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 Ас3, 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 (sв > 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.).
