Исследование свариваемости и служебных свойств низколегированных полуспокойных сталей

Исследования служебных свойств и свариваемости полуспокойных сталей 18ГФпс, 18Г2АФпс и 15Г2АФДпс были проведены в Институте электросварки им. Е.О. Патона, Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций, Всесоюзном научно-исследовательском и конструкторском институте химического машиностроения, Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения и Всесоюзном научно-исследовательском институте по строительству магистральных трубопроводов.

Исследования выполнены, на листах толщиной 8—30 мм в горячекатаном (сталь 18ГФпс) или нормализованном (стали 18Г2АФпс, 15Г2АФДпс) состояниях. Для сравнения использован листовой прокат аналогичных толщин из спокойных низколегированных сталей в горячекатаном (09Г2С, 14Г2, 10Г2С1, 16ГС, 14ХГС), нормализованном (10ХСНД, 15ХСНД) или термоулучшенном (16Г2АФ, 10XCHД) состояниях. Все стали но механическим свойствам, в том числе по ударной вязкости при отрицательных температурах (стали 18ГФпс., 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС, 14ХГС — при -40° С, а 18Г2АФпс, 15Г2АФДпс, 10ХСНД, 15ХСНД и 16Г2АФ — при -70° С) и после механического старения удовлетворяли требованиям соответствующих технических условий и ГОСТ 5058—65.

Сталь 18ГФпс. Ручную сварку стали 18ГФпс производили электродами с фтористо-кальциевым покрытием марки УОНИ 13/55, автоматическую— электродной проволокой Св-08ГА под флюсом AН-348A, полуавтоматическую — электродной проволокой Св-08Г2С в углекислом газе, т. е. с использованием таких же материалов, как и для спокойных сталей повышенной прочности типа 09Г2С, 10Г2С1 и 15ХСНД. Исследования склонности шва к образованию кристаллизационных трещин и структурной неоднородности сварного соединения показали, что сталь 18ГФпс хорошо сваривается всеми способами сварки в широком диапазоне погонных энергий.

Как уже отмечалось, ванадий способствует образованию карбонитридов и поэтому частично связывает углерод, выводи его из твердого раствора. В результате этого снижается твердость металла в околошовной зоне (рис. 127), а следовательно, неоднородность сварного соединения. Это благоприятно сказывается на работоспособности сварных соединений.

Исследования показали, что металл шва сварных соединений из стали 18ГФпс по хладостойкости не уступает основному металлу (рис. 128).

Определение чувствительности к зарождению и распространению хрупких трещин стали 18ГФпс производили на крупномасштабных образцах по методике, описанной ранее. При этом образцы для определения чувствительности всех низколегированных полуспокойных и спокойных сталей к зарождению трещин остаривали по измененному (более жесткому) режиму — путем горячего деформирования растяжением на 10% при 250° С. Результаты исследований (рис. 129, 130) показали, что сталь 18ГФпс по сопротивляемости зарождению хрупких трещин превосходит, а по чувствительности к их распространению — не уступает спокойным низколегированным сталям с аналогичным содержанием углерода. Предел выносливости сварных соединений из исследуемой стали лежит на таком же уровне, как и для спокойных низколегированных, в том числе термически улучшенных (рис. 131).

Сталь 18ГФпс по склонности к общей коррозии практически не отличается от горячекатаных низколегированной (16ГС) и углеродистой (ВСт.3сп) спокойных сталей (табл. 126).

He уступает она спокойным сталям и по сопротивляемости коррозионному растрескиванию в растворе с 57% Ca (NО3)2 и 6% NH4NO3 при 110°C (табл. 127).

Стали 18Г2АФпс и 15Г2ЛФДпс. Сварку образцов из нормализованных листовых сталей 18Г2АФпс и 15Г2АФДпс выполняли вручную [электродами марки УОНИ 13/55 и AHIM (ALIB—70)], полуавтоматически в среде углекислого газа (проволокой Св-08Г2С и Св-20ГСТЮА) и автоматически под флюсом АН-22 (проволокой Св-10НМА) и АНК-30 (проволокой марки Св-10Г2). Кристаллизационных трещин в сварных швах из сталей 18Г2АФпс и 15Г2АФДпс при максимально допустимых содержаниях углерода в прокате (не более 0,22 и 0,20% соответственно) не обнаружили. По величине и характеру распределения твердости в сварных соединениях стали 18Г2АФпс и 15Г2АФДпс практически не отличаются от нормализованной стали 10ХСНД.

Испытания на ударную вязкость с двойным приложением нагрузки показали, что новые полуспокойные стали оказались более стойкими против хрупкого разрушения, чем спокойная хромоникелевая сталь 10ХСНД.

По сопротивляемости зарождению хрупких трещин полуспокойные нормализованные стали 18Г2АФпс и 15Г2АФДпс превосходят спокойные низколегированные стали, рекомендуемые для ответственных сварных конструкций (см. рис. 129).

Сопоставительное исследование склонности сталей 18Г2ЛФпс, 15Г2АФДис, 10ХСНД, 15ХСНД и 16Г2ЛФ к распространению хрупких трещин проводили путем испытания на ударный изгиб образцов с впрессованным острым надрезом. За критическую температуру хрупкой трещины принимали температуру, при которой волокнистая составляющая в изломе образцов после разрушения составляла 50%. Результаты испытаний (рис. 132) показывают, что опытные полуспокойные стали среди исследованных марок низколегированной спокойной стали обладают наиболее высокой сопротивляемостью распространению хрупких трещин. Это подтверждается также данными исследований по ранее принятой методике оценки рассматриваемого показателя (рис. 130).

Выносливость однотипных сварных соединений из исследуемых полуспокойных сталей с нитридным упрочнением, а также наиболее широко используемых низколегированных спокойных сталей, практически одинакова (рис. 133).

Последними исследованиями установлено, что стали 18Г2АФпс и 15Г2ЛФДпс мало чувствительны к хрупкому разрушению в результате циклических повреждений.

Испытаниями на химических комбинатах установлено» что сталь 18Г2АФпс по склонности к общей коррозии в промышленных средах практически не отличается от углеродистых полуспокойных (ВСт.3пс и 18Гпс) и низколегированной спокойной (16ГС) сталей (табл. 128). He установлено также существенных различий между сталью 18Г2АФпс и нормализованными сталями 18Гпс и ВСт.Зпс по склонности к коррозионному растрескиванию в растворе нитратов при 110—120° С (табл. 129).