Выбор среднелегированных сталей для сварных конструкций

Для сварных конструкций следует применять марки сталей, обладающих требуемыми механическими свойствами при возможно более низком содержа-нии углерода и легирующих элементов, повышающих восприимчивость стали кзакалке. Следует также ограничивать содержание этих элементов в металле шва. Перво­степенное влияние углерода на образование холодных трещин обус-ловлено тем, что он во многом определяет положение темпе­ратурного интерва-ла мартенситного превращения аустенита, в свою очередь определяющего как вероятность зарождения холодных трещин, так и их развитие.

Различают две разновидности мартенсита: дислокационный иглообраз-ный, содержащий в иглах только дислокации, и двой­никовый пластинчатый, в котором пластины содержат двойники. Дислокационный мартенсит образуется при относи­тельно высоких температурах в сталях с низким содержанием угле-рода (С < 0,22%), отличающихся повышенной пластично­стью и пониженной прочностью. При этом атомные искажения по границам зерен невелики, в связи с чем такие стали в закален­ном состоянии менее склонны к замедленному раз-рушению.

В двойниковом пластинчатом мартенсите, образующемся в углеродистых сталях с повышенным содержанием углерода (С > 0,22%), деформация может легко осуществляться только с увеличением плотности упаковки атомов. Поэ-тому такой мартен­сит менее пластичен и более прочен. Он обусловливает воз-никно­вение значительных атомных искажений по границам зерен и соот­вет-ственно увеличивает склонность к замедленному разрушению и образованию холодных трещин в сварных соединениях.

Уменьшение в стали 30Х2Н2М содержания углерода всего на 0,1% в 2 раза повышает ее прочность при длительном нагружении и, следовательно, стойкость против образования трещин(рис. 10-3).

Рисунок 10-3 Зависимость прочности соеди­нений от длительности нагру­жения для стали 30Х2Н2М,с содержанием: а - 0,2% С; б - 0,3% С

Об этом же свидетельствуют эмпирические формулы для определения уг-леродного эквивалента. Из формулы (4-1) видно, что влияние углерода на стой-кость соединений против образования холодных трещин в 10 и 6 раз больше, чем никеля или марганца соответственно.

(4.1)

Кроме выбора марки стали в некоторых случаях требуется определить еще и способ ее производства и рафинирования. Например, для особо ответст-венных сварных конструкций, рабо­тающих в тяжелых условиях нагружения (низкие температуры, ударная нагрузка) и изготовляемых из толстых листов (крупных слитков), рекомендуется применять среднелегированные стали, улуч-шенные дуплекс-процессом. Этот процесс предусматривает перелив жидкой мартеновской стали из печи с основной футе­ровкой в печь с кислой футеров-кой.

Весьма эффективно использование сталей, прошедших элек­трошлаковый и электроннолучевой переплавы, особенно в соче­тании с дополнительным микролегированием элементами-моди­фикаторами (титаном, цир­конием, церием и др.). Как известно, после та­кого улучшения содержа­ние в стали вредных при­месей (серы, фосфора), газов и неметаллических включений уменьшается, а стойкость стали против образования холодных трещин повышается (рис. 10-4).

а б

Рис. 10-4. Влияние выплавки стали на стойкость против образования холодных трещин:

а — сталь 35Х2Н2М: 1 - обычной мартеновской выплавки; 2 - после электрошла-кового переплава; б — сталь 42Х2ГСНМ: 1 - обычной выплавки; 2- после элект-роннолучевого переплава