Описать сталь 20Г2

Марка стали 20Г2 относится к жаропрочным низколегированным сталям, применяемым для изготовления паропроводов, а также соединительных и прочих деталей к ним, основными требования к которым заключаются в длительном функционировании(до 100 тыс. часов на тепловых электростанциях) под высоким давлением и температурами до 600 градусов.
Различие коэффициентов линейного расширения металла аустенитного шва и основного металла (физическая неоднородность) является причиной возникновения дополнительных термических напряжений в условиях эксплуатации при повышенных температурах. Вопрос о снижении и устранении термических напряжений решается путем применения для сварки стали 20Г2 высоконикелевых электродов. С позиций технологической и эксплуатационной прочности одним из наиболее слабых звеньевсварного соединения из стали 20Г2, выполненных аустенитньми электродами, являются участки подкалки с повышенной твердостью, но с пониженными пластичностью и вязкостью по сравнению с основным металлом. Таким образом, склонность к закалке и образованию холодных трещин существенно усложняет технологический процесс изготовления сварных изделий из стали 20Г2.
Повышение технологической и эксплуатационной прочности сварных соединений из стали 20Г2 при ручной электродуговой сварке аустенитными электродами производили путем регулирования термического цикла сварки. Термический цикл при сварке изменяют путем варьирования сварочного тока, применением подогрева и ускоренного охлаждения воздушно-водяной смесью (пять вариантов). Варианты сварки 1 и 2 выполнены на повышенных режимах электродами ОЗЛ-6 диаметром 3 и 4 мм (ток соответственно 80-95 А и 150-160 А ), вариантыiii-v на пониженных режимах такими же электродами (ток 70-75 А и 115-120 А). Электроды диаметром 3 мм использовали для сварки корня стыковых швов.
Сварка при минимальных слоях (вариант 1) приводит к образованию сравнительно широкой зоны подкалки (8-10 мм), со структурой крупноигольчатого мартенсита с твердостью до 365-415 единиц по Бринеллю. Увеличение количества слоев (вариант 3) способствует заметному уменьшению ширины участков подкалки и некоторому измельчению структуры околошовной зоны и металла шва. Подогрев при сварке (вариант 4) вызывает увеличение зерен мартенсита по линии сплавления и рост количества избыточных фаз из аустенитного металла шва. В твердых зонах термического влияния заметного снижения твёрдости не отмечается, а ширина участков подкалки увеличивается даже при многослойной сварке.
Ускоренное охлаждение (варианты 2 и 4) существенно сужает область распространения закалочных температур, что дополнительно уменьшает ширину участков подкалки (до 1-2 мм). Последнее является причиной повышения деформационной способности сварных соединений из-за контактного разупрочнения твердых участков, роста сопротивляемости образованию холодных трещин и их распространению. Кроме того, ускоренное охлаждение уменьшает размеры зерна металла околошовной зоны, ширину активных зон, претерпевающих термопластические деформации, приводит к естественной закалке на аустенит металла шва, позволяет производить сварку на форсированных (жестких) режимах.
Таким образом, ускоренное охлаждение при сварке стали 20Г2 аустенитными электродами является эффективным способом повышения технологической и эксплуатационной прочности сварных соединений.
Выполняем расчет параметра трещинообразования РС, который показывает склонность стали к образованию холодных трещин: