3.4.2. Влияние химического состава на свариваемость стали
Под свариваемостьюпонимается способность стали (сплава) подвергаться воздействию термического цикла сварки без существенного ухудшения механических свойств и без образования трещин. Требования по изменению свойств металла в зоне сварки в допустимых пределах являются достаточно жесткими, так как в зоне термического влияния формируется несколько участков с различным структурно-фазовым состоянием: участок наплавленного металла, прошедшего полную кристаллизацию; примыкающие участки неполного расплавления; зоны перегрева; участок, прошедший нормализацию (или закалку); участок неполной перекристаллизации и рекристаллизации с потерей пластичности (после нагрева до температур 300-500оС).
Свариваемость конструкционных углеродистых и легированных сталей можно определить как способность переносить тепловой режим при определённом сварочном процессе без образования в соединении участков металла с пониженными пластическими свойствами, способствующими возникновению трещин при сварке(горячих) или разрушению сварных соединений в эксплуатации(холодных).
Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод:с увеличением содержания углерода иряда легирующих элементовсвариваемостьсталейухудшается. По свариваемости углеродистые стали условно делятся на четыре группы:
хорошосваривающиеся;
удовлетворительносваривающиеся (качественное сварное соединение получается при строгом соблюдении режима сварки в присутствии специальных присадочных материалов, при определённых температурных условиях, иногда - при наличии подогрева, термообработки);
ограниченносваривающиеся (качественное сварное соединение можно получить только при наличии дополнительного подогрева, предварительной или последующей термообработки);
плохосваривающиеся (сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций).
К первойгруппе относятся стали с содержанием углерода до 0,25%; ко второй - от 0,25 до 0,35%; ктретьей- от 0,36 до 0,5%; кчетвёртой- более 0,5%.
Все низкоуглеродистые сталихорошо свариваются всеми способами сварки, обеспечивается равнопрочность сварного соединения с основным металлом. Швы обладают удовлетворительной стойкостью против образования горячих трещин по причине низкого содержания углерода. Однако, по мере приближения к верхнему пределу содержания углерода, повышается вероятность образования холодных трещин, особенно с ростом скорости охлаждения: при повышении толщины металла, выполнении сварки при отрицательных температурах, для швов малого сечения и др. В этих случаях необходим предварительный подогрев заготовок до 120...200оС.
В легированных сталяхвлияние каждого легирующего элемента на свариваемость может быть соотнесено с влиянием углерода. Ориентировочным количественным показателем свариваемости легированных сталей является так называемыйэквивалент углерода. Пригодность низкоуглеродистых низколегированных сталей для соединения сваркой в последнее время оценивают по формуле
, (3.3)
где СЭ -эквивалент углерода, характеризующий сопротивляемость сварного соединения образованию холодных трещин;
С, Mn,Cr,Mo,V,Ti,Ni,Cu,B- углерод, марганец, хром, ванадий, титан, никель, медь, бор - элементы, содержащиеся в стали, % по массе.
Для Ст3, сталей 10, 20 и низколегированных сталей с кремний-марганцевой системой легирования, например для сталей марок 09Г2С, 17ГС и 17Г1С, значение углеродного эквивалента можно рассчитывать по более простой формуле:
.
(3.4)
Cu,NiиCr, содержащиеся в этих сталях в виде примесей, не учитываются.
В ряде зарубежных стандартов на трубы для магистральных трубопроводов расчёт эквивалента углерода рекомендуется производить по формуле
. (3.5)
В соответствии с нормами, содержащимися в СНиП 2.05.06-85*, величина СЭуказывается в сертификате стали, обозначается на каждой трубе, предназначенной для сооружения трубопроводов, и не должна превышать0,46 (по Европейским нормам и стандарту СШАAPI 5LСЭ=0,43).
Считается, что если СЭ<0,4, то трещины в околошовной зоне не возникают при проведении сваркив холодном состоянии; при СЭ=0,4-0,7необходим предварительный подогревзаготовок; при СЭ=0,7необходимне только предварительный, но исопутствующий подогрев. При СЭ1 сталь не может быть сварена обычными методами сварки плавлением.
Сводная информация по свариваемости ряда конструкционных сталей представлена в табл. 3.2. Пользуясь сведениями, представленными в таблице, необходимо оценить свариваемость заданной марки стали и сформулировать выводы о возможности применения её для изготовления технических конструкций с применением сварки. При ограниченной свариваемости стали следует в соответствующем стандарте найти сведения о химическом составе стали и определить СЭ.
Таблица 3.2