Рис. 11.9. Разрушение сварного соединения разнородных сталей вблизи участка сплавления аустенитного шва типа 08Х18Н10Т со сталью 12Х5М: а — часть трубы с разрушением; б — фотография места разрушения, X 150

структурной и механической неоднородности в участке сплавления, разработать способы предотвращения или снижения до минимума этой неоднородности. Все это в дополнение к тому, что обеспечивает минимальную химическую и структурную неоднородность за счет проплавления и смешения разнолегированных металлов, должно обеспечить получение надежных в работе сварных соединений разнородных сталей.

Перемещение углерода в участке сплавления и образование в нем химической и структурной неоднородности, способной ухудшить свойства сварных соединений, может быть следствием ряда причин. Основная причина — различие термодинамической активности углерода в растворах, находящихся в сварном контакте сталей. Могут быть еще и другие частные причины диффузионного перемещения. Однако они обусловлены указанной главной. Упомянутыми частными причинами могут быть: 1) разность концентраций углерода в контактирующих сталях на основе однотипной по кристаллической природе матрицы (контактируют стали на основе а-раствора или стали на основе у-раствора); 2) разница в пределах растворимости углерода в твердых растворах контактирующих сталей (аустенит и феррит); 3) образование химических соединений в стали, куда перемещается углерод, и стимулирование за счет этого дальнейшего протекания реакционной диффузии. Каждое из приведенных трех явлений связано с различием показателей термодинамической активности углерода в контактирующих растворах.

Схематически рассмотренные условия перемещения углерода через зону сплавления разнородных по составу или фазовому состоянию сталей представлены на рис. 11.10. Все три частные причины перемещения углерода через сплавление можно свести к одной — различию термодинамической активности углерода в сталях / и //, когда термодинамическая активность углерода в стали / больше, чем в стали // (а1с а"). В первом случае это вызвано влиянием на повышение а1с высокого содержания углерода в стали /; во втором случае — тем, что активность углерода 298

Рис. 11.10. Схема перемещения углерода в сплавлении

разнородных сталей:

/ — стали I и II иелегированные: 2 — сталь / на ферритной, сталь // на аустенитной основах: 3 — сталь / не содержит карби-дообраэующих элементоь, сталь // содержит: 4 — термодинамическая активность углерода в стали 1 рыше термодинамической активности углерода в стали //(-- исходная концентрация углерода: — — — — концентрация после длительного нагрева ниже Ас,)

С,%

СтальЕ

♦к

4-

растворах элементов

в феррите выше, чем в аустените, в третьем случае — влиянием карбидообразующих элементов на понижение активности углерода, что

делает с" al-

В обобщенном четвертом случае более высокое значение a¿ по сравнению с ас предопределяет возможность перемещения углерода даже из стали с меньшей концентрацией и образование обезуглероженной и науглерожен-ной зон. Таким образом, задача предотвращения образования рассматриваемой неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей сводится к обеспечению в них близких значений термодинамической активности углерода в (а1С1 са асп). Сведения о влиянии легирующих на активность углерода в твердом растворе, приведенные в п. 4, относятся в основном к аустениту, но они позволяют качественно судить о влиянии легирования на активность углерода в феррите. Из этих данных видно, что активность повышают никель и кобальт, а понижают марганец, хром и алюминий. Особенно сильно активность снижает хром, его влияние на понижение активности почти на порядок выше, чем влияние никеля на повышение активности. Поэтому в аустенитной хромоникелевой стали, где хрома содержится больше, чем никеля, активность углерода в аустените оказывается очень низкой. Другие карбидо-образующие элементы (вольфрам, молибден, ванадий) также понижают активность углерода в растворе.

Сведений о влиянии легирования на активность углерода в а-и y-Fe совершенно недостаточно для того, чтобы судить о подвижности углерода в различных сталях, что важно для рассмотрения разнородных сварных соединений. Поэтому для оценки активности углерода в различных сталях можно использовать экспериментальный материал, основанный на измерении глубины обезуглероженного слоя в сварном контакте нелегированиой и легированной различными элементами стали после нагрева при температуре, характерной для условий эксплуатации.

Размеры обезуглероженной зоны получены в результате проведения серии таких опытов, где с нелегированной сталью, содержавшей во всех случаях 0,16 % С, сваривали стали, содержащие ~0,1 % С, легированные порознь разными количествами мар.