2.1. Свариваемость низколегированных сталей

К низколегированным относятся стали, которые легированы одним или несколькими элементами, при содержании каждого из них не более 2% и суммарном содержании легирующих элементов не более 5%.

Эти стали делятся на три подгруппы: низкоуглеродистые конструкцион-ные, жаропрочные и среднеуглеродистые конструкционные.

В низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталях со­дер-жание углерода не превышает 0,23%. Применяются в машиностроении, строительстве после термообработки (НЛ1, НЛ2, 10ХСНД, 14XГC и др.).

Легирующие элементы: марганец, кремний, никель, хром, медь, титан, ко-торые хорошо растворяются в феррите, упрочняют eгo, измельчают перлит.

Стали этой группы по свариваемости мало чем отличаются от низкоугле-родистых, но более склонны к росту зерна в околошовной зоне, a при высо-кой температуре в них могут появиться закалочные структуры.

Жаропрочные низколегированные стали (I5M, 15ХМА, 20ХМА и др.) об- ладают повышенной прочностью при высоких температурах и длительном воздействии постоянных нагрузок. Применяются для изготовления изделий, работающих при температурах 350...450 ^оC и значительных напряжениях, а также в средах, способствующих химическому и механическому разрушению (паровые котлы, нефтеаппаратура и пр.).

Повышение жаропрочности достигается введением в них молибдена, вана-дия, вольфрама, которые повышают температуру разупрочнения металла при нагреве. Для одновременного повышения жаростойкости (устойчивости против окисления при высоких температурах) вводят хром, создающий защитную окисную пленку на поверхности металла.

Жаропрочные низколегированные стали применяются, как правило, в тер-мически обработанном состоянии (нормализация или закалка с последую-щим отпуском и др.). Стали этой группы обладают удовлетворительной свариваемостью, так как у них повышена чувствительность к закалке. Поэ-тому в околошовной зоне возможно образование мартенсита холодных тре-щин. Для замедления скорости охлаждения применяют предварительный подогрев хромомолибденовых сталей до температур 200... 300 °С.

В целях выравнивания структуры и снятия внутренних напряжений изде-лия после сварки термически обрабатывают (нормализация, высокий отпуск).

Среднеуглеродистые низколегированные конструкционные стали (20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА, 35ХМ и др.) широко применяются в машино-строении. Используются в термически обработанном состоянии, обладают высокими механическими свойствами, особенно прочностными характе-ристиками.

Свариваемость этих сталей значительно хуже, чем низкоуглеродистых и жаропрочных, что связано с повышенной склонностью металла шва и около-шовной зоны к образованию трещин. Свариваемость среднеуглеродистых низколегированных конструкционных сталей имеет много общего со свари-ваемостью среднелегированных сталей перлитного класса.

2.2. Свариваемость среднелегированных сталей

Среднелегированные стали легированы одним или несколькими эле-ментами. Содержание каждого их них составляет от 2 до 5%, а суммарное содержание — от 5 до 10%. Относятся к перлитному или мартенситному структурным классам.

Для изготовления сварных конструкций применяют среднелегированные конструкционные стали (ЗОХГСНА, 45Х и др.), в которых содержание углерода не превышает 0,5%, а также жаропрочные стали (12Х5МА, 25ХЗНМ и др.), в состав которых входит до 0,25% углерода и обязательно добавка хрома — до 5%. Среднелегированные стали преимущественно принадлежат к перлитному структурному классу. Однако та их часть, в кото-рой содержание легирующих элементов более 5…6%, может быть отнесена к мартенситному с труктурному классу.

Легирующие элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали, что в сочетании с термической обработкой (закалка с последующим отпуском) позволяет получить высокие механические характеристики (до 200 кГс/мм²) без снижения пластических свойств. Одновременно повышается стойкость металла против перехода в хрупкое состояние.

Высокие механические свойства дают возможность использовать средне-легированные стали для изготовления конструкций, работающих при удар-ных или знакопеременных нагрузках, при низких или повышенных темпе- ратурах и давлениях, в агрессивных средах и т. п.

К сварным конструкциям из среднелегированных сталей предъявляются требования необходимой прочности в условиях эксплуатации и специальные требования — например, требования коррозионной стойкости. Выполнение этих требований вызывает трудности, связанные с понижением свариваемо-сти металла при повышении легирования.

Установлены три основные причины, ухудшающие свариваемость средне-легированных сталей:

I. понижение стойкости металла шва к образованию кристаллизационных (горячих) трещин, что обусловлено повышением содержания углерода и ле-гирующих элементов и воздействием серы. Для предотвращения образо-вания кристаллизационных (горячих) трещин особо высокие требования предъявляются к сварочным материалам по содержанию в них серы;

2. возможность возникновения холодных трещин в околошовной зоне, ре-же в наплавленном металле из-за повышенного содержания углерода и легирующих элементов и под воздействием водорода.

Холодные продольные трещины являются наиболее распространенным дефектом околошовной зоны, причинами которого считают закалку и пере-грев металла этой зоны, а также наличие в металле водорода. Поэтому во из-бежание образования холодных трещин необходимо производить тщатель-ный отбор сварочных материалов, добиваться более полного удаления влаги из электродных покрытий, флюсов, зачищать свариваемые кромки от окали-ны, жравчины, масел и т. д.;

3. трудность получения наплавленного металла и металла околошовной зоны с механическими характеристиками, равноценными или близкими к свойствам основного металла.