Стали для сварных конструкций

Для сварных конструкций применяются как углеродистые стали обыкновенного качества, так и высоколегированные.

Область применения сталей определяется условиями эксплуатации: рабочей температурой, агрессивностью среды, давлением рабочей среды внутри системы, а также наличием нейтронного облучения.

В энергоустановках применяются стали различных структурных классов. Стали разных структурных классов отличаются физическими, механическими и технологическими свойствами и по-разному ведут себя при сварке. Углеродистые, низколегированные конструкционные и низколегированные жаропрочные стали относятся к перлитному классу. Механические и физические свойства сталей этого структурного класса определяются содержанием углерода и легирующих примесей.

Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные применяются для изготовления металлоконструкций и труб, работающих при температурах до 450°С. При сварке сталей этого качества, благодаря незначительному содержанию в них углерода, не возникает затруднений.

Низколегированные конструкционные повышенной прочности также относятся к хорошо и удовлетворительно сваривающимся сталям, однако по сравнению с малоуглеродистыми чувствительность к термическому циклу сварки у них несколько выше.

Особую группу составляют низколегированные жаропрочные стали. Соответствующим подбором легирующих элементов (хрома, молибдена, ванадия) достигается необходимый уровень жаропрочности и жаростойкости, что определяет их применение для труб паропроводов, пароперегревателей и других узлов, работающих при температурах пара 500—570 °С. Стали этой группы склонны к подкалке, поэтому сварочные работы осуществляются по особой технологии с предварительным подогревом и последующей термической обработкой.

Высоколегированные стали аустенитного класса применяются на ТЭС для изготовления труб пароперегревателей, деталей крепления труб, находящихся в зонах высоких температур и на АЭС для труб систем трубопроводов первого и часто второго контуров, для облицовок помещений, баков и сосудов.

Широкое применение высоколегированных аустенитных сталей для оборудования АЭС вызвано их физико-химическими свойствами: высокой коррозионной стойкостью, достаточно высокими механическими характеристиками и хорошей свариваемостью при автоматической сварке. Хром и никель являются главными легирующими элементами, причем хром повышает коррозионную стойкость, а никель способствует получению аустенитной структуры металла. Эти стали сохраняют аустенитную структуру даже при медленном охлаждении от высоких температур и в отличие от сталей других классов после закалки в воде приобретают высокую пластичность.

В зависимости от содержания хрома, никеля и других легирующих составляющих высоколегированные хромоникелевые стали могут иметь аустенитную либо аустенитно-ферритную структуру с небольшим (до 10%) количеством феррита.

Недостатком с чисто аустенитной структурой является склонность к образованию горячих трещин и сравнительно низкая стойкость к межкристаллитной коррозии. Оптимальными свойствами обладают двухфазные аустенитные стали (сварные швы) с содержанием феррита 2-6%.

Аустенитные стали обладают высокими антикоррозионными свойствами, они не ржавеют на воздухе и хорошо сопротивляются воздействию различных жидких сред. Тем не менее, эти стали склонны к некоторым видам коррозионного разрушения: межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением, точечной и щелевой коррозии.

Затруднения при сварке этой группы стали возникают из-за склонности их к образованию горячих трещин и к межкристаллитной коррозии, а также, в некоторых случаях, из-за низкой теплопроводности и высокого коэффициента линейного расширения. Сварку аустенитных сталей производят по специальной технологии, обеспечивающей минимальные тепловложения.