Чернение металла востребовано в различных сферах производства, однако чаще всего используется для декоративных целей в ювелирном деле и различных ремеслах.
Оцинковка металла является наиболее простым и дешевым способом его защиты от образования ржавчины. Наиболее популярным является метод горячей оцинковки.
Аустенитные стали имеют пониженную склонность к росту зерна, хорошо свариваются ручной, автоматической и полуавтоматической сваркой, обладают высокими характеристиками пластичности и вязкости металла. Изменение содержания хрома и никеля, а также введение дополнительных легирующих примесей и применение термической обработки позволяют в широких пределах изменить механические свойства свариваемого и наплавленного металла, а также их кислотостойкость, окалиностойкость и жаропрочность.
Наиболее широкое применение в промышленности получила сталь 1Х18Н9 и подобные ей стали с добавками титана и ниобия. Сталь 1Х18Н9 после закалки с 1050° приобретает структуру чистого аустенита, в котором все примеси находятся в твердом растворе. В этом состоянии сталь обладает наивысшей пластичностью и вязкостью, низким пределом текучести и высокими жаростойкостью и жаропрочностью. Окалиностойкость характеризуется максимальной температурой, при которой возможна длительная работа конструкции без опасного нарастания слоя окалины. Жаропрочность измеряется так называемым пределом ползучести — напряжением, при котором сталь пластически деформируется с величиной остаточного удлинения в 1% при выдержке образца при данной температуре в течение 10000 ч. Для аустенитных сталей наиболее типичной является температура 600°С.
Растворимость углерода в легированном аустените при нормальной температуре не превышает 0,04%. Такое содержание углерода в аустенитной стали можно получить только путем значительного осложнения металлургического процесса выплавки стали. Наиболее низкое содержание углерода, устанавливаемое гостом, не более 0,07% (сталь ОХ18Н9). При более повышенных содержаниях углерода в стали возможно выпадение карбидов хрома по границам зерен и возникновение при эксплуатации стали межкристаллитной коррозии. В отличие от ферритной стали в аустенитных сталях карбиды хрома выпадают не при охлаждении стали от высоких температур, а при повторных нагревах стали. Такой нагрев всегда происходит в свариваемой стали в околошовной зоне и в металле сварного шва при воздействии на него тепла от последующих наложенных валиков. Опасный интервал температур, при которых происходит выпадение из раствора карбидов хрома, 500—800°.
В околошовной зоне всегда имеется участок металла, подвергающийся нагреву до температур, находящихся в этом интервале (500— 800°). В случае повышенного содержания углерода в свариваемой стали (сталь 2Х18Н9 и частично сталь 1Х18Н9) в этих участках обязательно произойдет выпадение по границам зерен карбидов хрома и эти участки при эксплуатации стали во многих жидких средах приобретут склонность к межкристаллитной коррозии. Для борьбы с этим явлением применяют такие методы: 1) закалку изделия после сварки с 1050°, что переводит все карбидные выделения в раствор; 2) стабилизирующий отпуск при температуре 800—850°, выравнивающий неравномерность концентрации хрома между зернами стали и границами зерен и устраняющий внутренние напряжения от сварки.
В случае невозможности произвести термическую обработку изделий после сварки необходимо взять другую марку стали, не склонную к межкристаллитной коррозии. К таким сталям относятся сталь марки ОХ18Н9 (с содержанием углерода до 0,07%) и стали, стабилизированные сильными карбидообразователями — титаном или ниобием. Эти элементы связывают углерод в прочные карбиды и предупреждают возможность выпадения карбидов хрома. Для полного связывания углерода необходимо вводить в сталь титана в 4 раза больше содержания углерода в стали и ниобия — 8 раз. К таким сталям относятся сталь марки 1Х18Н9Т и стали с несколько повышенным содержанием никеля — Х18Н11Б, 1Х18Н12Т, ЭИ724.
Металл сварных швов, имеющий тот же состав, что и стали ОХ18Н9 и 1Х18Н9 и не прошедший закалку, всегда имеет двухфазную структуру — аустенит - небольшое (около 5%) количество легированного феррита. Причиной образования небольших количеств феррита является состав стали, при котором незначительное повышение ферритизаторов в стали вызывает образование феррита, и литая структура металла шва, фиксирующая выпадение о-феррита из расплава при кристаллизации металла шва. Наличие небольших количеств феррита в аустенитных швах является полезным, так как значительно уменьшает склонность аустенитного металла к образованию горячих трещин в сварных швах и увеличивает сопротивляемость металла шва межкристаллитной коррозии.
Повышение содержания ферритной фазы увеличивает прочность металла шва при незначительном снижении пластических и вязких свойств. При высоком содержании феррита эта фаза выделяется по гра ницам зерен сплошной сеткой, что резко снижает пластические и вязкие свойства металла шва. При повышенном содержании феррита в аустенитной стали (свыше 6%) возникает опасность выпадения а-фазы в феррите или на границе феррита с аустенитом при нагреве стали до температур 600—800° и возникновение 475-градусной хрупкости при длительной работе сварных соединений при температурах 350—550°. Поэтому содержание ферритной фазы в металле шва следует ограничивать (не более 5—7%).
