ в зависимости от содержания в нем углерода. Установлено, что однофазная мартенситная структура швов обеспечивается при концентрации в них углерода не менее 0,085 %. Уменьшение содержания углерода ниже указанного предела ве...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39090 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Effect of carbon on phase composition of weld metal of welded joints of 9% Cr martensitic steel |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-39090 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. 2012-12-02T15:49:19Z 2012-12-02T15:49:19Z 2009 Effect of carbon on phase composition of weld metal of welded joints of 9% Cr martensitic steel 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39090 621.791:669.14/.15 Проанализирован характер изменения фазового состава металла швов типа 10Х9МФБ в зависимости от содержания в нем углерода. Установлено, что однофазная мартенситная структура швов обеспечивается при концентрации в них углерода не менее 0,085 %. Уменьшение содержания углерода ниже указанного предела ведет к образованию в структуре швов δ-феррита. The character of variations in phase composition of the 10Kh9MFB type welds depending upon their carbon content has been analysed. It has been found that single-phase martensitic structure of welds can be provided at their carbon concentration of not less than about 0.085 %. Decrease in the carbon content to less than the above limit leads to formation of δ-ferrite in structure of the welds. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr |
| spellingShingle |
Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Производственный раздел |
| title_short |
Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr |
| title_full |
Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr |
| title_fullStr |
Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr |
| title_full_unstemmed |
Влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали С 9 % Cr |
| title_sort |
влияние углерода на фазовый состав металла швов сварных соединений мартенситной стали с 9 % cr |
| author |
Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. |
| author_facet |
Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| description |
Проанализирован характер изменения фазового состава металла швов типа 10Х9МФБ в зависимости от содержания в нем углерода. Установлено, что однофазная мартенситная структура швов обеспечивается при концентрации в них углерода не менее 0,085 %. Уменьшение содержания углерода ниже указанного предела ведет к образованию в структуре швов δ-феррита.
The character of variations in phase composition of the 10Kh9MFB type welds depending upon their carbon content has been analysed. It has been found that single-phase martensitic structure of welds can be provided at their carbon concentration of not less than about 0.085 %. Decrease in the carbon content to less than the above limit leads to formation of δ-ferrite in structure of the welds.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/39090 |
| citation_txt |
Effect of carbon on phase composition of weld metal of welded joints of 9% Cr martensitic steel |
| work_keys_str_mv |
AT skulʹskiivû vliânieuglerodanafazovyisostavmetallašvovsvarnyhsoedineniimartensitnoistalis9cr AT gavrikar vliânieuglerodanafazovyisostavmetallašvovsvarnyhsoedineniimartensitnoistalis9cr |
| first_indexed |
2025-11-27T02:47:59Z |
| last_indexed |
2025-11-27T02:47:59Z |
| _version_ |
1850792443262271488 |
| fulltext |
УДК 621.791:669.14/.15
ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ
МЕТАЛЛА ШВОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ С 9 % Cr
В. Ю. СКУЛЬСКИЙ, канд. техн. наук, А. Р. ГАВРИК, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Проанализирован характер изменения фазового состава металла швов типа 10Х9МФБ в зависимости от содержания
в нем углерода. Установлено, что однофазная мартенситная структура швов обеспечивается при концентрации в
них углерода не менее 0,085 %. Уменьшение содержания углерода ниже указанного предела ведет к образованию
