Сварка высокопрочных сталей

К классу высокопрочных сталей относятся низколегированные и среднелегированные бейнито-мартенситные стали с содержанием углерода от 0,12 до 0,45 %. Для большинства этих сталей характерно комплексное легирование (содержание легирующих элементов от 2,5 до 10 %), позволяющие получить стали с более высокими механическими свойствами. Необходимый комплекс служебных и технологических свойств сталей с пределом текучести _0,2 = 580…2000 МПа обеспечивается определенным легированием в сочетании с термической обработкой. Структура сталей формируется в процессе мартенситного и бейнитного превращений. В основном, эти марки сталей изготавливают по техническим условиям.

В данных сталях сочетаются высокие прочностные и пластические свойства с высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние. Это и определяет их широкое применение для конструкций, работающих при ударных и знакопеременных нагрузках, при низких и высоких температурах, при высоких давлениях, в агрессивных средах и т.п.

Высокопрочные стали применяются также для создания облегченных сварных конструкций. Однако, не все эти стали имеют хорошую или удовлетворительную свариваемость. Чем больше содержание легирующих элементов в стали, включая углерод, тем хуже свариваемость. Это связано с увеличением вероятности образования хрупкой структуры мартенсита при термических циклах сварки.

Как правило, при содержании углерода более 0,3 % повышается склонность стали к перегреву, закалке, образованию холодных и горячих трещин в сварном соединении и образованию пор в сварном шве. Для предупреждения этих явлений необходимы усложняющие технологический процесс специальные приемы. Поэтому, в ряде случаев при выборе марки высокопрочной стали для изготовления сварных конструкций иногда более целесообразно выбрать менее прочную сталь, с меньшим содержанием углерода, но более технологичную при сварке, с учетом надежности и долговечности сварного соединения.

Все марки высокопрочных сталей можно разделить на три основные группы:

1. низколегированные бейнито-мартенситные стали

2. среднелегированные мартенсито-бейнитные стали

3. низкоуглеродистые мартенситные стали.

1. Низколегированные бейнито-мартенситные стали

1.1. Состав и свойства сталей

К низколегированным бейнито-мартенситным относят стали имеющие предел текучести _0,2 = 580…780 МПа. Данные стали выплавляют мартеновским, кислородно-конвекторным или индукционным способами. В ряде случаев осуществляется дополнительная обработка жидкого металла синтетическими шлаками, обдувкой аргоном или его электрошлаковый переплав, что позволяет ограничить содержание в стали вредных примесей. Основные марки низкоуглеродистых бейнито-мартенситных сталей их химический состав указаны в таблице 1.

Оптимальные механические свойства и достаточно высокая стойкость против хрупкого разрушения при отрицательных температурах приобретаются после термической обработки: закалки или нормализации и последующего высокого отпуска. Механические свойства сталей приведены в таблице 2.

Хорошее сочетание свойств имеют стали, содержащие молибдена 0,4–0,6 % и бора 0,002–0,006 % в сочетании с добавками других легирующих элементов. При соответствующей термической обработке обеспечивается получение стабильной бейнитной или мартенситной структуры в листовом прокате до 100 мм. К указанным сталям относятся стали марок 13ХГМРБ, 14Х2ГМРБ и др.

Для сварных конструкций чаще всего применяются без никелевые стали с содержанием молибдена Mo – 0,15…0,5 %, бора B – 0,002…0,005 %. Например, сталь 12Г2СМФАЮ, обладая высокими прочностными свойствами и достаточной пластичностью, несколько уступают стали 14Х2ГМРБ по хладостойкости.

Эффективно введение в высокопрочную низколегированную сталь небольших количеств азота N – 0,002…0,03 % и нитридообразующих элементов – алюминия Al, ванадия V и ниобия Nb. Наличие мелкодисперсных нитридов в стали способствует уменьшению их склонности к росту аустенитного зерна при сварке. По механическим свойствам и хладостойкости нитридосодержащие высокопрочные стали превосходят стали такого же химического состава, изготовленные по обычной технологии. На практике хорошо себя зарекомендовала нитридсодержащая высокопрочная сталь марки 12ГН2МФАЮ.