Вплив хімічних елементів на зварюваність стали

Всі розглянуті стали відносяться до зварювальних.

Однак властивості зварних з’єднань виробів з цих сталей, в порівнянні з аналогічними властивостями основного металу, можуть бути гірше. Це пов’язано, головним чином, з хімічним складом сталі, а також з умовами нагріву і охолодження основного металу при зварюванні. Крім того, зварюваність стали сильно залежить від напруженого стану елементів після зварювання. У цьому розділі розглянуто вплив на зварюваність хімічного складу стали і її мікроструктури.
Розглянемо лише найзагальніші уявлення про вплив елементів на зварюваність будівельної сталі, що склалися на основі результатів досліджень авторів.
Як зазначалося вище, в будівельній маловуглецевої стали вміст вуглецю, як правило, не перевищує 0,22%. Такий зміст вуглецю само по собі не викликає ускладнень при зварюванні в широкому діапазоні тепловлокеній.
При зварюванні ж низьколегованих сталей вуглець при підвищеному вмісті в поєднанні з іншими елементами, що входять до складу стали, може негативно впливати на її зварюваність.
Шкідливі домішки в сталі – фосфор і сірка – при підвищеному вмісті можуть також погіршувати її зварюваність.
Однак при сучасних способах виробництва сталі зміст Р і S в металі відносно невелике, і при зварюванні ці елементи викликають труднощі лише в рідкісних випадках.
На зварюваність певний вплив також можуть надавати кисень і азот. Останній, як відомо, може стати причиною старіння стали в зоні термічного впливу на ділянці, що нагрівається до температур 300 … 500 ° С, а також може стати причиною старіння металу шва. Однак, якщо в стали присутні сильні нітрідо- і карбонітрідообразующіе елементи Аl і Ti (вводяться як при раскислении, так і з метою легування) і т. П., Азот зв’язується досить повно і не погіршує її зварюваність. З іншого боку збільшення вмісту нітридів алюмінію в металі шва може привести до підвищення критичної температури крихкості.
Кисень в металі шва може стати причиною утворення пір, а також хладноломкости металу шва.
Водень як в стали, так і в зварювальної ванні однаково небажаний, в першому випадку він є причиною флокенов, у другому, диффундируя з шва в метал околошовной ділянки, підвищує його схильність до крихкого руйнування і сприяє утворенню холодних тріщин.
Розмі: спадкового зерна при нагріванні впливає на зростання зерна на ділянці перегріву. Велике спадкове зерно зумовлює зростання зерна околошовной ділянки, що призводить до охрупчіванію металу.
Марганець сприяє зростанню аустенітного зерна, підвищуючи схильність стали на околошовной ділянці до загартування. Внаслідок цього зі збільшенням вмісту марганцю з 0 до 1,5% твердість стали на околошовной ділянці, навіть при порівняно низькому вмісті вуглецю, різко зростає. Разом з тим, щоб не виявилося шкідливий вплив марганцю, ставлення Mn / С має бути не більше чотирьох.
Крім позитивного впливу на основний метал, марганець відіграє велику роль при раскислении і легуванні металу шва, а також, певною мірою, попереджає утворення кристалізаційних тріщин. Марганець в металі шва нейтралізує шкідливий вплив сірки, утворюючи сульфід марганцю (MnS). Зі збільшенням вмісту марганцю схильність металу до утворення тріщин при підвищенні вмісту сірки (до певного рівня) не збільшується. Це найбільш ефективно проявляється при вмісті вуглецю 0,10-0,14%.
Кремній є сильним розкислювачем, проте він підвищує температури критичного інтервалу крихкості і схильність металу шва до утворення кристалізаційних тріщин (при зварюванні спокійних сталей це проявляється незначно). Кремній охрупчиваются метал околошовной зони, але слабкіше марганцю, що відображено у формулі вуглецевого еквівалента.
Введення хрому в низьколеговану сталь підвищує її закаливаемость в ЗТВ, однак при утриманні його до 0,8% в основному металі цей ефект практично не позначається.
Результати досліджень показали позитивний вплив титану на пластичність основного металу і ЗТВ при утриманні до 0,05%, а при вмісті титану більше 0,05% метал околошовной ділянки при зварюванні має підвищену крихкість.
Ванадійсодержащіе стали характеризуються задовільною зварюваністю. У зв’язку з тим, що ванадій є карбидообразующих елементом, він покращує зварюваність маловуглецевої сталі, завдяки виділенню тугоплавких і важкорозчинних в аустените карбідів або карбонитридов. При зварюванні такої стали її твердість (закаливаемость) в околошовной зоні нижче, ніж у аналогічної стали, яка не містить ванадію.
При зв’язуванні вільного вуглецю в карбіду його зміст в твердому розчині зменшується. Внаслідок цього при високих температурах в зоні зварювання і відповідних швидкостях охолодження не відбувається перетворень, що сприяють утворенню гартівних структур.
Тому ванадій і титан при їх сумарному змісті до 0,15% не роблять помітного впливу на схильність металу околошовной зони до утворення холодних тріщин.
Молібден в сталі сприяє її закаливаемости, підвищуючи твердість металу в ЗТВ. Разом з тим марганцевисті стали з 0,33% Мо на околошовной ділянці ЗТВ не схильні до утворення холодних тріщин при використанні електродів з основним покриттям.
Таким чином, більшість з перерахованих елементів охрупчиваются метал околошовной зони. При оцінці впливу того чи іншого елемента на підвищення твердості стали слід враховувати ступінь його впливу на зниження температури мартенситного перетворення.
Температуру в більшій мірі знижує вуглець і в меншій – кремній. Знижуючи вміст вуглецю і додаючи елементи, що володіють значно меншою, ніж вуглець, здатністю знижувати Мн, отримують сталі, що володіють високими механічними властивостями в початковому стані і задовільною зварюваністю.
Спільне вплив всіх елементів входять до складу стали, з урахуванням ступеня впливу кожного з них на поведінку металу в ЗТВ при зварюванні часто оцінюють по вуглецевому еквіваленту Се або Рсм.

Ссылка на основную публикацию