Свариваемость углеродистых конструкционных сталей

Углеродистыми конструкционными сталями называются такие, в которых содержание углерода находится в пределах 0,1— 0,6%, а количество остальных примесей не превышает: Мn — 0,7%; Si — 0,4%; Р — 0,05%; S — 0,07%; O₂— 0,05%. Возможно наличие и других случайных примесей, содержание которых в таких сталях должно быть не более: Сu — 0,5%; As — 0,05%; Сr — 0,3%; Ni — 0,3%. Обычно в сварных конструкциях применяют углеродистую сталь, выплавляемую в мартеновских печах и имеющую пониженное содержание вредных газов и примесей (N₂, S и Р).

В зависимости от содержания С углеродистые конструкционные стали разделяют на низко-, средне- и высокоуглеродистые.

К низкоуглеродистым относят стали, содержащие до 0,25% С (СтЗ, стали 10, 15, 20, М16С, 22К и др.). Они обладают хорошей свариваемостью. Металл шва по своему химическому составу обычно несколько отличается от основного (понижено содержание углерода и повышено — марганца и кремния). Уменьшение содержания углерода может привести к снижению прочности сварного шва. Чтобы избежать этого, в металл шва вводят дополнительно марганец и кремний. Повышению прочности способствует также ускоренное охлаждение шва. Поэтому при сварке низкоуглеродистых сталей обеспечить равнопрочность сварного шва основному металлу легко.

К среднеуглеродистым конструкционным сталям относят спокойные стали, в которых содержание С колеблется в пределах 0,26 — 0,45% (Ст5, стали 25, 30, 35, 40, 25Г, 30Г, 35Г и др.). Повышенное содержание углерода ухудшает свариваемость этих сталей, так как оно снижает стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин и делает возможным появление в околошовной зоне малопластичных структур и холодных трещин.

Усиление чувствительности швов к кристаллизационным трещинам объясняется тем, что углерод повышает степень дендритной неоднородности распределения серы и способствует выделению ее по границам кристаллитов в виде легкоплавких сульфидных включений, увеличивающих ТИХ. Чтобы получить качественный шов, следует снизить содержание углерода в нем за счет применения соответствующих сварочных материалов и уменьшения доли основного металла в наплавленном. Необходимую же равнопрочность шва основному металлу получают дополнительным легированием элементами, упрочняющими феррит (марганец, кремний).

Повышенное содержание углерода в среднеуглеродистых сталях облегчает возможность появления мартенсита в околошовной зоне. Для углеродистого мартенсита характерны высокая твердость (HV > 600) и хрупкость, объясняемые пластинчатой формой его строения. Протекающее же при низких температурах (<350°С) мартенситное превращение резко повышает уровень внутренних напряжений.

Чтобы предотвратить образование малопластичных и хрупких структур при сварке среднеуглеродистых сталей, следует замедлять охлаждение металла, регулируя режим сварки, а если необходимо, предварительно подогревать изделие. В ряде случаев для обеспечения высокой деформационной способносги сварного соединения и его равнопрочности с основным металлом после сварки назначают термическую обработку (закалку с отпуском, нормализацию). Использование среднеуглеродистых сталей для сварки не всегда целесообразно. По металлургической обработке различают стали спокойные, полуспокойные и кипящие. Для сварки лучше спокойные стали. По способу производства бывают стали мартеновские и бессемеровские (конверторные). Для сварки лучше — мартеновские. В настоящее время в связи с коренными улучшениями производства конверторных сталей они могут считаться вполне при годными для сварки.

К высокоуглеродистым конструкционным сталям относят стали, содержащие 0,46—0,7% С. Свариваемость их еще более затруднена по тем же причинам, что и свариваемость средне-углеродистых сталей. Для преодоления трудностей рекомендуются те же способы. Высокоуглеродистые стали относят к трудносваривающимся.