в структуре швов δ-феррита.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, вольфрамовый
электрод, присадка, мартенситная сталь с 9 % Cr, металл
шва, углерод, фазовый состав, образование δ-феррита
Для сварки теплоустойчивой стали 10Х9МФБ
применяются сварочные материалы, обеспечива-
ющие легирование металла шва, аналогичное ос-
новному металлу. При ручной дуговой сварке пок-
рытыми электродами и автоматической сварке
под флюсом швы, как и основной металл, имеют
мартенситную структуру. Однако при сварке ТИГ
(неплавящимся электродом в аргоне с присадочной
проволокой типа 10Х9МФБ) наблюдалось измене-
ние фазового состава шва — в мартенситном ме-
талле появлялись светлые участки δ-феррита. От-
личительной особенностью δ-феррита в металле
данного типа является низкая твердость в состоянии
после сварки (HV 0,2 — 190…200 у δ-феррита и
около НV 415 у мартенсита), такая же твердость
и отсутствие в нем карбидных выделений после
отпуска, что свидетельствует об обезуглерожи-
вании и отсутствии у этой фазы склонности к
закалке [1]. Известно, что с образованием δ-фер-
рита в мартенситных хромистых сталях и в их
сварных соединениях связаны снижение высоко-
температурной пластичности, ударной вязкости и
склонность к образованию холодных трещин [2–
5]. Хотя считалось допустимым присутствие в
мартенситном металле до 10…15 об. % феррита
[2, 4], результаты релаксационных испытаний наг-
руженных сварных соединений стали с 9 % Cr по-
казали, что наличие весьма тонких прослоек мяг-
кого δ-феррита в мартенситных швах ведет к
образованию трещин при термической обработке
[6, 7]. Для снижения риска трещинообразования,
а также улучшения механических свойств металла
швов следует исключать образование в них δ-фер-
рита, обеспечивая получение однородной мартен-
ситной структуры. Такое же мнение высказыва-
лось авторами работы [8].
Из диаграмм состояния железохромистых сис-
тем [2] следует, что на образование δ-феррита
существенное влияние оказывает изменение со-
держания углерода: со снижением концентрации
углерода возрастает стабильность δ-феррита, что
может привести к увеличению его доли в резуль-
тирующей структуре мартенсита. Подобный эф-
фект наблюдается при сварке ТИГ, что экспери-
ментально установлено авторами данной работы
и описывается в литературе. Так, в работе [9] от-
мечается, что проблемой сварки ТИГ стали Р91
с 9 % Cr (типа 10Х9МФБ) является «сильное вы-
горание углерода» до уровня менее 0,08 % и ухуд-
шение свойств швов. Механизм этого явления не
рассматривается, однако можно предположить,
что причина потери швом углерода может быть
связана с его испарением при сконцентрирован-
ном перегреве расплава дугой с высокой плот-
ностью тока, что характерно для горения дуги в
инертных газах, а также с его частичным окис-
лением за счет примеси кислорода в защитном
газе [10].
Цель работы заключалась в определении ми-
нимального содержания углерода в металле швов
при сварке мартенситной стали типа 10Х9МФБ,
при котором обеспечивается отсутствие в них δ-
феррита.
В работе использовано явление снижения содер-
жания углерода в металле шва при сварке ТИГ. С
помощью ТИГ процесса производили заполнение V-
образных канавок глубиной 6 мм в пластинах стали
Р91 (X10CrMoVNb91 типа 10Х9МФБ) толщиной 14
мм с использованием присадочных прутков подоб-
ного химического состава. Погонную энергию q/v
изменяли примерно от 15 до 30,8 кДж/см путем
варьирования силы тока от 120 до 250 А при ско-
рости сварки примерно 2,16…2,6 м/ч. После свар-
ки определяли содержание углерода и количество
δ-феррита в швах. Для лучшего выявления δ-фер-
рита образцы швов подвергали высокому отпуску.
Долю ферритной фазы оценивали путем много-© В. Ю. Скульский, А. Р. Гаврик, 2009
38 2/2009
кадрового панорамного фотографирования мик-
роструктуры в поперечном сечении швов в нап-
равлении секущих от одного края шва до другого
с последующим подсчетом с помощью масштаб-
ных сеток площадей, занимаемых ферритными
участками в матрице отпущенного мартенсита;
после усреднения результатов всех замеров по-
лучали приблизительное содержание феррита в
шве.
