Глава XVI. Сварка углеродистых и легированных сталей § 72. Краткие сведения о сталях

Стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Углеродистыми называют стали, содержащие углерода 0,1 - 0,7%¹.

¹ (Стали, содержащие углерода более 0,7% - инструментальные, практически не свариваются и здесь не рассматриваются.)

Легированными называют стали на основе железа или никеля и содержащие один или несколько легирующих элементов и углерода до 0,5%.

Углеродистые стали поставляются по ГОСТ 380 - 71 (углеродистая сталь обыкновенного качества), ГОСТ 1050 - 74 (углеродистая конструкционная качественная сталь), ГОСТ 5521 - 76 (сталь для судостроения), ГОСТ 5520 - 69 (сталь для котлостроения), ГОСТ 6713 - 75 (сталь для мостостроения) и др.

По основной структуре стали подразделяются на классы: перлитный, бейнитный, мартенситный, ферритный, аустенитный и карбидный.

Машиностроительная сталь в большинстве случаев относится к перлитному классу, сталь с особыми свойствами - к аустенитному, мартенситному или ферритному классам.

Углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380 - 71) подразделяется на три группы: А - поставляемую по механическим свойствам, Б - по химическому составу и В - по механическим свойствам и химическому составу.

Согласно строительным нормам и правилам изготовление сварных изделий должно производиться из сталей группы В. Сталь группы В имеет шесть марок в зависимости от химического состава и механических свойств, степени раскисления и номера категории стали.

Как правило, для сварных конструкций применяют сталь марок ВСт2 и ВСт3 всех степеней раскисления и всех номеров категорий. Расшифровка стали по названию марки следующая: ВСт3сп3 - сталь группы В марки 3, спокойная (по раскислению), 3-й категории; ВСт3Гпс4 -сталь группы В марки 3, с повышенным содержанием марганца, полуспокойная, 4-й категории; ВСтЗкп - сталь группы В марки 3, кипящая, 1-й категории.

Согласно ГОСТ 5521 - 76 марки углеродистой конструкционной стали обозначаются: 08, 10, 15, 20 и т. д., где цифры показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента.

Углеродистая сталь, идущая на сварные изделия, разделяется на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. К низкоуглеродистым относят стали, не закаливающиеся при дуговой и газовой сварке (C≤0,22%), к среднеуглеродистым (C=0,2-0,45%) и высокоуглеродистым (C=0,45-0,7%) - закаливающиеся.

Сведения о легированных сталях приведены ниже.

§ 73. Свариваемость металлов

Современное машиностроение и строительство невозможно без применения легированных сталей; они увеличивают надежность, долговечность и экономичность конструкции при меньшей массе и лучших эксплуатационных свойствах. Это особенно важно для комбинированных конструкций, собираемых из неоднородных металлов. Однако некоторые разнородные металлы или вообще не способны соединяться сваркой, или технология их сварки очень сложна. В связи с этим большое значение в технологии сварки имеет понятие о свариваемости металлов.

Свариваемостью называют свойство металла или сочетания металлов при установленной технологии сварки образовывать соединения, свойства которых (физические, механические и др.) близки к свойствам основного металла.

Например, хорошая свариваемость низкоуглеродистых сталей характеризуется равнопрочным с основным металлом сварным соединением без снижения пластичности в околошовной зоне и без трещин в металле шва.

Свариваемость легированных сталей оценивается возможностью получения соединений, стойких против образования закалочных структур (и трещин), коррозии, уменьшения прочности при высоких температурах.

Металлы однородные, с одинаковой атомной решеткой легко соединяются сваркой, тогда как разнородные могут совершенно не свариваться. Например, не сваривается медь со свинцом; затруднена сварка железа со свинцом, титана с углеродистой сталью и медью и др.

Металл шва и металл зоны термического влияния любого сварного соединения, составленного даже из однородных частей, являются по свойствам неоднородными, как между собой, так и по сравнению с основным металлом. Недостаточной работоспособностью обладает крупнозернистый (перегретый), закаленный или крупнозернисто-закаленный металл, образующийся в сварном соединении в зависимости от способности свариваемого металла изменять свою структуру и свойства при сварке. Признак плохой свариваемости - склонность к образованию трещин, которые совершенно недопустимы в сварных соединениях. Склонность к перегреву, закалке, образованию трещин и других дефектов при сварке характеризует свариваемость металлов.

При оценке свариваемости термически упрочненной стали весьма важной характеристикой является ее склонность к разупрочнению (потере прочности) при сварке. Обычно разупрочнение происходит в зоне термического влияния на участке с температурами нагрева 400 - 720°С в зависимости от температуры отпуска стали в процессе ее изготовления на заводе (закалка+отпуск).

Для того чтобы изготовить прочную сварную конструкцию с наименьшими затратами труда, применяя наиболее рациональную технологию сварки, следует возможно полнее изучить свариваемость стали.

На свариваемость влияют химический состав присадочного металла, режим сварки, температура окружающего воздуха, химический состав и толщина стали, условия закрепления элементов конструкции при сварке и другие конструктивные, технологические, а также эксплуатационные условия.

На практике применяют различные методы определения свариваемости для проверки стойкости металла против образования трещин, перехода в хрупкое состояние, коррозии, износа и других свойств.

Классификация углеродистых сталей по свариваемости. По признакам стойкости против образования трещин при соответствующей технологии сварки все стали с ферритно-перлитной и бейнитной структурами можно разделить на четыре группы: I - стали, не закаливающиеся при дуговой и газовой сварке и поэтому сваривающиеся без особых ограничений; II - стали, склонные к образованию закалочных микроструктур, но при правильно выбранной технологии сваривающиеся без появления их (при сварке без подогрева); III - стали, склонные к закалочным структурам при сварке и сваривающиеся с подогревом для избежания появления этих структур; IV - стали, закаливающиеся при сварке и сваривающиеся с предварительным, сопутствующим подогревом и немедленной термообработкой после сварки.

В табл. 32 приведены некоторые распространенные марки сталей и условия их свариваемости.