Влияние углерода на свариваемость стали: Углерод — Содержание в стали влияние на сварку — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Углерод — Содержание в стали влияние на сварку

Свариваемость сталей зависит от степени легирования, структуры и содержания примесей. Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. С увеличением содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. Для сварки конструкций в основном применяют конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные, а также среднелегированные стали. Главными трудностями при сварке этих сталей являются [c.45]
Кузнечная сварка (рис. 69,з) — соединение в одно целое двух концов стали, нагретых до температуры белого каления. Способность стали свариваться зависит от содержания в ней углерода и других примесей. С повышением содержания углерода до 0,5% сталь значительно утрачивает способность свариваться. Отрицательное влияние на свариваемость также оказывает содержание в стали хрома, кремния и особенно серы и фосфора. Содержание марганца улучшает свариваемость. Свариваемые концы предварительно оттягивают, затем накладывают плотно один на другой и проковывают в таком положении кувалдой до сварки в одно целое. [c.104]

За последние годы А. В. Рябченков, А. И. Максимов и Б. И. Бекетов [42] провели широкие исследования по оценке жаростойкости ферритных сталей. Ими установлено, что хромистые стали по-разному окисляются при высоких температурах воздушной среды в зависимости от содержания в них углерода. Влияние углерода на жаростойкость этих сталей в основном отрицательно из-за его выгорания в поверхностном слое металла при сварке. Стали с содержанием углерода 0,0061—0,213% при испытаниях при температуре 1100°С за время 50 ч подвергаются локальному окислению. Скорость окисления имеет максимум при содержании углерода 0,15%. В стали, содержащей 0,21% углерода, после выдержки при 1100°С около 15— 20% аустенита. [c.116]

Углекислый газ 228 Углерод — Содержание в стали и влияние на сварку 34 Угол наклона электрода и изделия — Влияние на форму, шва при автоматической сварке под флюсом 160 Усадка наплавленного металла 20

[c.514]

Углерод — важнейший элемент, определяющий структуру и свойства сварных соединений и поведение при эксплуатации. Вместе с тем углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. При сварке углеродистых и низколегированных сталей углерод усиливает вредное действие серы. При сварке высоколегированных сталей углерод способствует образованию по границам кристаллитов легкоплавких эвтектик карбидного происхождения, что также снижает стойкость швов против кристаллизационных трещин. Критическое содержание углерода зависит от конструкции узла, наличия или отсутствия предварительного подогрева, формы швов и содержания в стали других элементов, в первую очередь серы. [c.70]

Углерод повышает прочность, снижает пластичность и вязкость легированной стали он также повышает чувствительность к перегреву и закаливаемости стали и поэтому оказывает отрицательное влияние на ее свариваемость. Увеличение содержания углерода в стали при обычных условиях сварки способствует образованию трещин в околошовной зоне и шве. В современных низколегированных сталях содержание углерода находится в пределах 0,18—0,25%. В сталях, к свариваемости которых предъявляют повышенные требования, содержание углерода не должно превышать 0,12—0,14%. Низко- и среднелегированные конструкционные стали повышенной прочности, содержащие до 0,45% углерода, сваривают с предварительным подогревом, подвергая сварные соединения последующей термической обработке. Влияние углерода усиливается при повышенном содержании в стали марганца, хрома и ряда других элементов.

[c.14]

Технологические свойства характеризуются способностью материала подвергаться различным видам обработки — пластической деформации гибке, вальцовке, сварке, термической обработке и др. Учет технологических свойств весьма важен при проведении ремонтных работ. Работоспособность оборудования в значительной степени зависит от надежности сварных соединений. На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает содержание в ней углерода. Ориентировочную оценку свариваемости низколегированной стали можно дать, пользуясь значением углеродного эквивалента
[c.24]

На определенном расстоянии по обе стороны сварного шва находятся области, нагревающиеся до критических температур. Здесь по границам зерен пересыщенного аустенита выделяются карбиды, богатые хромом. В результате того что устойчивость по границам зерен уменьшается, в агрессивных средах идет межкристаллитная коррозия. Образование карбидов зависит не только от температуры, но и от продолжительности ее воздействия. Влияние этих факторов определяется химическим составом основного материала и его структурой. Для сварки непригодны стали, при нагревании которых в области критических температур по границам зерен образуется карбид хрома. Поэтому для изготовления сварных конструкций широко применяются стали, стабилизованные титаном, ниобием или танталом, а также стали с низким содержанием углерода, при сварке которых не выделяются карбиды. В большинстве случаев их использования межкристаллитная коррозия в зонах, расположенных на определенном расстоянии от сварного шва, не наблюдается.

[c.100]

Химический состав существенно влияет на свариваемость одинаковых металлов (сталей и других сплавов). Особенно сильное влияние на свариваемость сталей оказывает содержание углерода. Повышенное содержание углерода в стали влияет резко отрицательно. Стали с содержанием углерода больше 0,3% требуют, в ответственных случаях, предварительного подогрева свариваемой конструкции до 7 = 150 -ь 500° С, что усложняет технологию сварки. [c.467]

Углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин. При сварке углеродистых и низколегированных сталей углерод усиливает вредное действие серы. Учитывая это, применяют сварочную проволоку с низким содержанием углерода и уменьшают долю основного металла в шве.

[c.30]

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. Она ухудшается при увеличении содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов. Для изготовления сварных изделий применяют в основном конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные и легированные стали. Главными трудностями при сварке легированных сталей являются их склонность к образованию закалочных структур, горячих и холодных трещин, а также ухудшение механических свойств — в первую очередь снижение пластичности в зоне сварки. Чем выше содержание углерода в стали, тем сильнее проявляются эти недостатки и тем труднее обеспечить необходимые свойства сварного соединения. [c.54]

Автомобильные детали, подлежащие сварке, в большинстве случаев изготовляются из листового материала штамповкой и, редко, литьем или горячей штамповкой. При выборе материала для изготовления деталей, подлежащих сварке, учитывают эксплуатационные требования к детали, требования штамповки и сварки. Лучшие результаты дает сварка однородных металлов сварка разнородных металлов более трудна. Качество сварных соединений зависит от свариваемости соединяемых металлов, от состава металла и от состояния свариваемых поверхностей (загрязнения, микронеровности, пленки, раковины и т. д.). Если в стали содержится более 0,3% углерода, то такая сталь имеет пониженные сварочные свойства, возможно образование закалочной структуры. Если сталь имеет повышенное содержание углерода (0,4—0,5%), то следует сваривать с предварительным подогревом деталей, а по окончании сварки детали медленно охладить во избежание образования закалочных структур и трещин. Содержание марганца в металле до 0,3—0,8% оказывает положительное влияние на качество сварки, а повышение его процентного содержания повышает закаливаемость. При изготовлении ответственных и сложных автомобильных деталей, подвергающихся сварке, рекомендуется применять листовую сталь 1 и 2-й групп. Чистая поверхность листовой холоднокатаной стали указанных групп обеспечивает сварку высокого качества без предварительной очистки поверхности.

[c.285]

Свариваемость различных металлов и сплавов зависит от степени легирования. Наибольшее влияние на свариваемость стали оказывает углерод — с увеличением его содержания свариваемость стали ухудшается. Высокие скорости охлаждения металла зоны термического влияния, свойственные процессам сварки, вызывают образование закалочных структур. Возрастает опасность образования трещин в шве и зоне термического влияния. Принято считать, что стали, содержащие менее 0,25— [c.384]

Свариваемостью называют свойство металла пли сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает ее химический состав. Как известно, сталь в основном состоит из железа с неизменной примесью углерода. По содержанию углерода стали разделяются на низкоуглеродистые (до 0,25% С) среднеуглеродистые (0,25—0,4 % С) высокоуглеродистые (0,46—0,9 % С). Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, широко применяемые для строительных конструкций. Сварка среднеуглеродистых сталей возможна при условии соблюдения особой технологии, включающей, как правило, предварительный прогрев и последующую термообработку, устраняющие закалку соединения. Ручная дуговая сварка высокоуглеродистых сталей не рекомендуется. Она возможна только при соблюдении технологии, которая, однако, не всегда обеспечивает получение соединения, равнопрочного основному металлу.

[c.125]

При сварке хромоникелевой стали с содержанием молибдена 2,5—4% применяют проволоку с содержанием молибдена, но также с очень низким содержанием углерода. В случаях, когда при сварке происходит угар какого-либо легирующего элемента и это может оказать вредное влияние на свойства ш(ва, то необходимо применять электроды с более высоким содержанием именно этого элемента или при ручной сварке компенсировать выгорание того или иного элемента введением соответствующего компонента в электродное покрытие. Применение в качестве присадочного материала хромоникелевой стали с повышенным содержанием углерода ведет к появлению склонности к межкристаллитной коррозии -и сварных швов.

[c.92]

Большинство специальных примесей и углерод повышают прока-ливаемость стали, так как увеличивают устойчивость аустенита и замедляют процесс распада его при охлаждении. Основное влияние большинства специальных примесей и углерода заключается в том, что они снижают критическую скорость охлаждения и при определенном содержании могут вызвать закалку даже при охлаждении на воздухе. При сварке большинства легированных сталей вероятность образования мартенсита в наплавленном металле и в зоне термического влияния весьма высока, потому что отвод тепла от металла шва к металлу зоны термического влияния происходит значительно быстрее, чем отвод тепла в окружающий воздух. Это является одним из основных затруднений при сварке легированных сталей.

[c.26]

На свариваемость сталей оказывают влияние углерод и примеси, имеющиеся в стали. С увеличением в стали содержания углерода, а также других примесей, ее свариваемость ухудшается. Это объясняется тем, что углерод повышает склонность стали к образованию закалочных структур в шве и околошовной зоне, что увеличивает хрупкость и способствует образованию трещин. Кроме того, углерод при сварке выгорает с образованием газообразных продуктов, создающих в металле шва поры. Отрицательное влияние на свариваемость оказывает также насыщенность металла газами кислородом, азотом и водородом. [c.81]

С целью повышения стойкости основного металла против перехода в хрупкое состояние следует применять для ответственных сварных конструкций стали с пониженным содержанием углерода. Значительное влияние на стойкость против перехода в хрупкое состояние оказывают тип электродов, состав флюса, режим сварки и другие технологические факторы. При разработке технологии сварки ответственных конструкций все это следует учитывать. [c.156]

Однако искусственное охлаждение Применимо только прй сварке низкоуглеродистых сталей. Для уменьшения остаточных деформаций и напряжений при сварке сталей с повышенным содержанием углерода и легированных закаливающихся сталей метод искусственного охлаждения неприменим, так как он может привести к образованию малопластичных закалочных структур. Некоторое влияние на величину сварочных деформаций оказывает также и начальная температура изделия. При сварке в условиях естественных низких температур деформации снижаются весьма мало. [c.167]

На рис. 6-9 приведена зависимость между критическим содержанием углерода в металле шва и коэффициентом формы шва для дуговой сварки под флюсом углеродистых конструкционных сталей. Все остальные факторы, оказывающие влияние на стойкость шва против образования трещин, практически постоянны. Содержание кремния в металле шва до 0,4%, содержание серы — до 0,04%. С увеличением коэффициента формы шва до определенного предела критическое содержание углерода возрастает. В зависимости от значения коэффициента формы шва данное содержание углерода может быть выше или ниже критического. [c.235]

Наплавкой восстанавливаются автомобильные детали, изготовленные, как указывалось, из конструкционных углеродистых и легированных сталей и термически обработанные. При наплавке и сварке этих деталей встречаются известные трудности, связанные с повышенным содержанием в металле деталей углерода и легирующих элементов. Вследствие влияния высокой температуры механические свойства деталей, термически обработанных на высокую поверхностную твердость, снижаются. Для восстановления первоначальных механических свойств необходимо давать химико-терми-ческую или термическую (в зависимости от деталей) обработку, что усложняет и удорожает ремонт. [c.221]

Сварка прокаткой осуществляется в вакууме. Выявлено отрицательное влияние углерода на механические характеристики соединения из-за образования карбида титана (Т1С). Увеличение содержания углерода в стали с 0,02 до 0,45 % ведет к снижению уровня прочности с 260 до 140 МПа. При использовании прокладок из ванадия содержание углерода в нем должно быть [c.193]

