6.2 Зона термического воздействия

при сварке низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые нелегированные стали малочувствительны к скорости охлаждения и практически не закаливаются с получением мартенситных структур. Характер структур в отдельных участках зоны термического влияния можно получить путем сопоставления кривой распределения максимальных температур с диаграммой состояния сплава (рис 6.3).

Рис. 6.3. Структурные превращения в зоне термического влияния при сварке малоуглеродистой стали. Участки: 1 – неполного расплавления; 2 – перегрева; 3 – нормализации; 4 – неполной кристаллизации; 5 – рекристаллизации; 6 – синеломкости.

Металл, который при сварке нагревался ниже 700⁰С, не претерпевает структурных превращений. Однако при сварке стали, подвергшейся действию наклепа (например, вследствие холодного проката), происходит рекристаллизация: из вытянутых и раздробленных вследствие наклепа зерен вырастают новые, равноосные зерна. Структура участка рекристаллизации состоит из равноосных зерен феррита и перлита, в отличие от вытянутых, деформированных зерен основного металла, подвергшегося до сварки наклепу.

Участок металла, подвергшийся нагреву в пределах температур от А_С1 до А_С3 (для малоуглеродистой стали примерно в интервале температур 720 – 900⁰С), претерпевает неполную перекристаллизацию.

Сущность процесса перекристаллизации заключается в следующем. При нагреве стали до температуры А_С1 перлит превращается в зерна аустенита. Зерна аустенита при температуре эвтектоидного превращения имеет концентрацию углерода, равную 0,83%. При дальнейшем повышении температуры образовавшиеся зерна аустенита стремятся растворить окружающие их зерна феррита, причем каждой температуре соответствует строго определенное количество феррита, перешедшее в твердый раствор аустенита. В связи с этим концентрация углерода в аустените понижается. Растворение феррита в аустените заканчивается при температуре А_С3; металл, нагретый выше этой температуры, состоит только из зерен аустенита.

При охлаждении металла процесс протекает в обратном направлении: из аустенита выделяется феррит и при температуре A_r1 происходит эвтектоидное превращение, весь оставшийся аустенит превращается в перлит. Металл, нагревавшийся при сварке до температуры выше А_С1, но ниже А_С3 проходит только частичную перекристаллизацию, и структура этой зоны весьма своеобразна: наряду со старыми, более крупными зернами феррита, не проходившими перекристаллизацию, имеются новые, мелкие зерна феррита и перлита, располагающиеся в виде «колоний» по границам крупных ферритных зерен, не прошедших перекристаллизацию.

При охлаждении металла, нагретого до температуры несколько выше А_С3 (для малоуглеродистой стали 900 – 1100⁰С), мелкозернистость сохраняется: структура этого участка зоны термического влияния, называемого участком нормализации, представляет собой мелкие зерна феррита и участки перлита. Механические свойства металла этой части зоны термического влияния весьма высокие.

При более высокой температуре нагрева (свыше 1100⁰С) образовавшиеся зерна аустенита начинают расти тем интенсивнее, чем выше температура нагрева и чем дольше находится металл при данной температуре. Поэтому при приближении ко шву наблюдается постепенное увеличение размера зерен и в области, прилегающей к границе сплавления, имеются только крупные зерна. Этот участок называют участком перегрева.

Непосредственно к металлу шва прилегает участок неполного расплавления, включающий узкую полоску основного металла, нагреваемую при сварке до температур начала и конца плавления. Этот участок также характеризуется резко выраженной крупнозернистостью.