Технология сварки углеродистых и низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей

Состав и свойства сталей, основные сведения о свариваемости

Углеродистыми конструкционными (машиноподелочными, или строительными) называют стали, в которых содержание углерода находится в пределах 0,08…0,7%, а количество постоянных примесей не превышает (по верхнему пределу) 0,8% Мп; 0,35% Si; 0,04% Р; 0,05% S; 0,05% 0₂. Помимо постоянных примесей в металле могут находиться в небольшом количестве случайные примеси, попадающие в сталь из шихтовых материалов или из скрапа.

Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет их механические свойства. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет получение равнопрочного сварного соединения без дефектов.

Углеродистые конструкционные стали классифицируют по способу изготовления, по качеству и степени раскисления стали. По качественному признаку их разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества поставляют без термообработки в горячекатаном состоянии. По степени раскисления различают три группы сталей обыкновенного качества: кипящие (кп), полуспокойные (пс) и спокойные (сп). Кипящую сталь, содержащую не более 0,07% Si, получают при неполном раскислении металла. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. В спокойной стали, содержащей не менее 0,12% Si, распределение серы и фосфора более равномерно. Эти стали менее склонны к старению. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью.

В сварочной технике в зависимости от содержания углерода конструкционные углеродистые стали условно разделяют на низко-, среднеи высокоуглеродистые. К низкоуглеродистым относят стали, содержащие до 0,25% С, к среднеуглеродистым — 0,26…0,45% С, к.

высокоуглеродистым — 0,46…0,75% С. Последние отличаются плохой свариваемостью и их практически не применяют для изготовления сварных конструкций. Температурная область применения углеродистых сталей от -40 до +425 °С, низколегированных от -70 до +475 °С.

В зависимости от назначения в соответствии с ГОСТ 380–94 стали обыкновенного качества поставляют по трем группам: А — по механическим свойствам; Бхимическому составу; Вмеханическим свойствам и химическому составу. Сталь группы, А для производства сварных конструкций не используют, а сталь группы Б находит ограниченное применение. Как правило, для сварных конструкций применяют сталь группы В всех степеней раскисления. Перед обозначением марок сталей группы Б и В указывают их группу, например БСтЗпс, ВСтЗсп.

Углеродистую качественную сталь (марки 10, 15, 20 и др.) поставляют в соответствии с ГОСТ 1050–88 и 4543−71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы применяют для изготовления конструкций в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском.

К легированным сталям относится широкая номенклатура конструкционных сталей, в состав которых входят легирующие элементы, отсутствующие в углеродистых сталях, или те же марганец и кремний, но в повышенном количестве. Легирующие элементы, вводимые в сталь, вступая во взаимодействие с железом и углеродом, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкции.

Легированные стали классифицируются по следующим основным признакам: химическому составу, структуре, свойствам и назначению. По химическому составу их разделяют на три группы: низко-, среднеи высоколегированные. По структуре, полученной при охлаждении на воздухе после нагрева до 920 °C, легированные стали бывают ферритноперлитными, перлитными, бейнитными, мартенситными, ферритными и аустенитными. По свойствам они подразделяются: на стали нормальной и повышенной прочности, хладостойкие, теплоустойчивые, коррозионно-стойкие и другие. По назначению легированные стали классифицируются на две основные группы: строительные, применяемые для изготовления сварных конструкций, и машиностроительные, предназначенные, главным образом, для производства деталей машин и механизмов, корпусных и других конструкций.