В связи с этим в шов с расплавленным основным металлом поступают легирующие элементы, содержащиеся в свариваемой стали, в том числе и углерод, концентрация которого в сталях этой группы достаточно высока. Влияние содержания углерода, серы и марганца в шве на склонность к образованию горячих трещин схематически представлепо на рис. 124. Линия I служит границей раздела составов с низким содержанием углерода ( ] m. при которых образуются или не образуются горячие трещины. При повышенном содержании углерода [С] , ш такой границей будет линия 5, в этом случае даже при низком содержании серы и большой концентрации марганца в шве могут возникнуть горячие трещины. При механизированной сварке под флюсом необходимы подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве будет минимальной. [c.252]

Рассмотренный кратко термодеформационный цикл сварки, обусловливая появление уравновешенных упругих деформаций в зоне сварного соединения, приводит к возникновению остаточных сварочных напряжений в сварном соединении. В зонах, где должны происходить деформации сжатия, возникают растягивающие остаточные напряжения, а уравновешивающие их сжимающие напряжения соответственно появляются в зонах с деформацией растяжения. На величину и распределение остаточных напряжений кроме неравномерных деформаций изменения объема металла при охлаждении оказывают влияние и объемные изменения, протекающие ниже температуры распада аустенита. Эти изменения у различных сталей протекают по-разиому и зависят от содержания в стали углерода и легирующих элементов. На рис. 4 представлена схема распределения остаточных напряжений в сварном соединении. Уровень напряжений и размеры растянутых и сжатых зон зависят от условий сварки и состава свариваемой стали. По данным табл. 2 можно судить о роли состава стали в возникновении остаточных напряжений в сварном соединении. Экспериментально определенные величина и распределение остаточных напряжений в сварных соединениях труб с толщиной стеики 30—36 м.м из стали 15ХМ, выполненных ручной дуговой сваркой с получением металла шва близкого состава, приведены на рис. 5. [c.408]

При окислении стали в первую очередь образуется закись железа. Последняя, будучи растворима в жидкой стали, непосредственно особо вредного влияния на процесс сварки не оказывает. При возрастании содержания закиси железа будут лишь несколько снижаться механические свойства металла шва. Однако повышение концентрации закиси железа вызывает развитие вторичных реакций. Находящиеся в стали примеси (С, Мп, Сг, 81, V, Т1,А1 и др.), упругость диссоциации окислов которых ниже упругости диссоциации закиси железа, начинают взаимодействовать с закисью железа с образованием газов (СО) или шлаковых включений (МпО, 8102, Сг20д и т. п.). Как окись углерода, так и остальные окислы практически в стали не растворяются. Поэто- [c.356]

Хотя в подавляющем большинстве случаев сварки плавлением аустенитных сталей и сплавов реакция углерода не получает заметного развития, знание ее особенностей необходимо для специалистов-сварщиков. Ниже будет показано, что углерод в известных условиях оказывает благоприятное влияние на стойкость аустенитных швов против образования горячих трещин. Поэтому в отдельных случаях может пойадобиться введение дополнительного количества углерода в металл шва. На практике в настоящее время для повышения содержания углерода в металле аустенитного шва используется следующее 1) введение углерода в шов через электродное покрытие, содержащее углеродистые ферросплавы 2) применение карбидных плавленых флюсов (см. гл. VI) 3) сварка в углекислом газе. При сварке в углекислом газе или в газовых смесях, содержащих СОа, возможно некоторое повышение содержания углерода в шве за счет протекания известной реакции [c.72]

При сварке аустенитных сталей действие углерода проявляется по-разному, в зависимости от изменения его концентрации, а также композиции шва и содержания в нем легирующих примесей. При повышении содержания углерода в швах типа 18-8 от 0,06—0,08% до 0,12—0,14%, наблюдаемом, например, при сварке в Og, склонность к трещинообразованию может возрасти, причем склонность к трещинам заметно усиливается, если в шве содержится титан, ниобий и другие энергичные карбидообразователи. В этом случае вредное действие углерода связано с появлением по границам кристаллов аустенита легкоплавких карбидных звтектик ледебурит-ного типа. Иными словами, углерод в данных условиях действует так же, как при сварке углеродистых и низколегированных сталей. В связи с этим необходимо указать на недопустимость использования электродной проволоки со следами графитовой смазки на поверхности. Дальнейшее повышение содержания углерода, например до 0,18—0,20%. приводит к резкому усилению трещино-образования. В этом случае вредное влияние углерода усиливается вследствие аустенитизации структуры шва. В известном диапазоне концентраций углерод по своему действию уподобляется никелю — он способствует утолщению межкристаллитных прослоек (аустени-тизация) и снижению температуры их затвердевания. По мере дальнейшего увеличения содержания углерода в шве, по достижении определенной критической концентрации, влияние этого элемента на трещинообразова ние внезапно изменяется. Углерод из возбудителя горячих трещин превращается в средство их устранения [15, 25]. Изменение поведения углерода связано с измельчением структуры и увеличением количества эвтектической жидкости, которая, заполняя промежутки между кристаллами, залечивает горячие трещины. [c.198]

Считается, что при H S горячим трещинам при сварке. Наиболее сильное влияние на повышение склонности металла швов к горячим трещинам оказывает сера, образующая с железом легкоплавкую эвтектику (температура плавления FeS составляет 1193 °С, а FeS2- 682 °С), а также углерод. В связи с этим для предотвращения горячих трещин в металле швов теплоустойчивых сталей следует при сварке применять сварочные материалы с пониженным содержанием серы (ниже допускаемого по стандарту уровню, по возможности) в сочетании с содержанием выше 0,6 % марганца, благодаря которому при сварке реализуется процесс очищения металла от серы (процесс десульфурации) за счет перехода соединений типа MnS в шлак. [c.85]

Никель при содержании до 1 % в стали, содержащей 0,2 % С, существенно свариваемость не ухудшает. При повышении содержания никеля свариваемость ухудшается, но до 1,5 % Ni остается удовлетворительной. При более высоком содержании никеля либо должно быгь снижено содержание углерода в стали, либо приняты специальные технологические меры для обеспечения надлежащего качества сварных соединений. Отрицательное влияния никеля на свариваемость связано с повышением устойчивости аустенита и увеличением в продуктах его распада в ЗТВ после сварки мартенсита и бейнита. Кроме того, никель увеличивает растворимость в стали водорода и благоприятствует тем самым повышению склонности к холодным трещинам при сварке. [c.314]

На положение мартенситной точки существенное влияние оказывает содержание кремния, марганца и других растворимых в аустените примесей. У сталей обычного приготовления критическая скорость значительно нике, чем у сталей повышенной чистоты. Считается, что при охлаждении в принятых средах в сталях с содержанием углерода до 0,1 % мартенсит вообще не может быть получен, так как критическая скорость закалки велика. При сварке давлением, когда скорости охлаждения соответствуют приведенным выше, в сталях с содержанием углерода 0,1—0,2% в околошовной зоне всегда. Образуются участки мартенсита или троосто-мартенсиТа (рис. 23, си), а в среднеуглеродистых сталях — игольчатый i фер]р йт и м ф (рис. 23, 6). Шов — хрупкий, [c.39]

Испытание механических свойств металла шва и сварного соединения при различных температурах, определение стойкости против коррозии и других специальных характеристик в соответствии со стандартом на эти испытания. Свариваемость стали в определенной мере зависит от ее химического состава. Углерод, определяю-ш,ий многие свойства стали, оказывает влияние и на ее свариваемость. Содержание его до 0,25% не влияет на свариваемость стали, поэтому все низкоуглвродистые стали обладают хорошей свариваемостью. Содержание углерода более 0,25% ухудшает свариваемость. Высокоуглеродистые стали сваривают, применяя специальные технологические приемы. Марганец при обычном содержании его в стали до 0,8% на свариваемость не влияет. Однако в процессе сварки марганцовистых сталей (1,2% и более марганца) могут появиться трещины, так как марганец способствует образованию закалочных струк- [c.97]

Углерод оказывает сильное влияние на качество сварного шва. Повышение содержания углерода сказывается на прочности, твердости и вязкости шва. С увеличением содержания углерода в стали (выше 0,3%) повышается самозакаливаемость переходной зоны в основном металле и сталь становится более хрупкой. При газовой сварке влияние углерода проявляется значительно меньше, чем при дуговой. [c.491]

Технологию сварки для этих сталей выбирают из условий соблюдения комплекса требований, обеспечивающих прежде всего равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном соединении. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние, а деформация конструкции должна быть в пределах, не отражающихся на ее работоспособности Металл шва при сварке низкоуглеродистой стали незпачительно отличается по своему составу от основного металла — снижается содержание углерода и повышается содержание марганца и кремния. Однако обеспечение равнопрочности при дуговой сварке не вызывает затруднений. Это достигается за счет увеличения скорости охлаждения и легирования марганцем и кремнием через сварочные материалы. Влияние скорости охлаждения в значительной степени проявляется при сварке однослойных швов, а также в последних слоях многослойного шва. Механические свойства металла околошовной зоны подвергаются некоторым изменениям по сравнению со свойствами основного металла — при всех видах дуговой сварки это незначительное упрочнение металла в зоне перегрева. При сварке стареющих (например, кипящих и полуспокойных) низкоуглеродистых сталей на участке рекристаллизации околошовной зоны возможно снижение ударной вязкости металла. Металл околошовной зоны охрупчивается более интенсивно при многослойной сварке по сравнению с однослойной. Сварные конструкции из низкоуглеродистой стали иногда подвергают термической обработке. Однако у конструкций с угловыми однослойными швами и многослойными, наложенными с перерывом, все виды термической обработки, кроме закалки, приводят к снижению прочности и повышению пластичности металла шва. Швы, выполненные всеми видами и способами сварки плавлением, имеют вполне удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин из-за низкого содержания углерода. Однако при сварке стали с верхним пределом содержания углерода могут появиться кристаллизационные трещины, прежде всего в угловых швах, первом слое многослойных стыковых швов, односторонних швах с полным проваром кромок и первом слое стыкового шва, сваренного с обязательным зазором. [c.102]

Решаюшее влияние на хладноломкость ферритных сталей оказывают иримеси внедрения — углерод и азот. На рис. 24 показано влияние суммарного содержания этих элементов на температуру перехода стали Х17 в хрупкое состояние, определенную испытаниями на ударную вязкость на образцах типа Шарпи. Сталь прошла термическую обработку, имитирующую влияние сварочного цикла — нагрев при 1100° С в течение 10 мин и охлаждение в воде. После указанной термической обработки величина зерна в стали составляла 0,3—0,8 мм. Для того чтобы температура перехода стали Х17 после воздействия термического цикла сварки находилась ниже нуля градусов, что необходимо д.пя падежной службы, содержание углерода и азота в сумме пе должно превышать 0,01—0,015 /о. Увеличение содержашгя ( +N) до 0,02% н более приводит к повышению переходной температуры до 100° С и выше. [c.33]

Решающее влияние на свариваемость стали оказывает углерод. С увеличением содержания углерода в стали (свыше 0,3%) повышается самозакаливаемость переходной зоны в основном металле сталь становится более хрупкой. Влияние углерода значительно меньше при электродуговой сварке, чем при газовой. [c.295]

Практически минимальное количество углерода в прокатной -стали и проволоке, изготовляемых для промышлениого применения, составляет 0,06%. Введение в такую сталь добавочных количеств химически стабилизирующих элементов титана или ниобия делает ее, как правило, не склонной к межкристаллитной коррозии без специальной термообработки. Такие стали могут применяться для изготовления сварной химической аппаратуры и деталей, работающих в интервале 500—700°. Терми-черкая обработка таких изделий, как правило, необязательна. Содержание углерода в проволоке для сварки ответственных деталей и особенно деталей, работающих в тяжелых условиях коррозии, как это имеет место в химической промышленности, не должно превышать 0,06%. Чем ниже содержание углерода в присадочном материале, тем выше качество сварного шва. В те с случаях, когда хромо-никелевые стали применяются в условиях умеренного воздействия коррозионных агентов, содержание углерода не оказывает большого влияния на коррозионную стойкость в том случае, если он находится в твердом растворе и для изготовления деталей может применяться сталь с содержанием углерода 0,07—0,12%. [c.11]

Итак, стабилизированные стали должны содержать достаточное по отношению к углероду количество карбидобразующего элемента (достаточная стабилизация), который должен связать углерод в специальные карбиды и этим сделать невозможным выпадение карбидов хрома. В этом случае стали ведут себя приблизительно так, как если бы они почти совсем не содержали углерода. Напомним (см. 4.1), что стабилизация стали 1Х18Н9 титаном и ниобием в соответствии с эмпирическими формулами, приведенными выше (табл. 18), в большинстве случаев полностью подавляет склонность к межкристаллитной коррозии того типа, который проявляется у нестабилизированных сталей после сварки (см., например, рис. 31). Изделия, изготовленные с применением сварки из правильно стабилизированных сталей [226, 244], оказываются и без последующего отжига стойкими к межкристаллитной коррозии в зонах, подвергшихся термическому влиянию. Однако, при более длительных выдержках в условиях критических температур и стабилизированные таким образом стали становятся также в различной мере склонными к межкристаллитной коррозии в зависимости от степени стабилизации. Действительно, ранее было установлено, что растворяющий отжиг при температуре 1150° С уже может оказать влияние на стойкость стали с более низким содержанием титана и ниобия. При этой температуре еще не может произойти значительный рост зерна, поэтому увеличение количества карбидов хрома, выделяющихся по границам зерен в зоне термического влияния сварного соединения, нельзя в этом случае объяснить только уменьшением всей поверхности границ за счет роста зерна. Точно так же гипотеза о значительной поверхностной активности углерода по отношению к хромоникелевому аусте-ниту, основанная на современных представлениях о роли поверхностных слоев кристаллов твердого раствора при термообработке поликристаллических веществ и очень хорошо описывающая распределение углерода в аустените, не объясняет процесс освобождения связанного в специальном карбиде углерода во время растворяющего отжига при высоких температурах. Чтобы в поверхностных слоях аустенитных зерен могла повыситься концентрация углерода, прежде всего должна произойти диссоциация присутствующих в структуре карбидов титана, ниобия или тантала, а для этого углерод и карбидобразующий элемент должны перейти в твердый раствор. Реально ли это с термохимической точки зрения, можно вывести [c.128]

Свариваемость легированных сталей: влияние легирующих элементов, ухудшение

Легированная сталь – это сплав металлов. Основным элементом в нем является железо, дополняющееся углеродом, количество которого влияет на качество и сорт стали. В состав этого материала преднамеренно добавляется один или несколько элементов, кроме углерода, для создания требуемого свойства.

