Вплив хімічних елементів на зварюваність сталі
Усі розглянуті сталі відносяться до зварюваних.
Однак властивості зварних з'єднань виробів із цих сталей, порівняно з аналогічними властивостями основного металу, можуть бути гіршими. Це пов'язано головним чином з хімічним складом сталі, а також з умовами нагрівання та охолодження основного металу при зварюванні. Крім того, зварюваність сталі залежить від напруженого стану елементів після зварювання. У цьому розділі розглянуто вплив на зварюваність хімічного складу сталі та її мікроструктури.
При зварюванні низьколегованих сталей вуглець при підвищеному вмісті в поєднанні з іншими елементами, що входять до складу сталі, може негативно впливати на її зварюваність.
Шкідливі домішки в сталі - фосфор і сірка - при підвищеному вмісті можуть погіршувати її зварюваність.
На зварюваність певний вплив можуть надавати кисень і азот. Останній, як відомо, може стати причиною старіння сталі в зоні термічного впливу на ділянці, що нагрівається до температур 300 . 500° С, а також може спричинити старіння металу шва. Однак, якщо в сталі присутні сильні нітридо-і карбонітридоутворюючі елементи Аl і Ti (що вводяться як при розкисленні, так і з метою легування) тощо, азот зв'язується досить повно і не погіршує її зварюваність. З іншого боку, збільшення вмісту нітридів алюмінію в металі шва може призвести до підвищення критичної температури крихкості.
Кисень у металі шва може стати причиною утворення пор, а також холодноламкості металу шва.
Водень як у сталі, так і в зварювальній ванні однаково небажаний, у першому випадку він є причиною флокінів, у другому, дифузуючи зі шва в метал навколошовної ділянки, підвищує йогосхильність до тендітного руйнування та сприяє утворенню холодних тріщин.
Розмір: спадкового зерна при нагріванні впливає на зростання зерна на ділянці перегріву. Велике спадкове зерно визначає зростання зерна навколошовної ділянки, що призводить до крихкнення металу.
Марганець сприяє зростанню аустенітного зерна, підвищуючи схильність сталі на навколошовній ділянці до загартування. Внаслідок цього зі збільшенням вмісту марганцю з 0 до 1,5% твердість сталі на навколошовній ділянці, навіть за порівняно низького вмісту вуглецю, різко зростає. Разом з тим, щоб не виявився шкідливий вплив марганцю, відношення Mn/С має бути не більше чотирьох.
Крім позитивного впливу на основний метал, марганець відіграє велику роль при розкисленні та легуванні металу шва, а також певною мірою попереджає утворення кристалізаційних тріщин. Марганець у металі шва нейтралізує шкідливий вплив сірки, утворюючи сульфід марганцю (MnS). Зі збільшенням вмісту марганцю схильність металу до утворення тріщин у разі підвищення вмісту сірки (до певного рівня) не зростає. Це найефективніше проявляється за змістом вуглецю 0,10-0,14%.
Кремній є сильним розкислювачем, проте він підвищує температури критичного інтервалу крихкості та схильність металу шва до утворення тріщин кристалізаційних (при зварюванні спокійних сталей це проявляється незначно). Кремній крихить метал навколошовної зони, але слабший за марганець, що відображено у формулі вуглецевого еквівалента.
Введення хрому в низьколеговану сталь підвищує її загартування в ЗТВ, проте при вмісті його до 0,8% в основному металі цей ефект практично не позначається.
Результати досліджень показали позитивний вплив титану напластичність основного металу та ЗТВ при вмісті до 0,05 %, а при вмісті титану понад 0,05 % метал навколошовної ділянки при зварюванні має підвищену крихкість.
Ванадієвмісні сталі характеризуються задовільною зварюваністю. У зв'язку з тим, що ванадій є карбідоутворюючим елементом, він покращує зварюваність маловуглецевої сталі завдяки виділенню тугоплавких і важкорозчинних в аустеніті карбідів або карбонітридів. При зварюванні такої сталі її твердість (загартованість) у навколошовній зоні нижче, ніж у аналогічної сталі, що не містить ванадію.
Тому ванадій і титан при їх сумарному вмісті до 0,15% не помітно впливають на схильність металу навколошовної зони до утворення холодних тріщин.
Молібден у сталі сприяє її загартованості, підвищуючи твердість металу в ЗТВ. Разом з тим марганцеві сталі з 0,33 % Мо на навколошовній ділянці ЗТВ не схильні до утворення холодних тріщин при використанні електродів з основним покриттям.
Спільний вплив всіх елементів, що входять до складу сталі, з урахуванням ступеня впливу кожного з них на поведінку металу в ЗТВ при зварюванні часто оцінюють за вуглецевим еквівалентом Се або Рсм.