Аустенитные стали отличаются от низкоуглеродистой нелегированной стали низкой теплопроводностью, повышенным коэффициентом линейного расширения и высоким удельным электросопротивлением.
Значительное уменьшение теплопроводности приводит к получению большего проплавления кромок свариваемого металла и более замедленной скорости охлаждения шва и околошовной зоны. Увеличенный коэффициент линейного расширения вызывает увеличение остаточных деформаций в шве и околошовной зоне. Высокое удельное сопротивление является причиной большего разогрева электрода при сварке и повышенного коэффициента расплавления сварочной проволоки. Поэтому следует учитывать это различие в физических свойствах сталей при выборе оптимальных режимов сварки. Длину электродов при ручной сварке следует брать: для электродов диаметром 2 мм — 250 мм; для электродов диаметром 3 мм — 300 мм, для электродов диаметром 4 мм и больше — 350 мм. Длину вылета сварочной аустенитной проволоки при автоматической и полуавтоматической сварке необходимо брать на 25% короче вылета при сварке низкоуглеродистой проволокой. Силы тока следует устанавливать на 25% меньше, чем для низкоуглеродистых электродов и проволоки.
Аустенитный металл шва кристаллизуется в сварочной ванне более крупными первичными кристаллами, металл шва, особенно чистоаустенитный, обладает повышенной склонностью к образованию горячих трещин. На характер кристаллизации и соответственно на образование горячих трещин сильно влияет форма сварочной ванны. Особенно сильно это влияние заметно при автоматической сварке. Желательно получать широкую и короткую форму ванны. Это достигается уменьшением скорости сварки. Для предупреждения чрезмерного увеличения первичных кристаллов следует применять небольшие мощности дуги, а для получения короткой ванны — малые скорости сварки. Поэтому толстый металл следует сваривать в несколько слоев. Оптимальный режим автоматической сварки : сила тока — 600 — 800 а, скорость сварки — 12—20 м/ч.
Рабочее напряжение выбирается в зависимости от марки флюса. Предпочтительнее понижать напряжение с целью получения более выпуклых валиков, лучше сопротивляющихся образованию горячих трещин. При ручной сварке также рационально производить сварку многослойным швом валиками сечением не более 0,5 — 0,7 см2. Во всех случаях последний валик (при двухсторонней сварке) следует класть со стороны, которая будет соприкасаться с агрессивной средой. В этом случае возникновение межкристаллитной коррозии менее опасно.
Металл сварного шва должен обязательно обладать теми же свойствами, что и свариваемый металл или несколько превосходить его по этим свойствам. Поэтому для сварки аустенитных сталей следует применять аустенитную сварочную проволоку. Не обязательно стремиться к одинаковому химическому составу металла шва и свариваемого металла. Металл шва может иметь иной состав, облегчающий технологию сварки данной стали при условии обеспечения требований к стойкости и прочности металла шва. Электродные покрытия и флюсы для сварки аустенитной стали должны быть основными, т. е. содержать минимум кремнезема и повышенное количество оснований (например СаО) и фтористых солей (в основном CaF2).
Такая система электродных покрытий и флюсов обеспечивает минимум содержания кислорода, серы и фосфора в металле шва. Для ручной сварки стали 1Х18Н9 и близких к ней марок предложено несколько марок электродов. Выбор марки электрода зависит от требований, предъявляемых к сварной конструкции: кислотостойкость и устойчивость против межкристаллитной коррозии, окалиностойкость, жаропрочность или одновременно несколько требований (например, кислотостойкость и жаропрочность).
Металл сварных швов, содержащий ниобий, обладает повышенной склонностью к образованию горячих трещин. Во всех случаях сварки с введением ниобия в металл сварного шва следует производить проверку правильности выбора присадочного материала и технологии сварки в отношении возможности появления горячих трещин в металле сварных швов. Автоматическая сварка сталей типа Х18Н9 применяется в основном при изготовлении химической аппаратуры. Заводами химического машиностроения применяются два типа флюсов: плавленые и керамические.
При применении плавленых флюсов необходимый состав наплавленного металла достигается применением сварочной проволоки соответствующего состава. Состав флюса должен обеспечивать хорошее формирование шва, уменьшение серы и фосфора в наплавленном металле, отсутствие легко восстанавливающихся окислов (SiO2, МnО), повышающих содержание кислорода в металле шва.
Поэтому усовершенствование плавленых флюсов для сварки аустенитных сталей было направлено в сторону уменьшения содержания кремнезема в флюсе с замещением его трудновосстанавливающимися окислами (CaO, MgO, TiO2), вплоть до применения флюсов, состоящих только из фтористых солей (АНФ-5). Так, например, из применяемых в настоящее время флюсов имеют кремнезем: ФЦЛ-1, ФЦЛ-2, АН-23 и АН-26—17—36%; 48-О8Ф-6 и 48-ОФ-7 — не более 4%; АНФ-5 не более 2%. Флюс АНФ-5 отличается от всех других отсутствием в нем кислородных соединений. Для сварки сталей типа Х18Н9 можно рекомендовать флюсы: АН-26, 48-ОФ-6, 48-О8-7, АНФ-5.