Виды стали.

К легирующим элементам относят:

молибден;
хром;
ванадий;
никель;
марганец;
бор.

Благодаря легированию повышается коррозионностойкость стали, ее твердость, долговечность и прочие качества. Чтобы иметь полное представление об этом материале, необходимо рассмотреть свойства свариваемости легированных сталей.

Основные виды легированной стали и ее свойства

Легированная сталь подразделяется на три вида:

низколегированная, легирующие элементы в которой не превышают 2.5%;
среднелегированная, с элементами от 2.5 до 10%;
высоколегированная, где элементов содержится более 10%.

В зависимости от преобладания тех или иных элементов, сталь так и называется, например хромистая, ванадиевая, хромоникелевая и т.д. Каждая легированная сталь маркируется по буквам: Х – хромистая, М – молибденовая, В – вольфрамовая, Ф – ванадиевая, Г – марганцевая, К – кобальтовая, Р – борная, Ю – алюминиевая, С – кремневая, Т – титановая, Б – ниобиевая, А – азотная.

Свойства и назначение легированных сталей.

Независимо от своей марки, такая сталь подразделяется по типам:

нержавеющая;
жаростойкая;
кислотостойкая;
окалиностойкая.

Благодаря разделам по типам определяется область применения каждого вида материала.

Низколегированный материал: характеристики

Низколегированные изделия наиболее распространены, так как свойства таких материалов модифицируются различными элементами. Это необходимо для того, чтобы обеспечить максимальную твердость, коррозийную стойкость, прочность, а также ударную вязкость, в отличие от материала, содержащего углерод. Чтобы добиться подобных качеств, сплавы подвергают термообработке.

В случае когда в низколегированном изделии большой процент углерода, чаще всего оно трудно сваривается. Ну, а при снижении углерода от 0.1 до 0.3% свариваемость максимально увеличивается, увеличивается и формуемость с сохранением прочности.

К самому популярному варианту относится нержавеющая сталь. Такой материал содержит минимум 10% хрома. Она способна противостоять образованию коррозии и пятен, в отличие от обычной модификации.

Свариваемость легированной стали

Легированная сталь нашла свое широкое применение в конструкциях мостов, высоких башнях и подъемном оборудовании.

Схема особенностей сварки высоколегированных сталей.

Благодаря повышенной ударной прочности, твердости, эластичности, используя инновационные дизайны, свариваются наиболее легкие конструкции и при этом происходит значительная экономия.

Сваривается подобная композиция довольно непросто, и этот процесс является сложным, который требует знаний и подготовки.

Проблема может состоять в том, что термическая обработка закаленной стали может привести к растрескиванию, в случае если не принять меры осторожности при свариваемости сталей.

Свойства стали, такие как прочность, твердость и пластичность, обеспечиваются воздействием специальных температур. Это называется закалкой и отпуском.

Принцип закалки заключается в возрастающем нагреве металла в печах до необходимой температуры. Сталь при такой температуре находится определенное время, далее резко подвергается охлаждению до комнатной температуры.

Первоначально закаленная сталь является хрупкой, а для восстановления пластичности важно произвести второй этап закалки, при котором сталь нагревается промежуточной температурой на протяжении требуемого времени и далее подвергается охлаждению.

Подобные процессы способны изменять микроструктуру стали, чтобы придать ей необходимые механические свойства. Даже несмотря на то что, используя различные способы сварки, легированная сталь подвергается неоднократному процессу нагревания и охлаждения.

При закалке, так же как и при сварке, материал приобретает твердость, хрупкость и склонность к растрескиванию из-за внутреннего напряжения.

Немаловажный фактор – это повышение температуры и скорость охлаждения, а также присутствие легирующих составляющих (их количество).

Чем опасен обычный водород?

Меры предупреждения деформирования сварных изделий из легированной стали.

При сваривании легированной стали самым опасным из газов является водород, так как он способен спровоцировать образование трещин. Как правило, он может проникнуть с влажными электродами или при других обстоятельствах, связанных с некачественной обработкой швов.

Чаще всего он поглощается при расплаве в атомарной форме, во время повышения температур, вследствие чего он отклоняется.

Так, применение низководородных электродов используют при сваривании сплавов стали в ограниченном месте. Такие электроды должны храниться в сухих местах, чтобы избежать впитывания влаги.

Особенности сварки легированной стали

При сварке подобной стали можно использовать любые методы, выбор которых может зависеть только от целей экономии и практичности.

Но все-таки важно соблюдать меры безопасности. К ним относится:

минимальный расход водорода;
нагревание свариваемого материала.

Это необходимо, чтобы исключить холодные трещины. С учетом этих причин экранированная сварка должна производиться с применением низководородных электродов. При этом выбор присадочного металла должен соответствовать металлу свариваемого шва не по химическому составу, а с учетом механических свойств, которые образуются в процессе термообработки. Большинство электродов не соответствует принятым стандартам специального назначения.

Содержание газа вольфрама в дуговой сварке является оптимальным, для того чтобы минимизировать содержание водорода.

Сваривание легированной стали должен выполнять только квалифицированный мастер и с соблюдением технологических правил. Сварка должна производиться в кратчайшие сроки и желательно в непрерывном режиме. Сваривать сталь, предрасположенную к образованию трещин, следует в закрытом пространстве, где температура должна быть не ниже 40 градусов.

Свариваемый материал должен быть абсолютно чистым и сухим, и на нем не должно быть влажных образований. Сварка должна выполняться при постоянном переменном токе, который выбирается с учетом толщины стали.

При обработке высоколегированной стали можно применять также ручную дуговую или механизированную сварку с применением флюса или с использованием защитных газов.

Свариваемость стали.

Свариваемость – это реакция свариваемых металлов и сплавов на процесс сварки. Она определяет технологическую сторону процесса и эксплуатационную пригодность изделия.

Расплавление и кристаллизация металла в условиях сварки представляют собой сложный металлургический процесс, протекающий при неравномерном нагреве, перегреве и охлаждении металла в местах соединения заготовок. Процесс сопровождается структурными превращениями и перекристаллизацией металла. Это во многом определяет качество и надежность сварного соединения, т.е. совокупность приобретаемых свойств шва, которые обусловливают пригодность соединений и возможность использования сварной конструкции в технике.

На свариваемость стали большое влияние оказывает ее химический состав.

Углерод – это важный элемент химического состава стали, определяющий ее свариваемость, прочность, вязкость, закаливаемость. Хорошо свариваются стали, содержащие не более 0,25% углерода. При более высоком его содержании, свариваемость стали, резко ухудшается, так как в нагретой околошовной зоне — термического влияния, образуются структуры закалки, приводящие к возникновению горячих и холодных трещин.

Сера – вредная примесь, образующая легкоплавкие соединения с железом, которые располагаются по границам зерен, ослабляя связь между ними с возникновением трещин в горячем состоянии. Это явление вызывается красноломкостью металла. Поэтому во избежание трещин в сварном шве содержание серы в свариваемых сталях должно быть менее 0,045%.

Фосфор – тоже вредная примесь. В сталях он вызывает появление хрупких структур, особенно при отрицательных температурах. Этот процесс называется хладноломкостью. Содержание фосфора в свариваемых сталях и сварных швах должно быть менее 0, 04%.

Марганец – это элемент химического состава стали, несколько повышающий прочность и упругость стали. При его содержании в сталях в пределах 0,3…0,8% процесс сварки не затрудняется. При содержании же марганца более 1,8% возникает опасность появления хрупкости и трещин, в связи с закаливаемостью такой стали.

Кремний несколько повышает прочность, упругость и твердость стали. При его содержании до 0,2…0,3%, свариваемость не ухудшается. При содержании более 0,8% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Хром повышает прочность, упругость и твердость стали, но при сварке образует карбиды хрома, ухудшающие коррозионную стойкость шва и прилегающую к нему околошовную зону. Он резко повышает твердость металла в этой зоне термического влияния и увеличивает вероятность возникновения трещин, способствует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки. В подлежащих сварке безникелевых сталях содержание хрома не должно превышать 0,3%.

Молибден способствует измельчению кристаллов (зерен стали), повышает прочность стали. Особенно это важно при ударных нагрузках и высоких температурах, но молибден вызывает появление трещин в наплавленном металле и в зоне термического влияния. В процессе сварки молибден активно окисляется и выгорает. В ответственных сварных конструкциях содержание молибдена не должно превышать 1%.

Ванадий способствует закаливаемости стали, чем, затрудняет сварку; он активно окисляется и выгорает. В ответственных сварных конструкциях содержание ванадия не должно превышать 1%.

Вольфрам увеличивает твердость стали и ее износостойкость при высоких температурах (красностойкость), но затрудняет процесс сварки ввиду сильного окисления. В состав стали, подлежащей сварке, вольфрам не вводится.

Кислород активно окисляет расплавленное железо, образуя хрупкие структуры, он окисляет и легирующие элементы. Расплавленный металл сварного шва необходимо защищать от взаимодействия с кислородом воздуха. Это является одной из функций электродного покрытия, которое при сгорании выделяет защитный (углекислый) газ. Для защиты от окисления сварку ответственных конструкций из нержавеющих сталей и цветных металлов осуществляют в таких защитных газах, как аргон, гелий.

Водород. При сварке атомы водорода легко растворяются в расплавленном металле, а при затвердевании металла вновь соединяются в молекулы, которые собираются в разных местах шва, образуя газовые пузырьки. Водород вызывает в металле шва пористость и мелкие трещины, он повышает хрупкость стали, снижая ее прочность и вязкость. Водород, как и кислород, который может соединиться с расплавленным металлом шва, находится в окружающем воздухе, влаге, оставшейся в непросушенном электродном покрытии, во флюсах и на поверхности свариваемого металла в виде воды, снега, инея. Водород также содержится и в ржавчине, которая может быть на сварочной проволоке или кромках заготовок. Защита расплавленного металла шва от водорода осуществляется одновременно с защитой от кислорода.

Наименее насыщается металл водородом при сварке постоянным током обратной полярности, большее насыщение – при сварке переменным током.

Никель, содержащийся в легированных сталях, значительно улучшает их свариваемость: он измельчает зерно, придает шву пластичность и прочность. При сварке никелесодержащих сталей требуется надежная защита их от воздействия кислорода воздуха. Никель дорог. Применение никелевых сталей должно быть технико-экономически обосновано.

Содержание никеля в сталях в количестве 2-3% значительно улучшает ее свариваемость. В сталях для ответственных конструкций, предназначенных для восприятия больших нагрузок, рекомендуется содержание никеля до 8-10%.

Титан, содержащийся в легированных сталях, измельчает зерно, повышает пластичность шва и качество соединения. Нержавеющие стали для ответственных сварных конструкций должны содержать в своем составе помимо никеля, еще 4 -5% титана.

