3 Особенности сварки стали 40х13

Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разру­шению в состоянии закалки усложняет технологию их сварки. При со­держании углерода более 0,10 % мартенситные стали склонны к обра­зованию холодных трещин при сварке из-за высокой степени тетрагональности кристаллической решетки мартенсита. При снижении со­держания углерода вязкость мартенсита повышается, однако образую­щийся при этом структурно-свободный 8-феррит в свою очередь сооб­щает им высокую хрупкость. Поэтому в сварных соединениях мартен­ситных сталей трещины могут наблюдаться в процессе непрерывного охлаждения при температурах ниже температуры начала мартенситного превращения Мн (для высокохромистых сталей не более 360 °С), а также в процессе выдержки при нормальной температуре (замедленное разрушение). С увеличением содержания углерода точки Мн и Мк (температура окончания мартенситного превращения, обычно 240 °С) еще более понижаются, что приводит к возрастанию твердости мартенсита и его хрупкости. Учитывая это, а также необходимость обеспече­ния сварным соединениям высокой пластичности и ударной вязкости, содержание углерода в хромистых мартенситных сталях ограничивают до 0,20 %.

Предварительный и сопутствующий сварке подогрев обычно предотвращает образование трещин. Для хромистых сталей мартенситного и мартенситно - ферритных классов, как правило, рекомендуется общий (иногда местный, с использо­ванием, в частности, гибких индукторов, питаемых от сварочных трансформаторов) подогрев до 200—450° С.

В то же время температу­ра подогрева не должна быть чрезмерно высокой, так как это может привести к отпускной хрупкости вследствие снижения скорости охла­ждения металла в околошовной зоне в интервале температур карбидо-образования. Кроме того, высокий подогрев, как и сварка с высокой погонной энергией, обеспечивает длительный перегрев околошовного металла, который вызывает рост зерна, сегрегацию примесей на грани­цах зерен и, как следствие, снижение пластичности и вязкости сварных соединений.

Лучшие свойства сварных соединений достигаются в случае пред­варительного подогрева в интервале Мн - Мк, а также когда после сварки производится подстуживание до Мк, но не ниже 100 °С.

В связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях этих сталей возможно образование холодных трещин. Склонность к об­разованию трещин при сварке зависит от характера распада аустенита в процессе охлаждения.

При формировании мартенситной структуры ударная вязкость свар­ных соединений 13%-ных хромистых сталей снижается до 0,05...0,10 МДж/м². Последующий отпуск при 650...700°С приводит к распа­ду структуры закалки, выделению карбидов, в результате чего тетрагональность мартенсита уменьшается. После отпуска ударная вязкость воз­растает до 1,0 МДж/м². Образование значительного количества феррита в структуре около­шовного металла уменьшает склонность сварных соединений к холодным трещинам. При охлаждении со средней скоростью 0,025 °С/с превраще­ние аустенита происходит преимущественно в верхней области с образо­ванием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превра­щается в мартенсит в процессе охлаждения ниже 420 °С. Повышение скорости охлаждения стали до 10 °С/с способствует переохлаждению аустенита и полному его бездиффузионному превращению ниже темпе­ратуры начала мартенситного превращения (420 °С). Изменения в струк­туре, обусловленные увеличением скорости охлаждения, влияют и на механические свойства сварных соединений. С возрастанием доли мар­тенсита наблюдается снижение ударной вязкости. Увеличение содержа­ния углерода приводит к сдвигу в область более низких температур границ

На рисунке 1 представлена диаграмма изотермического распада аустенита на которую нанесены кривые, которые соответствуют различным скоростям охлаждения металла. Скорость охлаждения (кривая 2) является максимальной скоростью охлаждения, превышение которой приведет к частичной закалке стали.

При скорости охлаждения по кривой 3 наступает полная закалка (100 % мартенсита). Её называют второй критической скоростью охлаждения. Кривая 1 характеризует скорость охлаждения, при которой отсутствует закалка. Температуры критических точек представлены в таблице 2. Критическая скорость охлаждения среднеуглеродистых сталей при закалке намного ниже, чем у низкоуглеродистых сталей в связи с заметным увеличением интервала малой устойчивости аустенита. Поэтому при охлаждении этой стали даже на воздухе часть аустенита может переохладиться и претерпеть превращения ниже температуры М_н. В условиях нагрева и охлаждения ЗТВ при сварке даже в наиболее перегретых участках с гомогенным аустенитом при повышенной скорости охлаждения может образоваться мартенсит.