Использование среднеуглеродистых сталей для сварки не всегда целесообразно

По металлургической обработке различают стали спокойные, полуспокойные и кипящие. Для сварки лучше спокойные стали.

По способу производства бывают стали мартеновские и бессемеровские (конверторные). Для сварки лучше — мартеновские. В настоящее время в связи с коренными улучшениями производства конверторных сталей они могут считаться вполне пригодными для сварки.

 

К высокоуглеродистым конструкционным сталям относят стали, содержащие 0,46…0,7% С.

Высокоуглеродистые стали относят к трудносваривающимся.

 

Свариваемость их еще более затруднена по тем же причинам, что и свариваемость среднеуглеродистых сталей. Для преодоления трудностей рекомендуются те же способы.

……………………………………………………………………………………………………….

 

СВАРИВАЕМОСТЬ НИЗКО- И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТы)

Легированными, называют такие стали, в состав которых входят легирующие элементы, отсутствующие в углеродистой стали, или те же кремний и марганец, но в повышенном по сравнению с углеродистой сталью количестве. Легирующие элементы в такой стали взаимодействуют с железом и углеродом и тем самым изменяют механические и физико-химические свойства металла.

Как правило, легированные стали характеризуются высокими механическими свойствами, рядом специальных свойств (жаростойкость, коррозионная стойкость и др.) и повышенной стойкостью против хрупкого разрушения. Отмеченные особенности этих сталей широко используют при изготовлении из них соответствующих конструкций.

 

А - азот	М - молибден
Ю - алюминий	Н - никель
Р - бор	Б - ниобий
Ф - ванадий	Е - селен
В - вольфрам	Т - титан
К - кобальт	У - углерод
С - кремний	П - фосфор
Г - марганец	Х - хром
Д - медь	Ц - цирконий

 

 

Легированные стали разделяют на три группы:

Низколегированные,

Среднелегированные,

Высоколегированные.

 

В зависимости же от микроструктуры, получаемой при охлаждении на спокойном воздухе стандартных образцов, нагретых выше А_с3, эти стали разбивают на четыре структурных класса:

 

	Перлитный	Мартенситный	Ферритный	Аустенитный
Низколегированные	+
Среднелегированные	+	+
Высоколегированные		+	+	+

 

 

Для свариваемости каждой из названных групп сталей характерны свои особенности.

 

Свариваемость низколегированных сталей.

К низколегированным относят такие стали, которые легированы одним или несколькими элементами при содержании каждого из них < 2% и суммарном содержании легирующих элементов < 5 %.

Эти стали делят на три группы:

1.1 низколегированные низкоуглеродистые конструкционные;

1.2 низколегированные жаропрочные;

1.3 низколегированные среднеуглеродистые конструкционные.

 

Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали.

Низкоуглеродистые низколегированные конструкционные стали.

Эти стали используют в машиностроении и строительстве. Поставляют их преимущественно в горячекатаном виде.

Легирующие элементы — Мп, Si, Ni, Cr, Си, Ti — растворяются в феррите, упрочняют его и измельчают перлит. Благодаря этому прочностные характеристики таких сталей повышаются и предел прочности доходит до 55 кГ/мм².

 

По своей свариваемости стали этой группы мало отличаются от нелегированных низкоуглеродистых. Однако они более склонны к росту зерна в околошовной зоне, а при высоких скоростях охлаждения в ней могут появиться неравновесные структуры закалочного характера.

 

1.1.2 Низколегированные низкоуглеродистые высокопрочные стали (14Х2ГМР, 14ХМНДФР, 16Г2АФ, 12ХГ2СМФ и др.) относят к термически упрочняемым сталям, для которых наряду с высокой прочностью (s_в > 80 кГ/мм²) характерны достаточная пластичность, вязкость, повышенное сопротивление хрупким разрушениям, коррозионная стойкость и др.

Применение таких сталей в машиностроении и строительстве позволяет значительно снизить вес конструкций и повысить их несущую способность.

Упрочнения этих сталей достигают сочетанием минимального легирования с термической обработкой - обычно закалкой и отпуском. Таким образом, создается весьма измельченная структура с мелкодисперсными упрочняющими частицами карбидов или нитридов.

 

Однако свариваемость высокопрочных сталей снижается в сравнении со свариваемостью низкоуглеродистых низколегированных, так как:

1) в околошовной зоне сварных соединений возможно образование холодных трещин;

2) в зоне термического влияния вероятно появление участка разупрочнения, снижающего прочность сварного соединения.

Вследствие наличия легирующих элементов, повышающих устойчивость аустенита, эти стали чувствительны к скорости охлаждения. Но опасность возникновения холодных трещин в околошовной зоне здесь меньшая, чем в углеродистых конструкционных сталях, так как мартенситное (или бейнитное) превращение из-за низкого содержания углерода протекает при относительно высоких температурах (> 350 °С) и сопровождается сравнительно низкими напряжениями второго рода (микронапряжениями).

 

Уменьшение скорости охлаждения в околошовной зоне, как и средства по снижению количества растворенного в металле сварочной ванны водорода, позволяют получить стойкий в отношении холодных трещин металл.

Разупрочнение в зоне термического влияния, сопровождаемое провалом твердости (рис. 190), может достигать 30% и более.

Его появление связано с действием сварочного нагрева и касается тех участков зоны, максимальная температура нагрева которых лежит в пределах 500 °С — Асз (участки рекристаллизации и неполной.перекристаллизации).

Степень разупрочнения зависит от химического состава стали и ее термической обработки и увеличивается с повышением погонной энергии сварки: на рис. 190 кривая 1 представлена для стали 14ХМНДФР (qn = 8000 кал/см); кривая 2 — для 15ХСНД.

Значительно уменьшить и даже устранить разупрочнение можно, увеличив скорость охлаждения при сварке. Однако в этом случае следует учитывать возможность появления закалочных структур в околошовной зоне. Поэтому регулировать термический цикл при сварке термоупрочняемых сталей следует весьма продуманно.

 

 

1.2 Жаропрочные низколегированные стали (15М, 15ХМА, 20ХМА, 20ХМФЛ и др.) обладают повышенной прочностью при высоких температурах и длительных постоянных нагрузках. Их жаропрочность оценивается величиной предела ползучести и предела длительной прочности. Применяют эти стали для изготовления конструкций, работающих в условиях высоких температур (350—450 °С) и значительных напряжений, а также в средах, способствующих химическому и механическому разрушению металла (паровые котлы, нефтеаппаратура и пр.).

Обычно в такие стали для повышения их жаропрочности вводят специальные легирующие элементы (Mo, V, W), которые повышают температуру разупрочнения металла при нагреве и стойкость металла к разупрочнению.

Для одновременного повышения жаростойкости стали в ее состав вводят Cr, создающий защитную пленку оксидов на поверхности металла (жаростойкость — устойчивость против окисления при высоких температурах).

 

Применяют жаропрочные стали, как правило, после термообработки (нормализация с отпуском, закалка с отпуском и др.) – снижение остаточных напряжений и выравнивание структуры

 

Примечания:

1 Ползучесть —это способность нагретого до высокой температуры металла постепенно пластически деформироваться под воздействием длительной постоянной нагрузки. Отсюда предел ползучести — напряжение, при котором через определенный промежуток времени при заданной температуре деформация ползучести получит заранее установленную величину.

2 Пределом длительной прочности называется минимальное напряжение, вызывающее разрушение металла при заданной температуре за определенный отрезок времени (1000 ч, 10 000 ч и т. д.).