На свариваемость стали также, влияют режимы и способы сварки.

Чтобы правильно выбрать способ и режимы сварки, исключающие возникновение дефектов, необходимо знать технологическую свариваемость металла. Это его реакция на тепловые воздействия в околошовной зоне без расплавления, а также металлургические процессы плавления и последующей кристаллизации металла. По известному химическому составу стали можно прогнозировать, какова ее технологическая свариваемость. Но точность таких прогнозов не всегда надежна и, полагаться на них, можно при сварке небольшого количества малоответственных изделий. В случае изготовления значительного числа ответственных сварных конструкций, необходимо экспериментально определять технологическую свариваемость той партии металла, из которой будут изготовлены изделия. Способы определения технологической свариваемости можно разделить на две группы.

Первая – когда прямым способом устанавливают свариваемость путем сварки одного или нескольких образцов изделия. При этом узнают о склонности металла к закалке или отсутствии таковой, о прочности и пластичности металла, об изменении микроструктуры. Полученные результаты отличаются высокой достоверностью;

Вторая – группа способов определения свариваемости проще и основана на имитации сварочных процессов. При этом косвенным способом, например, термообработкой при температурах, близких к сварочному процессу, определяют изменения в металле. Полнота и достоверность такой информации значительно ниже.

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы, характеризующиеся способностью металлов образовывать при сварке соединения с заданными свойствами – прочные, герметичные, без хрупкости.

Первая группа – хорошо свариваемые стали, образующие сварные соединения высокого качества без применения особых приемов и подогрева до и после сварки. Это — низкоуглеродистые, низко- и среднелегированные стали. Например, от БСт1 до БСт4; от ВСт1 до ВСт4; от стали 08 до стали 25; стали 15Х; 20ХГА, 12ХН4А; 10ХСНД; 20Х23Н18Т; 12Х18Н9Т и другие требуемого химического состава.

Вторая группа – стали удовлетворительно свариваемые, которые для получения сварных соединений высокого качества требуют строгого соблюдения режимов сварки, применения специального присадочного материала, особо тщательной очистки свариваемых кромок, а в некоторых случаях – предварительного и сопутствующего подогрева до 150⁰ С, последующий отжиг. Например, это стали БСт5сп; БСт5Гсп; сталь 30; сталь 35; сталь 20ХНЗА; сталь 12ХА и др.

Третья группа – стали с ограниченной свариваемостью в обычных условиях и склонные к образованию трещин. Содержат углерод от 0,35% до 0,5%, это могут быть и высоколегированные стали. Во избежание образования трещин их перед сваркой подвергают подогреву до 200…400⁰С с последующим отжигом. Например, БСт5пс; стали 40, 45, 50, 35ХН.

Четвертая группа – стали плохо свариваемые, практически не подлежащие сварке ввиду большого содержания углерода и легирующих элементов, приводящих к образованию трещин. Например, это стали 60Г, 70Г, 50ХН, 80С, У7, У10, У13, 9ХС, ХВГ, 3Х2ВФ. Качество сварных соединений таких сталей низкое, несмотря на предварительную сопутствующую и последующую термообработку.

К неудовлетворительно свариваемым сталям относятся и холодноупрочненные стали; арматура, упрочненная вытяжкой, сварка которой приводит к разупрочнению и повышению хрупкости.

Необходимо отметить, что свариваемость арматурной стали отличается от показателей свариваемости листа, фасонного проката для металлоконструкций. Например, арматурные стержни из Ст5 свариваются лучше, чем листовая сталь той же марки.

. Сварка сталей на морозе не допускается.

Как влияет содержание углерода на свойства сталей

Содержание углерода и легирующих элементов определяет свойства углеродистых сталей. Состав сплава содержит железо, углерод, магний, кремний, марганец, серу и фосфор. Количество одного компонента по отношению к общей массе определяет вязкость, пластичность, прочность и твердость металла. Углеродистые стали классифицируют по химическому составу, способу изготовления, назначению и степени раскисления. Металлопрокат производят из разных марок стали. Компания «Стальмет» продает металлопродукцию из углеродистых сталей, соответствующих ГОСТу 380-2005 и 1050-2005.

Состав стали с углеродом

Технология производства не полностью удаляет примеси из стали. Они занимают малую процентную долю, но присутствуют во всех углеродистых сталях. Содержание углерода разделяет сталь на углеродистую и легированную. Углерод добавляют намеренно, чтобы изменить технические характеристики и механические свойства сталей. Наличие примесей зависит от выбранной плавки сталей. Процентное содержание разных элементов в составе стали:

железо — до 99 %;
углерод — до 2,14 %;
кремний — до 1 %;
марганец — до 1 %;
фосфор — до 0,6 %;
сера — до 0,5 %.

Сталь содержит незначительное количество водорода, кислорода и азота.

Какие свойства у стали с разным содержанием углерода?

Механические свойства стали зависят от количества углерода. Увеличение или снижение содержания углерода, даже в сотых долях процента, предопределяет сферу применения металла. Структура углеродистой стали меняется от содержания цементита и феррита. Когда в сталь добавляют больше углерода, сплав становится твердым, прочным и упругим. Когда уменьшают, улучшают ее пластичность и сопротивление удару.

В зависимости от того, сколько углерода в составе сплава, различают несколько видов стали:

Низкоуглеродистые содержат меньше 0,25 % углерода. Пластичные, но легко деформируемые. Обрабатываются в холодном состоянии и под действием высокой температуры.
Среднеуглеродистые — 0,3-0,6 %. Пластичные, текучие и среднепрочные. Из них изготавливают детали и конструкции, которые будут использовать в нормальных условиях.
Высокоуглеродистые — 0,6-2 %. Износостойкие, прочные и дорогие углеродистые стали с низкой вязкостью. Плохо поддаются сварке без предварительного разогрева обрабатываемой зоны до +225оС.

Низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали обрабатывать и варить проще, чем высокоуглеродистые.

Виды углеродистой стали по степени раскисления

У углеродистой стали разная степень раскисления. Бывают спокойные, кипящие и полуспокойные сплавы. Названия связаны с содержанием вредных примесей — оксидом железа. Чем меньше кислорода в сплаве, тем стабильнее и долговечнее стали. После разливки сталь выделяет газы и затвердевает.

В спокойных сталях кислород удален почти полностью, поэтому у них однородная структура и равномерное распределение состава. Полуспокойные чаще содержат 0,15-0,3 % углерода. Таким сталям свойственна неравномерная структура из-за частичного раскисления сплава. Больше всего кислорода у кипящих сталей. Такое раскисление приводит к разному химическому составу. В кипящих сталях много примесей: углерода, азота, серы и фосфора.

Чем отличаются инструментальные и конструкционные стали?

Сфера применения и способ изготовления — главные отличия сталей. Конструкционные углеродистые стали выплавляют в конвертерах и мартеновских печах. Они бывают высокого и обыкновенного качества. Их разделяют на группы А, Б и В. Маркируют соответственно буквами и цифрами. В обозначении буква говорит о группе стали, а цифры указывают на содержание углерода, увеличенное в 100 раз. Чем больше значение, тем прочнее сталь. Стали обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца маркируются буквой «Г».

Сталь группы А поставляют по механическим свойствам, группы Б — по химическому составу, группы В — по механическим свойствам и химическому составу. Это означает, что сталь группы А обладает заявленными свойствами, а сталь группы Б отвечает нормативной документации.

Углеродистую инструментальную сталь выплавляют в мартеновской или электрической печи. Она бывает спокойной, полуспокойной и кипящей. Ее разделяют на качественную и высококачественную сталь. Доля примесей в качественной инструментальной стали регламентирована: серы должно быть не более 0,4 %, фосфора — не больше 0,6 %. Цифра в маркировке говорит о содержании углерода в сотых долях. Также она обозначает условный номер марки материала.

Сферы применения углеродистых сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества используют для изготовления двутавра, уголка, швеллера, прута, листа и другого проката. В производстве инструментов и деталей для разных областей машиностроения применяют углеродистую сталь высокого качества.

Влияние химического состава на свариваемость арматурной стали

Арматурой принято называть металлические и неметаллические стержни различного сечения и формы, а также канаты и пряди, используемые для армирования железобетонных конструкций.

Арматурный каркас, благодаря своей рифлёной поверхности, надёжно удерживает бетон. За счёт этого объекты, построенные по технологии монолитного бетонирования, отличаются прочностью. К таковым относятся не только здания гражданского и промышленного назначения, но и стратегически важные объекты, такие как дамбы, мосты, плотины, здания аэропортов. Наиболее распространенной арматурой на сегодняшний день является А500С — это класс горячекатаной термомеханически упрочненной арматурной стали, изготавливаемой по СТО АСЧМ 7-93 или ГОСТ Р 52544-2006.

Первые пробные партии арматуры А500С были изготовлены на Западно-Сибирском комбинате в 1993 году. Новая марка стали изготавливалась по СТО АСЧМ 7-93 (стандарт ассоциации предприятий и организаций по стандартизации продукции чёрной металлургии — «Черметстандарт») и не имела аналогов по ГОСТ 5781-82. По мере накопления положительного опыта арматура А500С стала применяться наряду и взамен арматуры класса А3 (А400).

В 2006 году появился государственный стандарт (ГОСТ Р 52544) на термомеханически упрочненную арматурную сталь класса А500С (горячекатаную) и В500С (холоднокатаную).

Арматура А500С имеет ряд преимуществ перед арматурой А400. Арматура А500С изготавливается из дешевой (по сравнению с арматурой А3) углеродистой стали без использования легирующих элементов, что позволило снизить стоимость такой арматуры.

За счёт термомеханического упрочнения арматура А500С имеет повышенный предел текучести не менее 500 Н/мм2, что увеличивает прочность и гибкость одновременно.

Арматура А500С обладает повышенной по сравнению с арматурой А3 (А400) свариваемостью, что позволяет использовать дуговую сварку.

Арматура А500С имеет химический состав, определяемый содержанием углерода в стали не более 0,22 % и углеродным эквивалентом не более 0,5 %.

Производство арматуры А500С происходит из стали марок Ст3СП, Ст3ПС и Ст3ГПС. Нормированный показатель текучести для такой стали превышает 500 МПа, согласно СТО АСЧМ 7-93.

Арматура, термически упрочненная имеет куда более совершенные показатели пластичности и хладостойкости, чем марка 35ГС. Минимизация использования, а лучше полный отказ от использования стали 35ГС как увеличит прочность и надежность конструкций, так и обеспечит безопасность при строительстве.

Характеристики стали Ст3СП, Ст3ПС обеспечивают хорошую свариваемость.

Пожалуй, наиболее значимое преимущество использования арматуры А500С – это допуск на сварку с помощью электродуговых сварочных устройств. Именно буква «С» в обозначении класса арматуры говорит о возможности её сваривания.

Свариваемость стали зависит от ее химического состава и в первую очередь от содержания в ней углерода. По содержанию углерода стали разделяют на следующие группы: малоуглеродистые, содержащие от 0,05 до 0,25% углерода; среднеуглеродистые, содержащие от 0,25 до 0,6% углерода; высокоуглеродистые, содержащие свыше 0,6% углерода.

Малоуглеродистые, а также среднеуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,35% свариваются очень хорошо. Чем выше содержание углерода, тем хуже сваривается сталь обычным методом. При содержании углерода свыше 0,35% сталь склонна давать трещины при сварке и требует применения подогрева и специальных приемов сварки.

Марганец увеличивает прочность и твердость стали, а также ее склонность к закалке. Содержание марганца в малоуглеродистой стали обычно колеблется в пределах от 0,35 до 0,8%. Если марганца содержится более 1%, то при сварке образуются тугоплавкие шлаки, которые в виде включений иногда остаются в наплавленном металле.

В некоторых специальных сталях содержание марганца повышают до 1,8—2,5%; при таком содержании марганец увеличивает закаливаемость стали и может вызывать образование трещин при сварке. Высокомарганцовистые стали содержат 11—16% марганца.

Кремний содержится в мало и среднеуглеродистой стали в пределах от 0,03 до 0,04% и вводится в нее как раскислитель. Он способствует равномерному распределению отдельных химических элементов в металле шва. При содержании кремния более 0,5% образуются тугоплавкие шлаки, затрудняющие сварку. При содержании кремния от 0,8 до 1,5% сталь становится более упругой, однако при увеличении содержания кремния свыше 1,6% пластичность стали уменьшается, повышается ее твердость и хрупкость.

Сера является крайне вредной примесью в стали и оказывает резко отрицательное влияние на ее свариваемость, вызывая образование горячих трещин. Содержание серы в стали не должно превышать 0,04—0,05%.