В результате выполненных экспериментов ус-
тановлено, что увеличение погонной энергии при
сварке ТИГ ведет к уменьшению содержания уг-
лерода в металле швов (рис. 1). При значении
q/v ~ 14…15 кДж/см потери углерода незначи-
тельны, остаточное его количество в шве (около
0,087 %) мало отличается от исходной концент-
рации в присадочном материале. Интенсивное
снижение содержания углерода происходит при
сварке с q/v > 20 кДж/см. Режимы с такой по-
гонной энергией следует исключать. Приемлемы-
ми, с точки зрения ограничения значительных по-
терь углерода швом, можно считать режимы сварки
ТИГ с погонной энергией не более 13…15 кДж/см.
Снижение содержания углерода приводит к об-
разованию δ-феррита в наплавленном металле.
Металлографические наблюдения показали, что δ-
феррит в швах распределяется неравномерно. В
одном и том же шве можно было встретить учас-
тки, ограниченные полем зрения микроскопа, как
без δ-феррита (либо с малой его долей), так и с
достаточно большим его локальным количеством
(рис. 2). С повышением содержания δ-феррита в
шве увеличивались размеры ферритных участков,
что также видно на рис. 2. Большая доля феррита
обычно образовывалась в верхней части швов в
завершающих валиках и в области активного пят-
на, где, вероятно, степень снижения концентрации
углерода была максимальной.
На рис. 3 приведены результаты оценки ко-
личества δ-феррита в швах в зависимости от со-
держания углерода. Дополнительно обозначены
концентрации углерода в швах, выполненных
электродами OK 76.98 (ESAB) и Р86 (опытные,
изготовленные ИЭС им. Е. О. Патона), и в стали
Р91 (двух разных партий), которые имели одно-
фазную мартенситную структуру. Из представ-
ленной зависимости следует, что отсутствие δ-
феррита в шве достигается при содержании уг-
лерода не менее 0,085 %.
Углерод оказывает двоякое влияние на свойс-
тва мартенситного металла. Кроме компенсации
действия элементов-ферритизаторов и сдержива-
ния образования δ-феррита, углерод является так-
же основным элементом, упрочняющим мартен-
ситный твердый раствор. Повышение содержания
углерода ведет к возрастанию степени закалки и
повышению склонности сварных соединений к
образованию холодных трещин. С целью обес-
печения удовлетворительной свариваемости мак-
симальное содержание углерода в сложнолегиро-
ванных мартенситных сталях, к которым отно-
сятся и стали с 9 % Cr, и в металле швов огра-
ничивают уровнем примерно 0,12 %. Такие стали
отличаются склонностью к закалке, что является
одним из металлургических факторов придания
им требуемых жаропрочных свойств [2]. Поэтому
при их сварке для исключения образования тре-
щин необходимо применение предварительного
и сопутствующего подогрева. Минимальное со-
держание углерода в швах, как показано выше,
Рис. 1. Изменение содержания углерода в металле швов при
сварке стали типа 10Х9МФБ с использованием ТИГ процесса
Рис. 2. Микроструктура участков швов с различным средним количеством δ-феррита, 200: а — 0,86; б — 17,1 об. %
2/2009 39
определяется из условия сохранения однородной
мартенситной структуры без δ-феррита.
Необходимо отметить, что, кроме углерода, об-
разованию δ-феррита в металле с системой ле-
гирования C–9Cr–Mo–V–Nb препятствует никель,
специально вводимый в количестве 0,4…1 % [11],
а также марганец, используемый в качестве рас-
кислителя. По степени стабилизации аустенита и
уменьшения доли δ-феррита в хромистом металле
углерод, по разным данным, в 10…30 раз эффек-
тивнее никеля и в 20…60 раз эффективнее мар-
ганца [2, 12]. Поэтому основное влияние на фа-
зовый состав швов должен оказывать именно уг-
лерод. В наших экспериментах содержание ни-
келя находилось на уровне нижнего предела, ха-
рактерного для свариваемой стали P91 (примерно
0,4 %). C целью получения однофазной мартен-
ситной структуры в условиях развития ликвацион-
ной неоднородности при кристаллизации металла
швов, особенно с пониженным содержанием угле-
рода, и получения удовлетворительной ударной вяз-
кости следует легировать металл шва никелем на
уровне, близком к верхнему пределу [13] (примерно
0,7…1 %).
