Процесс старения - охрупчивания основного металла и сварных соединений под воздействием высоких температур

Старением металла называют процесс изменения структуры и, как следствие, механических свойств металла со временем. Он проявляется в повышении твердости и хрупкости металла. Если процесс старения происходит при комнатной температуре, то он называется естественным старением. Если процесс старения происходит при нагреве до заданной температуры с последующим охлаждением - искусственным старением.

Снижение пластичности и вязкости при одновременном повышении прочностных свойств металла в температурном ин­тервале синего цвета побежалости (200...250°С) называется синеломкостью.

Изменение свойств сварного соединения после длительной выдержки при Т=300...350°С (повышение прочности и снижение пластичности) называют термическим старением. При этом выделяются карбиды и нитриды.

С повышением температуры эксплуатации наблюдается тенденция к росту охрупчивания сталей. При температурах эксплуатации ниже 150°Сохрупчивание металла связано с воздействием коррозионной среды и, прежде всего, водорода.

При температурах эксплуатации выше 150°С имеет место тепловая хрупкость.

Сварной металл также испытывает охрупчивание в процессе эксплуатации.

Склонность сварных соединений к старению оценивается сопоставлением ударной вязкости различных зон соединения в состоянии после сварки и после длительной выдержки при температуре испытания.

Высокое качество сварных соединений определяется термическим циклом сварки, температурой сопутствующего подогрева, содержанием диффузионного водорода в металле шва и термической обработкой. Повышение температуру предварительного подогрева приводит к переходу металла шва и зоны термического влияния из хрупкого состояния в вязкое.

Для большинства перлитных жаропрочных сталей критическая температура хрупкости составля­ет 100...120°С, что определяет минимальную температуру предварительного подогрева. Но излишне высокая температура предварительного подогрева может привести к распаду аустенита в высокотемпературной области с образованием грубой ферритно-перлитной структуры, термическому старению и синеломкости.

В сварных соединениях хромомолибденованадиевых теплоустойчивых перлитных сталях процесс старения под воздействием высоких температур происходит за счет перераспределения углерода между твердым раствором и карбидной фазой. Например, выделение дисперсных карбидов ванадия из твердого раствора и, как следствие этого, охрупчивание металла наблюдается в около шовной зоне сталей 15Х1М1Ф и 12Х1МФ при недостаточно высокой температуре отпуска сварных соединений (650 - 700°С).

Процесс старения под воздействием высоких температур в сварных соединениях хромоникелевых жаропрочных аустенитных сталях, содержащих некоторое количество ферритной (α) фазы, может происходить перерождение (α) фазы в σ- фазу за счет диффузии и обогащения α- фазы хромом, кремнием, молибденом, ванадием. Образование σ- фазы происходит в интервале температур 600-900°С.

Для аппаратов и сосудов, работающих под давлением и эксплуатируемых в условиях повышенных температур и наводороживания, когда происходят охрупчивание и, соответственно, снижение трещиностойкости сталей, повышение давления или температуры может привести к хрупкому разрушению.

Контрольные вопросы к главе 2.

1. Что называется старением металла?

2. Какие виды старения вы знаете?

3. Каковы причины возникновения коррозии?

4. В чем отличие химических видов коррозии от электрохимических видов?

5. Какие меры применяются для повышения коррозионной стойкости металлов и сварных швов?

6. Что называется жаростойкостью металла?

7. Что называется жаропрочностью металла?

8. Что может привести к хрупкому разрушению сварных изделий?

9. Какие легирующие элементы повышают жаростойкость (окалиностойкость) металла швов?

10. В каком диапазоне нагрева свариваемость аустенитной стали проявляется большая склонность ее к межкристаллитной коррозии?

11. Какие легирующие элементы предотвращают склонность швов аустенитного класса к межкристаллитной коррозии?

12. Какой элемент в низколегированных швах наиболее эффективно повышает их хладностойкость?

ГЛАВА 3. СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