Фосфор также является вредной примесью в стали, так как образует фосфористое железо, более хрупкое, чем сталь. Содержание в стали фосфора в пределах 0,1—0,2% делает ее хрупкой при обычной температуре (хладноломкой), поэтому содержание фосфора не должно превышать 0,04—0,05%. Чем выше содержание углерода в стали, тем заметнее вредное влияние фосфора.

Хром, молибден, никель, ванадий, вольфрам, титан и ниобий являются примесями, вводимыми в состав легированных сталей для придания им специальных свойств.

Так как химический состав арматурной стали в соответствии с ГОСТ Р 52544-2006 имеет довольно широкие пределы, что в свою очередь влияет на свариваемость арматуры и повышенное образование дефектов (шлаковые включения, поры, трещины).

Поэтому необходимо контролировать не только физико-механические свойства, но и химический состав арматуры, поступающей на строительные площадки, особенно при изготовлении арматурных каркасов с применением электродуговой сварки при выполнении стыковки арматуры и крепления ее к раме пространственного каркаса.

Для проверки физико-механических свойств и химического состава арматурной стали специалистами отдела обследований и экспертиз несущих и ограждающих конструкций и испытательного лабораторного центра в рамках государственного задания проводится работа 1.9.5 «Оценка соответствия класса арматурной стали требованиям технических регламентов и проектной документации». В рамках данной работы проводится отбор проб арматуры, применяемой при устройстве арматурного каркаса, выбранного для проведения работы, с последующим изготовлением необходимого количества образцов для испытания. По результатам которого оформляется заключение с выводом о соответствии (не соответствии) применяемой арматуры требованиям технических регламентов и проектной документации.

Таким образом, при соблюдении технологии ведения сварочных работ и наличии должного строительного и операционного контроля, качество сварных соединений как правило соответствует или имеет не существенные отклонения от норм технических регламентов и нормативной документации, но в тоже время следует обратить особое внимание на сварные соединения в которых применяется арматурная сталь с повышенным содержанием кремния и марганца (не выходящих за пределы, установленные ГОСТ 52544-2006).

Статью подготовил:

Инженер-эксперт

Отдела обследований и экспертиз несущих и ограждающих конструкций

Митин С.В.

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали

Углерод и все основные легирующие элементы отрицательно влияют на свариваемость. Влияние легирующих элементов на свариваемость может быть различным в низколегированных и высоколегированных сталях. Особый интерес для судо- [c.313]

ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СВАРИВАЕМОСТЬ СТАЛИ [c.31]

Схематически влияние легирующих элементов в низкоуглеродистой стали на условный показатель свариваемости представлено на рис. 5.8. За единицу принята свариваемость нелегированной стали с [c.314]

В этой таблице влияние различных легирующих элементов на свариваемость по опытным данным приравнивается к некоторому условному эквивалентному содержанию углерода. Подобный прием применим только для низколегированных сталей и дает лишь приближенные результаты. [c.64]

Так как повышение содержания углерода в сталях ухудшает их свариваемость, то в низколегированных сталях, применяемых в сварных конструкциях, количество углерода ограничивают до 0,23 %. Этим достигается хорошая или удовлетворительная свариваемость сталей. Влияние легирующих элементов учитывается различным образом, в том числе определением эквивалентного содержания углерода на основании эмпирических зависимостей, например [c.508]

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА, ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПРИМЕСЕЙ НА СВАРИВАЕМОСТЬ СТАЛЕЙ [c.17]

Хром — легирующий элемент, повышает прочность стали и склонность ее к закалке. Пластичность сваренного соединения при наличии хрома снижается. При содержании хрома до 1,7% в сочетании с молибденом, никелем и ванадием его отрицательное влияние на свариваемость снижается. [c.150]

Влияние легирующих элементов, входящих в состав стали, на ее свариваемость оценивают с помощью углеродного эквивалента СЕ, зависящего от химического состава. [c.79]

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. С увеличением содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. Для изготовления сварных конструкций в основном применяют конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные, а также легированные стали. Главными трудностями при сварке легированных сталей являются склонность к образованию горячих трещин, закалочных структур и холодных трещин, а также обеспечение высоких механических свойств сварных соединений, особенно пластичности. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше склонность к образованию трещин, тем труднее обеспечить необходимый уровень свойств в сварном соединении. Ориентировочным количественным показателем свариваемости стали извест- [c.97]

Монография состоит из семи глав. В гл. I рассмотрены основные положения теории фазовых превращений в металлах и сплавах в твердом состоянии, а также закономерности превращений железа, титана и их сплавов в изотермических условиях. В гл. II показаны условия их протекания в зоне термического влияния при сварке плавлением. В гл. III описаны новые методы и аппаратура для изучения кинетики фазовых превращений и изменений структуры и свойств металлов в неравновесных условиях при сварке и термомеханической обработке, а также для исследования задержанного разрушения и образования холодных трещин. В гл. IV приведены результаты исследования превращений при непрерывном нагреве, кинетики роста зерна и гомогенизации аустенита и Р-фазы сплавов титана при сварке. В гл. V рассмотрены основные закономерности фазовых превращений в условиях непрерывного охлаждения при сварке. В гл. VI изложен механизм задержанного разрушения сталей и сплавов титана, установлены критерии оценки этого явления и показано влияние легирующих элементов, параметров термического цикла и жесткости сварных соединений на» сопротивляемость этих материалов образованию холодных трещин при сварке. В гл. VII приведены характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и систем легирования, сформулированы критерии выбора технологии и режимов их сварки и показаны пути регулирования структуры и свойств сварных соединений как в процессе сварки, так и при последующей термической, термомеханической или механико-термической обработке. [c.10]

Были проведены исследования по влиянию содержания на механические свойства. Добавка Мп в количестве 1 % незначительно изменяет механические свойства стали. Увеличение же содержания Мп от 1 до 2% резко увеличивает предел прочности, не оказывая влияния на пластичность материала. При дальнейшем увеличении содержания Мп до 2,25% и выше прочность продолжает расти, но при этом ухудшается пластичность и ударная прочность. Важным преимуществом при использовании Мп как легирующего элемента является то, что он более эффективно, чем Ni задерживает переход к мартенситной структуре. Марганцовистая сталь не закаливается и поэтому обладает очень хорошей свариваемостью. [c.334]

Как и ковкость, свариваемость зависит от содержания углерода чем меньше углерода в сталях, тем лучше они свариваются. Большое влияние на свариваемость оказывает присутствие некоторых специальных (легирующих) элементов в металле. [c.21]

Символы различных элементов означают содержание данного элемента в процентах. Признаком хорошей свариваемости считается величина Сэ оценке влияния состава стали на свариваемость, в ряде работ уточнены коэффициенты, соответствующие различным легирующим элементам. Однако использование приведенной выше формулы для оценки свариваемости имеет и свои недостатки, связанные с недоучетом ряда факторов, также влияющих на свариваемость (например, толщина металла, способ и условия сварки и др.). [c.314]

Хром усиливает восприимчивость стали к закалке, особенно при увеличении содержания углерода и других легирующих элементов. Хром несколько снижает склонность легированной стали к старению и в небольших количествах способствует некоторому повышению ударной вязкости при комнатной и повышенных температурах. Кроме того, хром нейтрализует отрицательное влияние фосфора на ударную вязкость стали, уменьшая ее хладноломкость. Хром, как указывалось в гл. I, заметно повышает устойчивость стали и сварных швов против коррозии. При низком содержании углерода и в присутствии марганца и кремния хром в количестве до 1% не ухудшает свариваемости стали. Хром входит в состав многих легированных сталей, в том числе теплоустойчивых. [c.158]

На свариваемость металлов и сплавов оказывают влияния химические элементы, входящие в их состав. Свариваемость сталей изменяется в зависимости от содержания в ней углерода и легирующих элементов. [c.44]

Влияние водорода на образование трещин в сварных соединениях из сталей в зависимости от содержания в них легирующих элементов приведено на рис. 3.7. Возрастание эквивалентного содержания углерода в свариваемой стали заметно усиливает отрицательное воздействие водорода. [c.160]

Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ, обеспечивающие получение требуемого сварного соединения. На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. [c.224]

На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода. Для этого каждый легирующий элемент оценивают с точки зрения его влияния на твердость (закаливаемость) стали по сравнению с влиянием углерода. Эквивалентное содержание углерода, %, может быть определено из выражения [c.224]

Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, последовательность выполнения сварочных работ. На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. [c.163]

Хромоникелевые стали аустенитного класса хорошо свариваются всеми видами сварки. Однако при выборе способов сварки следует учитывать специфические свойства, оказывающие влияние на качество свариваемых изделий. К ним относятся низкая теплопроводность, более высокий коэффициент линейного расширения, чем у малоуглеродистой стали, и склонность к межкристаллитной коррозии. Первые два свойства обусловливают повышенное коробление изделий из этих сталей в процессе сварки. Причиной межкристаллитной коррозии стали может быть замедленное охлаждение или нагрев (например, при газовой и меньше при ручной дуговой сварке) в интервале температур 450— 850°С, при этом происходит выпадение карбидов хрома по границам зерен (кристаллов), вследствие чего внешние оболочки кристаллов обедняются хромом. Это способствует образованию межкристаллитной коррозии. Межкристаллитную коррозию предотвращают введением в сталь титана, вольфр ама, молибдена и других легирующих элементов, которые препятствуют выпадению карбидов хрома, а также изменяют процесс сварки. Чтобы уменьшить склонность стали к межкристаллитной коррозии и короблению изделий, сварку аустенитных хромоникелевых сталей необходимо вести так, чтобы обеспечить наименьшую зону нагрева при максимальной скорости сварки и охлаждении. При газовой и обычной дуговой сварке выполнение этих условий затруднено, так как имеет место замедленный нагрев (при газовой сварке) и медленное охлаждение после сварки. Поэтому возможен перегрев околошовной зоны и появление межкристаллитной коррозии. [c.114]

При дуговой сварке в инертных газах происходит очень быстрый и концентрированный нагрев свариваемых кромок и быстрое охлаждение за счет охлаждающего действия струи аргона. При сварке в аргоне легирующие элементы (хром, никель и др.) выгорают незначительно, поэтому отпадает необходимость дополнительного легирования шва. Кроме того, соверщенно исключается влияние на состав металла, флюсов и электродных покрытий. Швы, сваренные дуговой сваркой в защитных газах, обладают большей стойкостью против межкристаллитной коррозии, а изделие меньше коробится, чем при газовой и дуговой сварке покрытыми электродами и под флюсом. Склонность сталей к короблению особенно проявляется при сварке изделий из тонкого металла. [c.115]

Легирующие элементы оказывают существенное влияние на показатели свариваемости сталей. Увеличение содержания элементов, повышающих закаливаемость, сопровождается снижением сопротивления сварных соединений образованию холодных трещин [1]. Элементы, упрочняющие твердый раствор, способствуют, как правило, снижению ударной вязкости металла в околошовном участке ЗТВ сварных соединений. [c.170]

Свариваемость сталей зависит от содержания углерода, от степени легирования, от содержания примесей и структуры. Наибольшее влияние на свариваемость оказывает углерод. С увеличением содержания углерода и ряда легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. [c.27]

Свариваемость легированной стали зависит от влияния легирующих элементов на протяженность у-области и от их отношения к углероду и кислороду. Область утвердых растворов железа расширяют С, М, N1, Мп, Со, а элементы Сг, А1, 51, W, Мо, V, И, ЫЬ ее сужают. [c.36]

Исследование свариваемости стали ЮХНДП. При изучении свариваемости сталей и сплавов часто возникает необходимость исследования влияния одного или нескольких легирующих элементов на свойства металла шва. [c.54]

Применение циркония в металлургии обусловлено тем, что он является одним из энергичнейших раскислителей стали. Кроме того, связывая в прочные соединения азот и серу, цирконий, нейтрализует их вредное влияние на сталь. В сочетании с другими легирующими присадками цирконий повышает вязкость, прочность, износостойкость и свариваемость стали. Присаживают цирконий в сталь в виде сплавов, состав которых приведен в табл. 103. Цирконий является довольно распространенным элементом, содержание которого в земной коре составляет 0,02 %. Свойства наиболее важных минералов циркония приведены в табл. 104. Различают два основных типа месторождений циркония коренные и россыпи. Важнейшее значение имеют современные и древние прибрежно-морские россыпи, которые обычно представляют собой комплексные руды циркония и титана, реже содержащие также торий, уран и другие ценные элементы. Наиболее крупные месторождения циркония находятся в США, Индии, Бразилии и Австралии. Запасы циркониевых руд в СССР обеспечивают потребность отечественной промышленности в цирконии и его сплавах. Циркониевый концентрат поставляется по ОСТ 48-82—74 (табл. 105). Кроме того, циркониевый концентрат может содержать торий и уран, суммарно в эквиваленте не более 0,1 % тория. Это необходимо учитывать прн работе с циркониевым концеи- [c.316]