Весьма перспективно применение керамических флюсов. Вопреки мнению о непостоянстве металла, наплавляемого под флюсами этого типа при колебаниях режима сварки, изменение режима сварки менее сказывается на изменении состава наплавленного металла, чем изменение его состава, вызванное колебанием состава сварочной проволоки в пределах, определяемых гостом на данную марку. Применение автоматов с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки и намечающийся переход на питание от генераторов с жесткой вольт-амперной характеристикой позволяют получить строгий заданный режим по току и рабочему напряжению.
Керамические флюсы позволяют вводить в них раскислители, модификаторы и легирующие примеси. Эта возможность позволяет: улучшить раскисление и кристаллизацию наплавленного металла; значительно сократить количество марок сварочной проволоки, получая заданный состав металла шва путем введения во флюс легирующих примесей: кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана, ниобия, а в некоторых случаях и хрома при недостатке его в сварочной проволоке; более строго регулировать содержание ферритной базы в наплавленном металле при колебаниях содержания легирующих примесей в сварочной проволоке, вводя нужное количество недостающих элементов ферритизаторов во флюс. Хорошо зарекомендовал себя прошедший широкую производственную проверку керамический флюс марки К-8.
Повышение окалиностойкости, кислотостойкости и жаропрочности аустенитных сталей сравнительно со сталями типа Х18Н9 достигается дополнительным легированием сталей элементами, повышающими необходимую стойкость стали. Повышение окалиностойкости достигается увеличением содержания хрома в стали до 25% (стали Х23Н13 и Х23Н18). Еще большее повышение жаростойкости достигается дополнительным введением кремния (стали Х20Н14С2 и Х25Н20С2). Повышение кислотостойкости аустенитных сталей достигается повышением содержания никеля в стали и дополнительным легированием молибденом (стали Х18Н12М2Т и Х18Н2МЗТ), а также повышением хрома [сталь Х23Н28М2Т (ЭИ628)]. Стойкость стали в растворах серной кислоты достигается высоким легированием сталей хромом и никелем с дополнительным введением в сталь меди [стали Х18Н28МЗДЗ (ЭИ530), Х23Н23МЗДЗ (ЭИ533), Х23Н28МЗДЗ (ЭИ628)].
Повышение жаропрочности аустенитных сталей получают путем вменения содержания хрома и никеля в стали и дополнительным легированием стали молибденом, вольфрамом, ванадием. Некоторые стали жаропрочность получают после специальной термической обработки (старения), при которой с течением времени происходят перераспределения атомов углерода в кристаллической решетке стали, сопровождающиеся увеличением прочности стали при высоких температурах. Для аустенитных сталей повышенной стойкости металл сварного шва должен также иметь повышенную стойкость, соответствующую стойкости стали.
Окалиностойкие стали (типа Х25Н20) свариваются ручной и автоматической сваркой электродами и электродной проволокой, дающими металл шва повышенной жаростойкости. Все стали этого типа (за исключением стали Х23Н13) относятся к сталям со стабильной аустенитной структурой. Металл шва, имеющий стабильную аустенитную структуру, наиболее склонен к образованию крупнокристаллической первичной структуры и к образованию горячих трещин в металле шва. Кроме того, повышенное содержание хрома в наплавленном металле может явиться причиной выпадения в-фазы при нагреве сварного соединения до температур 600—800°.
Институт электросварки им. Е. О. Патона рекомендует применение таких присадочных материалов, которые обеспечивали бы отсутствие горячих трещин в наплавленном металле: 1) сварочную проволоку с повышенным содержанием углерода (0,18—0,28%), пониженным содержанием кремния (до 0,25%) и заменой части никеля марганцем (6—8%) типа Х25Ш5Г7; 2) дополнительное легирование такой проволоки вольфрамом и ванадием (сварочная проволока типа Х25Н15Г7ВЗ, Х25Н15Г7Ф).
Кислотостойкие стали марок Х18Н12М2Т и Х18Н12МЗТ хорошо свариваются электродами со стержнями из проволоки Св-Х25Н13 (с содержанием углерода до 0,08%) и автоматической сваркой: сталь Х18Н12М2Т — сварочной проволокой Св-Х25Н13; сталь Х18Н12МЗТ— сварочной проволокой того же состава с применением флюса АНФ-5 (рекомендации киевского завода «Большевик»). Производственная технология сварки медистых стабильноаустенитных сталей не разработана, и имеются сообщения о предварительных исследованиях. Жаропрочные стали, применяемые в основном в котло- и турбостроении, свариваются обычно ручной электродуговой сваркой. Для каждой марки жаропрочной стали разработаны соответствующие марки электродов и оптимальные режимы термической обработки.
Часто во время осуществления сварки или пайки металлов и их сплавов возникают неожиданные проблемы. О многих из них мы и поговорим в разделе «вопросы и
ответы»
Эмалирование металлов – технология, которая позволяет наносить на поверхность изделий из стали специальный защитный слой, отличающийся великолепными эстетическими
свойствами.
