Сплав, сочетающий в себе углерод и другие легирующие элементы, на основе железа называется сталью. Он хорошо деформируется при определенных температурах. Максимальное содержание углерода в углеродистых и низколегированных сталях около 2%, высоколегированные имеют до 2,5%. Делят низколегированные и легированные стали по 5% отметке металлических легирующих элементов.
Фазы
Итак, все стали — это сплав железа с углеродом, однако, даже стали общего назначения имеют некоторые количества марганца и кремния, а также фосфора и серы. Углерод в таких сталях присутствует на уровне от 0,05 до 1,0%.
Железо легируют углеродом по особому сценарию, механизм данной системы сплавов является двухступенчатым. Первый этап характеризуется соединением железа с 6,67% углерода, при этом образуется карбид железа, чаще называемый цементитом.
Поэтому обычная сталь при комнатной температуре состоит из цементита и феррита. Это фазы. Если сталь нагреть до 725 градусов, то произойдет растворение цементита в железе и образуется следующая фаза — аустенит. Любая сталь подвергается только трем изменениям, в то время как структур и их смесей может быть много.
Характеристики стали 10хснд
Сталь относится к классу конструкционных и низколегированных, применяется для:
- сварки металлоконструкций.
- изготовления различных деталей, которые должны обладать повышенной прочностью и стойкостью к коррозии с ограничением веса, способные выдерживать температуру от -70 до 450 градусов.
Сталь 10хснд состоит из следующих химических элементов: кремния, меди, мышьяка, марганца, никеля, фосфора, хрома, азота, серы.
Особенности сварки
Так как сталь низколегированная, то это значит, что она хорошо сваривается. Но легирующие элементы обуславливают возможность возникновения закалочных структур в зоне термической обработки. Если к этому прибавятся неблагоприятные факторы, то это может привести к уменьшению ее стойкости против холодных трещин. Также легирующие элементы способны снизить сопротивляемость швов горячим трещинам. Они могут усугубить либо уменьшить последствия перегрева и склонность к хрупкому разрушению стали в зоне температурного влияния и шве.
Особо трудными для сварки являются термически улучшенные стали, разупрочняющиеся в разных участках температурного влияния.
Данный класс стали требует определенных навыков сварки, так как наибольшие трудности возникают в связи с приобретением требуемой ударной вязкости металла шва и участка температурной обработки около границы сплавления. Низколегированные стали с низкой стойкостью против хрупкого разрушения, подвергшиеся перегреву при электрошлаковой сварке, появляются тогда, когда:
- значительно укрупняется аустенитное зерно и внутризерновая структура,
- образуется видманштеттовая структура и ферритные оторочки по границам зерен,
- повышена хрупкость ферритной основы металла,
- развивается высокотемпературная химическая неоднородность,
- перераспределяются и выделяются по границам зерна карбидов или легкоплавкие сульфидные включения в виде плен и строчек.
Снижение стойкости перед хрупким разрушением металла шва также вызывают вышеперечисленные причины. Сам металл под влиянием сварочного нагрева подвергается а-у-а превращению, в то время как в металле шва возникает только у-а превращение. Данный факт плюс крупнозернистость строения металла шва приводят к заметной химической неоднородности, это касается, главным образом, наиболее ликвирующих примесей стали — углероду, фосфору и сере.
Если применяется электрошлаковый способ сварки, то он оказывает рафинирующее действие. Типичным для всех методов дуговой сварки является шов по оксидным включениям, он исключительно чист. Сульфиды и фосфиды представлены немногочисленно. При электрошлаковой сварке на свойства шва оказывает основное влияние выделение сульфидов, которые имеют вид пленок по границам зерен, локализующиеся, главным образом, в области оси шва, а также внутрикристаллическая ликвация фосфора, который обогащает участки феррита — они совпадают с границами первичных кристаллитов.
Неметаллические включения в шве распределяются посредством направленности роста кристаллитов, она зависит от режимов сварки. Количество сульфидов, которые оттесняются к оси шва растущими кристаллитами, увеличивается, ударная же вязкость шва понижается. Это происходит благодаря увеличению скорости сварки (быстроте подачи проволоки) и глубине металлической ванны.
Кислород и азот, которые находятся в твердом растворе, а также повышенная плотность дислокаций в шве, делают меньше сопротивляемость хрупким разрушениям.
Требованиям технических условий, как правило, удовлетворяет ударная вязкость шва и зоны температурного влияния около границы сплавления в местах перегрева и твердо-жидкого состояния при комнатной температуре после сварки или отпуска. Если температурные условия более низки, то ударная вязкость данных участков обычно низкая. Поэтому выбор технологии электрошлаковой сварки и следующей за ней термообработки зависит от условий эксплуатации конструкции и стойкости низколегированной стали 10хснд и шва в соединении посредством сварочных работ против хрупкого разрушения.
Чтобы получить соединения с высокими свойствами существуют некоторые возможности. Для этого нужно предпринять некоторые шаги по выбору:
- материалов с высокими показателями стойкости к перегреву при электрошлаковой сварке,
- способа рациональной термообработки,
- определенных режимов,
- технологических подходов сварки.
В задачи технолога входит оценка сопротивляемости хрупкому разрушению шва и стали, сварка которой происходит в зоне термического влияния, а также определение относительно конкретных конструкций и условий их эксплуатации рациональных способов повышения свойств соединений.
Стойкость стали к перегреву при способе электрошлаковой сварки определяется легированием стали, которое оказывает решающее влияние на этот показатель. Если легирование происходит рационально, то он становится столь высоким, что ударная вязкость металла около границ сплавления соответствует требованиям уже после высокого отпуска, не прибегая к помощи, улучшающей качество, высокотемпературной обработки — нормализации.
Сталь по сравнению с другими металлами применяется широко. Это важный материал, он гибок в обработке и применении. Данное свойство образуется в результате различных вариантов ее структуры, для их достижения применяются способы термической обработки.