К а-тптановым относят сплавы, структура которых представлена в основном а-фазой. Основным легирующим элементом этих сплавов является алюминий. Оказывая весьма благоприятное влияние на свойства титана, алюминий обладает следующими преимуществами перед остальными легирующими компонентами. Он широко распространен в природе, доступен и сравнительно дешев. Удельный вес алюминия значительно меньше удельного веса титана, поэтому при введении алюминия уменьшается удельный вес сплавов и повышается их удельная прочность по удельной прочности а-титановые сплавы превосходят большинство нержавеющих и теплостойких сталей при температурах до 400—500° С. Жаропрочность и сопротивление ползучести сплавов титана с алюминием выше, чем у остальных сплавов с такой же степенью легирования титан с а-структурой является лучшей основой для сплавов, работающих при повышенных температурах, чем титан с Р-структурой. Алюминий повышает модуль нормальной упругости, способствуя повышению устойчивости изделий из титана. Двойные сплавы титана с алюминием, содержащие до 6% А1, термически стабильны и не охрупчиваются при нагреве до температур 400—500° С. Сплавы титан — алюминий коррозионноустойчивы при довольно высоких температурах и слабо окисляются это позволяет проводить горячую обработку титана с алюминием при более высоких температурах, чем нелегированного титана. Весьма ценным свойством сплавов титана с алюминием является их хорошая свариваемость эти сплавы даже при значительном содержании алюминия однофазны и поэтому не возникает охрупчивания в материале шва и в околошовяой зоне. [c.412]

О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода. Для этого каждый легирующий элемент оценивают с точки зрения его влияння на твердость (закаливаемость) ста- [c.224]

При применении в конструкциях ног.ы.ч марок сталей и сплавов необходимо помнить о химическом составе стали или сплава, о влиянии различных легирующих элементов в стали на ее свариваемость, об условиях сварки конструкционных и аустенитных сталей, об особенностях сварки того или иного сплава и в зависимости от этого принять такой метод и технологию сварки, которые гарантировали бы пвдучение высококачественного сварного соединения. [c.69]

Рассматривая совместное влияние проплавления и образования промежуточных сплавов в участке сплавления неаустенитной стали с аустенитным металлом шва, а также диффузии углерода через границу сплавления, обусловленной разницей активностей углерода, можно отметить положительное влияние никеля. С одной стороны, никель способствует уменьшению протяженности мартенситной области в участке сплавления, с другой — никель повышает активность углерода в аустенитном шве и тем самым препятствует диффузии в него углерода, ограничивая тем самым образование диффузионной неоднородности на границе сплавления. Однако, как следует из ранее сказанного, не во всех случаях нужно неограниченно повышать содержание никеля в аустенитном шве вплоть до перехода к аустенитным сплавам на никелевой основе. Нет нужды н в использовании высоконикелевых сплавов для сварки сталей с очень низким содержанием углерода (менее 0,1 %), тем более если они легированы карбидообразующими элементами, особенно злементами, дающими стойкие карбиды и сильно снижающими активность углерода в растворе этих сталей (V, N5, Т1, Мо, ). Прн малом содержании в свариваемой стали таких карбидообразующих элементов и повышенном содержании углерода нужно использовать высоконикелевые электроды. Целесообразно повышать содержание никеля в металле шва там, где отмечено разрушение конструкции по науглероженной, упрочненной зоне вблизи металла шва ка участке сплавления или же разруш ение происходит по мартенситному участку зоны сплав- [c.307]

Сварочные свойства легированных сталей зависят от процентного состава легирующих элементов. Т.к. простых, т.е. легированных только каким-то одним элементом, сталей практически не бывает, то влияние элементов сложнолегированной стали на технологический процесс сварки порой трудно предсказать. Поэтому технология сварки уточняется только при практических работах. Зная состав легированной стали свариваемых деталей, можно заранее вносить коррективы в процесс сварки на основе информации о влиянии на процесс сварки и получения качественного шва отдельных легирующих элементов, например [c.111]

Хром — Содержание в стали и влияние на сварку

Хром — Содержание в стали и влияние на сварку 33 Ц [c.515]

Кузнечная сварка (рис. 69,з) — соединение в одно целое двух концов стали, нагретых до температуры белого каления. Способность стали свариваться зависит от содержания в ней углерода и других примесей. С повышением содержания углерода до 0,5% сталь значительно утрачивает способность свариваться. Отрицательное влияние на свариваемость также оказывает содержание в стали хрома, кремния и особенно серы и фосфора. Содержание марганца улучшает свариваемость. Свариваемые концы предварительно оттягивают, затем накладывают плотно один на другой и проковывают в таком положении кувалдой до сварки в одно целое. [c.104]

На механические, физические и химические свойства стали большое влияние оказывают присадки легирующих элементов хрома, вольфрама, молибдена, ванадия, титана и др. Большинство специальных примесей и углерод повышают прокаливаемость стали, так как увеличивают устойчивость аустенита и замедляют процесс распада его при охлаждении. Основное влияние большинства специальных примесей и углерода заключается в том, что они снижают критическую скорость охлаждения и при определенном содержании могут вызвать закалку даже при охлаждении на воздухе. При сварке большинства легированных сталей вероятность образования мартенсита в наплавленном металле и в зоне термического влияния весьма высока, потому что скорость охлаждения после сварки довольно значительна и превышает скорость охлаждения на воздухе. Это является одним из основных затруднений при сварке легированных сталей. [c.172]

Когда содержание титана или ниобия находится на нижнем пределе по отношению к углероду, сталь не всегда стойка против межкристаллитной коррозии, особенно в условиях длительной службы деталей при умеренных температурах (500—800°). Это связано с влиянием азота, всегда присутствующего в стали, который связывает часть титана в нитриды, а такнкарбидов хрома при последующем охлаждении карбиды выделяются по границам зерен, сообщая стали склонность к межкристаллитной коррозии. Поэтому перегрев стали при термической обработке (выше 1100°) или сварке считается вредным, особенно в тех случаях, когда соотношение между титаном и углеродом находится на нижнем пределе. [c.1368]

Сварка легированной стали находится в большой зависимости от ее химического состава, при этом основное значение имеет количественное содержание углерода. Легирующие добавки влияют на свариваемость слабее углерода. Влияние легирующих примесей неодинаково, например, хром и марганец способствуют образованию трещин больше, чем никель. Благоприятно действует на свариваемость присадка титана. [c.191]

Закономерности развития диффузионных прослоек детально рассмотрены в литературе [29]. В работе [39] с помощью параметрической зависимости (п. 14) были подсчитаны значения ширины обезуглероженной прослойки за 10 я в зоне сплавления малоуглеродистой стали с аустенитными швами, имеющими около 15% хрома и переменное содержание никеля. При содержании Б шве до 20% никеля обезуглероженная прослойка за 10 ч возникает уже при температуре 350° С (рис. 130). С повышением содержания никеля в шве до 50—60% температура появления обезуглероженной прослойки на 10 ч повышается до 450° С, а при еще большем содержании никеля и до 500° С. Такое благоприятное влияние никеля делает электродные материалы на его основе наиболее перспективными для сварки конструкций, работающих при высоких температурах. Их преимуществами являются также близость коэффициентов линейного расширения шва к пер- [c.252]

Для повышения технологической прочности металла шва при сварке среднеуглеродистых, высокоуглеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей снижают количество углерода в электродных стержнях и электродной проволоке. При сварке легированных сталей одновременно уменьшают и содержание легирующих элементов, усиливающих отрицательное влияние углерода. Швы среднелегированных сталей дополнительно легируют марганцем и хромом, благоприятно влияющими на стойкость металла шва против образования горячих трещин. [c.557]

Когда содержание Ti или Nb в стали находится на нижнем пределе по отношению к С, сталь ие всегда обеспечивает отсутствие склонности к межкрнсталлитной коррозии, особенно в условиях длительной службы деталей при высоких температурах, С одной стороны, это связано с влиянием азота, всегда присутствующего в стали и образующего нитрнды титана, и, с другой стороны, влиянием высоких температур закалки. При закалке стали типа 18-8 с Ti с очень высоких температур часть карбидов хрома растворяется и ири замедленном охлаждении выделяется по границам зерен, сообщая стали склонность к межкристаллитной коррозии. Поэтому перегрев стали при термической обработке (выше 1100° С) или сварке считается вредным, особенно в тех случаях, когда соотношение между Ti и С находится на нижнем пределе по формуле Ti 5 (С — 0,03%). [c.146]

Отрицательное влияние ниобия на горячеломкость аустенитных швов тесно связано с характером его растворимости в никеле и железе. Ниобий, как и титан, способен давать легкоплавкую эвтектику с каждым из указанных элементов [22, 33]. В табл. 34 приведены данные о предельной растворимости и температуре эвтектики для бинарных сплавов никеля и железа с ниобием и титаном. Согласно нашим представлениям о природе кристаллизационных трещин, можно ожидать, что в тех случаях, когда шов содержит относительно мало никеля, т. е. представляет собой аустенитную сталь, наибольшую опасность должен представлять ниобий, а не титан. В пользу такого утверждения говорит относительно более низкая растворимость ниобия в лнизкая температура эвтектики в системе Fe—Ni по сравнению с эвтектикой Fe—Ti. Наоборот, при сварке высоконикелевых аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе следует ожидать отрицательного действия скорее титана, а не ниобия. В пользу этого утверждения говорит относительно более низкая температура эвтектики в системе N1—Ti по сравнению с эвтектикой Ni—Nb. Практика сварки аустенитных сталей, в общем, подтверждает эти предположения. При сварке сталей типа 18-8 ниобий опаснее титана. При сварке сталей с соотношением содержаний хрома и никеля, равным или меньшим единицы, например при сварке стали ЭИ696 (Х10Н20Т2), большую опасность представляет титан, а не ниобий. [c.209]

Кислород может вызывать горячие трещины при сварке аустенитных сталей. Его действие на первичную структуру, как указывалось, связано с окислением ферритообразующих элементов (титана, алюминия, кремния, ванадия, хрома) и находится в противодействии измельчающему влиянию азота. Изменения структуры, обусловленные действием кислорода, приводят к снижению стойкости шва против трещин. Кислород, по-видимому, способен сегрегировать в межкристаллических прослойках и изменять их состав и свойства. Усиление вредного влияния серы, ниобия и других элементов при сварке под флюсами с высоким содержанием SiOj, возможно, связано с образованием соответствующих соединений с кислородом, снижающих температуру затвердевания межкристаллических прослоек. Опыты по введению в зону сварки ржавчины, окалины и газообразного кислорода свидетельствуют о его способности вызывать горячие трещины в швах. [c.216]

Низкая температура окружающей среды во время процесса сварки низкоуглеродистой стали (сварка на холоде) также оказывает влияние на механические свойства наплавленного металла. При окружающей температуре иже —20° у стали Ст. 3 несколько понижается ударная вязкость наплавленного металла и заметно снижается угол загиба. Это свидетельствует о повышении хрупкости металла сварного шва, которая может давать в этом случае трещины уже в процессе сварки. Наибольшие трудности возникают при сварке на холоде сталей с повышенным содержанием углерода (свыше 0,25%), марганца, хрома и молибдена, склонных к закалке. В этом случае могут возникнуть трещины вследствие быстрого охлаждения участков, прилегающих к сварному шву, которые частично закаливаются и становятся более твердыми и хрупкими. Для предупреждения образования трещин сварку таких сталей на холоде следует производить с пр двар 1тольным подогревом места сварки 1цветных металлов не влияет на свойства наплавленного металла. [c.355]

Сварка при низких окружающих температурах. Низкая окружающая температура при выполнении сварки (сварка на холоде) также оказывает влияние на механические свойства наплавленного металла малоуглеродистой стали. При окружающей температуре ниже —20° у стали Ст. 3 несколько понижается ударная вязкость и заметно уменьшается угол загиба Это свидетельствует о повышении хрупкости металла сварного шва, и поэтому в нем могут образоваться трещины уже в процессе сварки на холоде Наибааьшие трудности возникают при сварке на холоде сталей с содержанием углерода свыше 0,25%, а также легированных марганцем, хромом, молибденом, склонных к закалке. В этом случае могут возникнуть трещины вследствие быстрого охлаждения участков, прилегающих к сварному шву, которые при этом частично закаливаются и становятся более твердыми и хрупкими Для предупреждения образования трещин такие стали на холоде следует сваривать с предварительным подогревом места сварки и медленным охлаждением шва после сварки. [c.135]