В заключение следует отметить, что для ис-
ключения снижения содержания углерода в швах
при сварке ТИГ стали типа 10Х9МФБ следует
использовать режимы с погонной энергией до
примерно 13…15 кДж/см; условием обеспечения
однофазной мартенситной структуры металла
швов с системой легирования C–9Cr–Mo–V–Nb
является ограничение минимального содержания
углерода на уровне примерно 0,085 %.
1. Скульский В. Ю. Структура металла в зоне сплавления и
ЗТВ сварных соединений высокохромистых теплоустой-
чивых сталей // Автомат. сварка. — 2005. — № 5. —
С. 15–23.
2. Ланская К. А. Высокохромистые жаропрочные стали. —
М.: Металлургия, 1976. — 216 с.
3. Сварка в углекислом газе / И. И. Заруба, Б. С. Касаткин,
Н. И. Каховский, А. Г. Потапьевский. — Киев: Гос-
техиздат УССР, 1960. — 224 с.
4. Каховский Н. И., Фартушный В. Г., Ющенко К. А. Элек-
тродуговая сварка сталей. — Киев: Наук. думка, 1975. —
480 с.
5. Юферов В. М. О технологической пластичности нержа-
веющих и жаростойких сталей // Металловед. и терм. об-
работка металлов. — 1968. — № 2. — С. 17–20.
6. Скульский В. Ю., Царюк А. К., Куран Р. И. К вопросу о
технологичности теплоустойчивых сталей с повышен-
ным содержанием хрома, предназначенных для строи-
тельства энергоблоков тепловых электростанций нового
поколения // Повышение надежности сварных соедине-
ний при монтаже и ремонте технологического оборудо-
вания в энергетике: Сб. тр. 2-го науч.-практ. семинара,
Киев, 6–8 дек. 2005 г. — Киев: Экотехнология, 2005. —
С. 15–20.
7. Скульский В. Ю., Царюк А. К., Моравецкий С. И. Оценка
склонности сварных содинений теплоустойчивой хро-
мистой мартенситной стали к образованию трещин при
термической обработке // Автомат. сварка. — 2009. —
№ 1. — С. 5–9.
8. Zhang Z., Farrar J. S. M., Barnaes A. M. Weld metals for
P91 — tough enouph? — [2001]. — 19 p. — (Intern. Inst. of
Welding; Doc. II-A-073-00, II-1428-01).
9. Rosenbrok L. A critical overview of the welding of P91 ma-
terial // Austral. Weld. J. — 2001. — 46, Second Quarter. —
P. 5–8.
10. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — Т. 1 /
Под ред. Н. А. Ольшанского. — М.: Машиностроение,
1978. — 504 с.
11. Bergquist E.-L. Consumables and welding modified 9Cr–
1Mo steel // Svetsaren. — 1999. — 54, № 1, 2. — P. 22–25.
12. Marshall A. W., Farrar J. C. M. Welding of ferritic and mar-
tensitic 11…14 % Cr steels // Welding in the World. —
2001. — 45, № 5/6. — P. 32–55.
13. Хойзер Г. Присадочные материалы для сварки в энерге-
тическом машиностроении // Автомат. сварка. — 1997.
— № 9. — С. 40–44, 47.
The character of variations in phase composition of the 10Kh9MFB type welds depending upon their carbon content has
been analysed. It has been found that single-phase martensitic structure of welds can be provided at their carbon concentration
of not less than about 0.085 %. Decrease in the carbon content to less than the above limit leads to formation of δ-ferrite
in structure of the welds.
Поступила в редакцию 03.10.2008
Рис. 3. Влияние углерода на содержание δ-феррита в мартен-
ситном металле с системой легирования типа C–9Cr–Mo–V–
Nb
40 2/2009
|