16ГНМ

Особенности сварки и термообработки стали 16ГНМ (и похожих): в процессе термообработки в интервале температур Ас₁-Ас₃ происходит частичная перекристаллизация металла шва и околошовной зоны. При температурах этого интервала сосуществуют два твердых раствора: аустенит с эвтектоидным содержанием углерода и феррит с малым его количеством. Система термодинамически неустойчива, и углерод диффундирует из аустенита в феррит. Результатом диффузии является местное обеднение аустенита углеродом и увеличение количества аустенитизированных (обогащенных углеродом) участков. При последующем охлаждении в них происходит эвтектоидное или промежуточное превращения, а образующаяся ферритно-перлитная или ферритно-бейнитная структура измельчается. Пластинчатый перлит при этом частично или полностью превращается в более благоприятный зернистый. С увеличением длительности пребывания металла при температурах межкритического интервала дисперсность структуры возрастает.

Оптимальный режим термообработки определяется химическим составом стали. Наибольшей ее эффективности можно ожидать для сравнительно низкоуглеродистых сталей (менее 0,25% С). Чем более сталь легирована элементами, стабилизирующими цементит (например, марганцем, хромом, молибденом), тем выше температура и больше времени понадобится для измельчения структуры

в шве и зоне термического влияния. В сталях, содержащих активные нитридообразующие элементы (алюминий, ванадий и др.), в процессе термообработки свободный азот, растворившийся в зоне термического влияния при перегреве, связывается в нитриды. В результате повышается пластичность и стойкость металла против хрупкого разрушения.

Увеличение температуры нагрева при термообработке позволяет получить высокую ударную вязкость металла участка перегрева при меньшей длительности нагрева.

С удлинением до определенных пределов времени выдержки сопротивляемость металла участка перегрева хрупкому разрушению значительно возрастает. Влияние длительности выдержки при температурах межкритического интервала неоднозначно для сталей различных систем легирования. В участке перегрева на стали 09Г2С, например, происходит заметное снижение ударной вязкости в результате увеличения длительности выдержки до 20 ч. Снижение ударной вязкости после длительного нагрева связывают с выделением карбидных фаз неблагоприятного строения, например карбидов молибдена, хрома или структурно-свободного цементита в стал ях без сильных карбидообразующих элементов.

В качестве примера укажем, что требуемая ударная вязкость металла участка перегрева при 233 К (-40° С) может быть получена после нагрева при 1053 К (780° С) соединений из стали 09Г2С и 16ГНМ в течение 5-6 ч, из стали 16ГС - 8 ч, из стали 12ХМ- 10 ч.

Литая крупнозернистая структура металла шва во многих случаях затрудняет повышение его вязкости. Только после очень длительной выдержки (до 20 ч) в межкритическом интервале температур наблюдается значительное измельчение внутризеренной структуры и понижение критической температуры хрупкости металла шва в область температур ниже 233 К (-40° С). Поэтому для повышения ударной вязкости шва необходимо оптимальное легирование сочетать с улучшением первичной структуры, повышением чистоты металла шва по примесям и газам и т. д. (рис. 9. 15,б).

Термообработка соединений из многих низколегированных сталей допускается с замедленным охлаждением (в печи) без последующего высокого отпуска для снятия напряжений. Прочностные свойства сварных соединений при этом изменяются незначительно.