Образованию горячих трещин в высоколегированных аустенитных швах способствуют наличие серы, фосфора, кремния, ниобия, водорода, легкоплавких металлов (РЬ, п, 5п) увеличение толщины свариваемого металла повышение погонной энергии сварки укрупнение структуры увеличение соотношения содержаний никеля и хрома (увеличение запаса аустенитности). Особенно сильно снижает стойкость аустенитных однофазных швов против образования горячих трещин ниобий. В чистоаустенитном хромоннкелевом шве типа 05Х20Ы15 с весьма низким содержанием углерода, кремния и серы достаточно присутствия 0,30—0,35% ниобия, чтобы вызвать горячие трещины (по данным [48], достаточно 0,15—0,20% ниобия). Такое влияние ниобия обусловлено сильной дендритной ликвацией его из-за ограниченной растворимости в твердом растворе стали вследствие большой разницы между размером его атома и атома железа и образования в связи с этим карбо-нитридной эвтектики (обогащенной никелем) по границам дендритов с более низкой температурой плавления, чем основа металла шва. Ниобий снижает также пластичность шва, однако, подобно молибдену, он несколько уменьшает вредное действие кремния на стойкость хромоникелевого металла типа 25-20 против образования трещин [47]. [c.294]

Сварочные деформации предотвращают обычными методами, применяемыми при изготовлении сварных конструкций. Вместе с тем режимы сварки аустенитных сталей должны характеризоваться высокими скоростями, пониженным напряжением дуги и минимальным током. Полностью предотвратить образование горячих трещин предварительным подогревом или созданием принудительного сжатия металла шва и околошовных зон при помощи специальных приспособлений невозможно. В конструкциях, работающих при температуре до 600—650° С, эффективным средством борьбы с горячими трещинами является выполнение шва с аустенитно-ферритной структурой. Для этого применяют электроды и сварочные проволоки с повыщенным содержанием ферритообразующих элементов (хрома, молибдена, вольфрама и ниобия). В связи с вредным влиянием углерода на стойкость сварных швов при сварке сталей типа Х18Н10Т не рекомендуется применять проволоку, имеющую на поверхности следы графитовой смазки. [c.145]

Так, например, Б. И. Медовар [20] для обеспечения качественной сварки стали 18-8 рекомендует применять присадочную проволоку, в которой соотношение концентраций хрома и никеля составляет не менее 2,2. М. X. Шоршоров [15] считает, что с повышением аустенитно-сти (когда хромоникелевый эквивалент значительно меньше 1,1) сопротивляемость стали образованию горячих трещин резко снижается. По данным А. Г. Строева и В. П. Ворновицкого, избежать горячих трещин можно только в том случае, когда величина хромоникелевого эквивалента в металле шва будет больше 1,5. Повышение содержания никеля при сварке аустеиитных сталей увеличивает склонность к образованию горячих трещин. Такое влияние никеля на трещинообразование особенно следует учитывать при кислородно-флюсовой резке высоколегированных сталей. Ранее было отмечено, что в процессе резки хромоникелевых сталей на кромке повышается содержание никеля. Повышение концентрации никеля в оплавленном участке кромки может привести к утолщению жидких межкристаллических прослоек и к снижению температуры их затвердевания ввиду появления легкоплавких сульфидов и силицидов [20]. Это, следовательно, способствует возникновению горячих трещин в момент остывания кромки. Известно также, что в сложнолегированных сталях положение критических точек определяется величиной хромоникелевого эквива- [c.56]

Для обеспечения необходимого содержания феррита в аустенитных швах сварочные материалы, применяемые для сварки нержавеющих сталей, дополнительно легируют ферритизирующими элементами — хромом, кремнием, ванадием, титаном, молибденом. При этом следует учитывать отрицательное влияние ряда элементов (молибдена, кремния, ванадия) на общую коррозионную стойкость металла шва в окислительных агрессивных жидкостях. Лучше всего в таком случае пользоваться хромом, как в электродах ЦЛ-11, ЦТ-15 и др. [c.296]

Точечная свариваемость листа углеродистой стали

Сваривали образцы из углеродистой стали толщиной 0,8 мм № 1,8902 в виде полосы. Сварены полосы стыков внахлест и криволинейных конфигураций стыков. Были исследованы параметры сварки, такие как сварочный ток и время сварки. Представлена связь между площадью сварного шва и прочностными характеристиками соединения. Полученные результаты показали, что прочность сварного шва и площадь расплава (объем сварного шва) сильно увеличиваются с увеличением сварочного тока.Таким образом, соотношение между максимальной нагрузкой (силой соединения) и площадью было дано. Учитывалась надежная свариваемость при растягивающих и сдвиговых нагрузках. Поэтому были представлены новые пределы свариваемости для рассмотрения этих двух типов нагрузки. Более того, экспериментальные результаты сравнивались с эмпирическими зависимостями, учитывающими только толщину листа.

1. Введение

Точечная сварка сопротивлением (RSW) является наиболее распространенным методом соединения конструкций и пластин из различных материалов.Это связано с тем, что могут быть выполнены различные конфигурации соединений. Еще одно преимущество — возможность автоматизации станка. Следовательно, можно добиться желаемой надежности этих соединений. Тем не менее, на сегодняшний день необходимы дополнительные работы для исследования материалов, свариваемости и надежности этих соединений при различных нагрузках.

Однако углеродистая сталь 1.8902 использовалась в автомобилестроении и промышленности; свариваемость углеродистой стали; 1.8902 мало исследован.Легкость получения качественных точечных сварных швов при традиционных испытаниях на растяжение определялась в различных работах [1–6]. Были исследованы прочность сварного шва и площадь сварных швов, которые связаны с параметрами точечной сварки. В большинстве случаев для правильной точечной сварки необходимо контролировать три параметра, а именно: ток, время и давление электрода [3].

Сварочный ток проходит через стык, обеспечивая необходимое тепло для плавления за счет сопротивления зазора.Увеличение тока до критических пределов приведет к быстрому увеличению прочности ядра сварного шва из-за увеличения площади ядра сварного шва мягкой стали [7]. Влияние атмосферы, улучшающей сопротивление сдвигу и растяжению, было исследовано для RSW титановых листов [5]. Реакция прочности на увеличение тока закономерна для точечной сварки алюминиевых сплавов [7]. Время сварки — это вторая переменная, в течение которой может течь ток. Время сварки для RSW обычно рассчитывается по количеству циклов, записанных осциллографически.Обычные электронные таймеры могут использоваться также по секундам и преобразованы в цикл (1 сек 60 цикл). В [4] исследовано только оптимальное время сварки для соединения с отрывом и сдвигом 1,2 мм оцинкованных листов из хромированной стали. На переменное сопротивление () влияет приложенная сила (т. Е. Давление электрода) через ее влияние на контактное сопротивление [8, 9]. Увеличение контактного сопротивления увеличит скорость тепловыделения. Таким образом, давление электрода влияет на нагрев соединения, прежде всего, за счет влияния контактного сопротивления [7].Если автоматика давления не была доступна, диаметр электрода мог действовать по тому же правилу. В этом исследовании проводились систематические испытания на способность точечной сварки углеродистой легированной стали (1.8902). Эта сталь успешно сваривается обычным способом точечной сварки. Микроструктурное исследование не проводилось, поскольку цель данной работы — описать свариваемость материала. Таким образом, структурные характеристики соединения были представлены при растягивающих и сдвигающих нагрузках.

2. Экспериментальная программа

Испытание на растяжение было проведено для образцов внахлестку и отслаивание. Для сварки образцов использовался наконечник электрода диаметром 4 мм. Влияние параметров сварки на прочность соединения и площадь сварного шва углеродистой стали 1.8902 классифицировано для обоих типов образцов [10]. Программа включает испытания на растяжение для определения свариваемости углеродистой стали при двух различных режимах напряжений. Процедура проверки включает следующее.(1) Набор образцов с отслаиванием и нахлестом был сварен при различных условиях сварки (время сварки и сила тока). Кончик электрода был 4 мм. (2) Для определения прочности соединения было проведено испытание на статическое растяжение. Максимальная нагрузка является основным свойством с точки зрения проектирования, и площадь сварных швов была измерена. В зависимости от толщины применялся максимальный сварочный ток 7,2 кА, при котором может наблюдаться выброс. Образцы, соединенные при более низком сварочном токе 3,7 кА, не будут иметь достаточного размера сварного шва из-за меньшего тепловложения.

2.1. Материалы

Материал, использованный в этих испытаниях, состоял из одного листа углеродистой холоднокатаной стали (16 GS, 1.8902) с номинальной толщиной (0,8 мм). Поверхностное покрытие не применялось. Таблицы 1 и 2 показывают химический состав и механические свойства соответственно.


Обозначение стали	C	Cr	Ni	Mn	Si	Fe

16 GS (1.8902)	0,15	0,3	0,3	2,2	0,2	Рем.


Предел прочности (МПа)	Предел текучести со смещением 0,2%	Удлинение	Уменьшение площади

600	365 МПа	19%	50%

2.2. Сварочное оборудование

Оборудование для контактной точечной сварки, используемое в этом исследовании, представляло собой стандартную точечную сварку с коромыслом с ножным приводом (Bay Kay) с трансформаторной мощностью (15 кВА) и однофазной (220 вольт). Электродом была чистая медь (класс 1 RWMA), обладающая высокой теплопроводностью и электропроводностью. Тем не менее требуются некоторые механические свойства. Размеры контролировались процессом обработки наконечников электродов. Первоначально электроды были обработаны с диаметром плоского наконечника 4 мм и диаметром корпуса 16 мм, а угол наклона наконечника представлял собой усеченный конус 30 °.

Диаметр наконечника электрода был выбран в соответствии с соотношением Американского сварочного общества (AWS) [11]: где — диаметр наконечника электрода (дюймы), а — толщина листа (дюймы). Это соотношение может оказаться бесполезным для более тонких диапазонов толщины от 0,131 до 0,51 мм и для диапазонов толщины от 3,18 до 12,7 мм [11].

2.3. Процесс сварки

Процесс сварки проводился на образце определенных размеров; см. рисунок 1.Наборы сварочных образцов были изготовлены при различных параметрах сварного шва; см. Таблицу 3. Сначала время сварки и усилие на электродах поддерживались постоянными, а затем изменяли сварочный ток. Кроме того, диаметр острия электрода был фиксированным. Таким образом, были получены разные свойства сварных швов. Применяли четыре времени сварки и четыре тока. Было изготовлено шестнадцать комплектов образцов. Каждый набор состоит из трех экземпляров для каждого времени и тока. Следовательно, каждая точка на кривых представляет собой среднее из трех значений чтения.Сила на электроде была установлена постоянной и равной 1617 Н. Следовательно, для диаметра электрода 4 мм давление электрода было предложено равным 129 МПа.


Время сварки (цикл)	Сварочный ток (кА)	Давление на электроде (МПа)	Усилие на электроде (Н)

15, 30 , 45, 60	3,7, 5,8, 6,7, 7,2	129	1617

2.4. Испытания на растяжение и сдвиг

Статическая прочность была измерена с использованием обычных образцов на растяжение внахлест и образцов на отслаивание. Детали образцов и методы испытаний подтверждены практикой AWS [12]. Все сварные швы были испытаны на сдвиг при растяжении с использованием обычной гидравлической испытательной машины на растяжение (Adamel Lhomgery Dy. 25) модели EG04. Он был оснащен цифровым устройством для считывания показаний нагрузки и выдвижения. Доступная функция машины — поддерживать как максимальную нагрузку, так и прочность сварного шва [7, 13].

Образец сдвига внахлест из двух плоских пластин толщиной 0,8 мм с расстоянием перекрытия 25 мм был сварен, см. Рисунок 1 (а). Геометрия была максимально приближена к чистому сдвигу на стыке.

Образец, работающий в режиме отслаивания, был подвергнут комбинированному напряжению, создаваемому соединением участков на расстоянии от плоскости нагрузки; см. рисунок 1 (b). Напряжения представляли собой растягивающую нагрузку в сочетании с моментом вокруг точки сварки. Поведение было близко приближено к чистому напряжению [7].Полные размеры образцов подтверждены практикой AWS [11].

3. Определение свариваемости

Свариваемость точечной сварки углеродистой стали толщиной 0,8 мм определялась в виде лепестковых кривых. Эта кривая отображается как зависимость времени сварки от сварочного тока при одной из форм нагрузки. Он указывает диапазон условий, в которых могут быть получены удовлетворительные сварные швы. Лепестковая кривая будет получена путем проведения испытания на растяжение образцов, свариваемых при различных условиях времени и тока сварки, путем изменения времени сварки для заданного тока.Предел может быть найден, и кривая может быть установлена [7]. Образцы с более высоким и более низким сдвигом при растяжении, которые связаны с количеством подводимого тепла, были продемонстрированы следующим образом. (1) Верхний предел диапазона сварочного тока обычно рассматривается как минимальный ток, вызывающий вытеснение. (2) Нижний предел предел можно установить, определяя (2/3) каждый раз. Максимальный предел прочности на разрыв может поддерживаться сварным стержнем и увеличивать это значение, чтобы каждый раз пересекать ось -оси на графиках зависимости тока нагрузки от тока, которые получены при испытаниях на перегиб и отслаивание.Затем это значение будет спроектировано для получения минимального тока от оси -оси для каждого значения раз. (3) Первая точка на левой кривой (нижняя граница) имеет прочность соединения (2/3). Вторые точки правой кривой (верхняя граница), в которых происходит выброс в конце зоны сварки. (4) Когда сварка выполняется с током и / или временем, превышающим верхний предел на кривой лепестка, происходит выброс и поэтому считается неприемлемым. Напротив, сварные швы, которые выполняются с током или временем ниже нижнего предела, имеют ядра недостаточного размера.Таким образом, он будет хрупким и также будет считаться неприемлемым.

Поскольку свариваемость также описывает прочность соединения, и поскольку площадь сварного шва определяет прочность [14], Американское сварочное общество (AWS), Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Общество автомобильных инженеров (SAE) имеют рекомендуется (2) для оценки площади сварных швов () относительно диаметра электрода следующим образом: Тем не менее, согласно [12], площадь сращивания должна быть не менее: где — толщина самой тонкой из двух частей.Таким образом, можно оценить оптимальную площадь самородка для определенного диаметра электрода.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Результаты Lap-Test

В этом испытании образец точечной сварки был подвергнут комбинированным напряжениям сдвига и определенному количеству сквозных растягивающих напряжений. Экспериментальные результаты сосредоточены на текущих и временных эффектах.

4.1.1. Влияние сварочного тока и времени сварки

Сварочный ток имеет большое влияние на прочность на растяжение и сдвиг, а время сварки и диаметр электрода соответственно.Было измерено максимальное напряжение, которое указывало на прочность соединения. Прочность соединения и площадь сварных швов увеличиваются с увеличением сварочного тока до максимального значения, как показано на рисунке 2. Результаты согласуются с [6]. Такое же поведение было получено при увеличении времени сварки; см. Рис. 3. Результат [5] показал, что увеличение времени сварки и силы электродов увеличивает прочность на сдвиг при растяжении, то есть площадь сварного шва. В [5] также исследовалось влияние атмосферы аргона на сопротивление сдвигу при растяжении.

Прямая зависимость между током, прочностью соединения и площадью сварного шва согласуется с особенностями кривой AWS [14]. Площадь сварного шва быстро увеличивается с увеличением сварочного тока, от низких уровней тока до выталкивания при более высоких уровнях тока. Аналогичное поведение происходит с прочностью сварного шва. Потому что прочность соединения увеличивается по мере увеличения сварочного тока и площади. Тогда изгнание уменьшит расплавленный металл. Следовательно, увеличение сдвига при растяжении точечного сварного соединения объясняется увеличением площади сварного шва.Этот результат также хорошо согласуется с [3, 4, 6].

На рисунках 2 (b) и 3 (b) показано сравнение с (2) и (3). Было показано, что соотношение из AWS дает лучшую оценку. Однако эти линейные зависимости не учитывают увеличение площади из-за выделения тепла.

Сварка с диаметром электрода 4 мм и низким сварочным током (менее 3,7 кА) приведет к уменьшению площади сварного шва. Благодаря малой глубине и вдавливанию, а также меньшему диаметру соединение будет выдерживать меньшую нагрузку.Тем не менее площадь сварного шва и прочность соединения быстро увеличиваются после тока 5,8 кА. Обычно максимальные и минимальные параметры сварки зависят от геометрии продукта, типа и конструкции машины, а также материалов и конструкции электродов. Следовательно, необходимо будет изучить свариваемость определенного материала на производственной линии, чтобы получить все эти факторы в одних руках. Тем не менее, исследователи выбрали определенную пару параметров для изучения свариваемости металлов.

4.2. Результаты испытаний на отслаивание

Из-за конфигурации этого образца в месте точечной сварки будет развиваться более высокое растягивающее напряжение. Значительный крутящий момент возникает в зависимости от положения точки сварки от плоскости приложенной нагрузки. Поэтому результаты испытаний на растяжение этого типа образцов показывают низкую прочность при большом смещении. Этот результат хорошо согласуется с результатами [4, 9, 14]. Сварной шов не выдерживает приложенную нагрузку. Затем разрушение происходит при более низкой нагрузке по сравнению с соединением внахлест, при котором наггет испытывает напряжение сдвига с небольшим крутящим моментом вокруг самородка.

4.2.1. Влияние сварочного тока и времени сварки

Снова площадь сварного шва и прочность соединения увеличиваются с увеличением сварочного тока. Но были получены более низкие значения прочности соединения по сравнению с соединением внахлест, что согласуется с [12]; см. рис. 4. Однако площадь сварного шва образца отслаивания немного больше, чем измеренная для соединения внахлест [14].

Увеличение времени сварки от исходных значений вызывает увеличение площади сварных швов, что приводит к увеличению прочности соединения; см. рисунок 5.

Опять же (3) и (2) дают более низкое значение диаметра сварного шва в соответствии с толщиной листа. Следует подчеркнуть, что эти значения из (2) и (3) представляют собой только минимальный размер, который, как можно ожидать, выдержит нагрузку при определенной толщине.

5. Кривая свариваемости лепестков

Различные исследования посвящены параметрам, влияющим на точечную сварку; см. [2–8, 15]. Однако их цель состояла в том, чтобы исследовать способность точечной сварки, определение Лепестковых кривых представлено не было.На рис. 6 показана характерная кривая лепестка для углеродистой стали с номинальной толщиной 0,8 мм. На лист s

никакого покрытия не наносили.

Важные факторы обработки углеродистой стали

Существует много различных типов углеродистых сталей, каждая с разной степенью обрабатываемости.

Стали — это металлы на основе железа, к которым были добавлены другие химические элементы. Добавление этих элементов может создавать новые компоненты в металле, влияя на его механические свойства (твердость, предел текучести и растяжения, пластичность) и обрабатываемость. Стали считаются углеродистой сталью, если не указано минимальное содержание химических элементов, включая алюминий, хром, кобальт, колумбий, молибден, никель, титан, вольфрам или ванадий для эффекта легирования; когда указанный минимум для меди равен 0.40 или меньше; и когда не превышаются лимиты для следующих элементов: марганец — 1,65 процента; кремний — 0,60%; и медь — 0,60 процента.

Углеродистая сталь

Если обозначение марки стали начинается с «1», велика вероятность, что это углеродистая сталь. Стали серии 10ХХ (где ХХ или последние две цифры представляют среднее или среднее содержание углерода в данной марке) представляют собой простые марки углерода. Стали 11ХХ — это вторично сульфированные марки стали, не подлежащие механической обработке.Стали 12ХХ, повторно сульфированные и повторно фосфорированные, являются «лучшими» сплавами для механической обработки. Стали серии 15ХХ содержат более 1,00 процента марганца; серия 13ХХ имеет еще более высокое содержание марганца и является единственным исключением из правила «1 в качестве первой цифры означает углеродистую сталь». Стали 13ХХ (содержание марганца более 1,60%) считаются сплавами.

Тот факт, что система наименования сталей основана на химическом составе, показывает важность химических факторов для свойств, включая обрабатываемость этих сталей.Включение среднего содержания углерода в качестве последних двух цифр обозначения марки показывает важность углерода как основного определяющего фактора свойств марки стали.

Марки 1008 (среднее значение углерода 0,08), 1018 (среднее значение углерода 0,18) и 1045 (среднее значение углерода 0,45) — все углеродистые стали, но они имеют существенно разные свойства. Марка 1008 имеет высокую пластичность из-за низкого содержания углерода и лучше подходит для холодной высадки и формовки, чем для механической обработки. Марка 1018 широко используется во многих сферах применения, включая сварку, и часто выбирается из-за ее низкой стоимости.Марка 1045 часто выбирается из-за ее более высоких прочностных и механических свойств. Хотя содержание углерода в нем затрудняет сварку без специальных методов, 1045 широко используется в валопроводах и других деталях трансмиссии. (Прочтите «Влияние материалов на свариваемость углеродистой стали».)

Как твердость, так и обрабатываемость простых марок углеродистой стали повышаются для этих марок до определенного момента, после чего обрабатываемость снижается по мере того, как твердость продолжает расти.

Под микроскопом можно увидеть структуру, образовавшуюся в результате увеличения количества углерода.Углерод образует более темную и твердую фазу, называемую перлитом, которая состоит из феррита с вкраплениями слоев карбида железа, очень твердого компонента. Увеличение количества этой перлитной фазы, обусловленное содержанием углерода, объясняет повышение механических свойств стали, особенно твердости. Содержание углерода выше 0,60 в простых углеродистых сталях используется термическая обработка, называемая отжигом, для изменения микроструктуры и снижения твердости стали.

Углерод играет ведущую роль в обрабатываемости гладких углеродистых сталей, в первую очередь благодаря своему влиянию на объемные механические свойства, такие как твердость, растяжение, предел текучести и пластичность.

Роль серы

Обычные углеродистые стали «достигают пика» при содержании углерода от 0,18 до 0,22 процента до того, как обрабатываемость начинает снижаться из-за более высокой твердости в результате более высокого содержания углерода. Сталь с оптимальной обрабатываемостью — достаточно мягкая, чтобы легко образовывать стружку, и в то же время достаточно хрупкая, чтобы позволить стружке сломаться и отделиться, — обеспечивает более длительный срок службы инструмента и превосходную чистоту поверхности. В сталях 11ХХ, называемых вторично сернистыми сталями, используются добавки серы и марганца, чтобы попытаться создать этот мягкий, но хрупкий материал заготовки.

Сера соединяется с марганцем с образованием твердого, но неметаллического вещества включения, называемого сульфидом марганца. Сульфиды марганца действуют как неоднородности в стали, обеспечивая места зародышеобразования для разрушения стружки. Стали серии 11ХХ содержат больше серы и марганца, чем марки 10ХХ. Он более поддается механической обработке из-за сульфидов марганца, возникающих в результате увеличения содержания марганца и серы. (Марганец добавляется для связывания серы и предотвращения ее реакции с железом в стали с образованием сульфидов или пирита железа, которые становятся хрупкими при температурах прокатки стали.)

Эти включения сульфида марганца видны под микроскопом, обычно они имеют удлиненную форму и распределены по стали. Дополнительным преимуществом, обеспечиваемым этими сульфидами, является их роль в удержании наростов на кромке инструмента, на которую влияют антисварные свойства сульфида марганца.

Эффект холодной работы

Рис. 1. Эта диаграмма иллюстрирует влияние холодной обработки на механические свойства.
Марка	Предел прочности (psi)	Предел текучести (psi)	% удлинение	% Уменьшение площади	Твердость по Бринеллю
1008 HR	44 000	24 500	30	55	86
1008 CD	49 000	41 500	20	45	95
% Изменение	11.4	69,4	-33,3	-18,2	10,5

1018 HR	58 000	32 000	25	50	116
1018 CD	64 000	54 000	15	40	126
% Изменение	10,3	68,8	-40.0	-20,0	8,6

1045 HR	82 000	45 000	16	40	163
1045 CD	91 000	77 000	12	35	179
% Изменение	11,0	71,1	-25,0	-12,5	9.8
Деформация при холодной деформации увеличивает растяжение, текучесть и твердость при одновременном снижении пластичности, что измеряется уменьшением% удлинения и% уменьшения площади.

В горячекатаном состоянии после прокатки простые углеродистые стали обычно имеют механические свойства, показанные в записи HR для трех марок, показанных на рисунке 1. Большинство прутков для механической обработки являются холоднотянутыми, что увеличивает предел прочности и текучести. твердость и снижает пластичность, измеренную по процентному удлинению и процентному уменьшению площади.Свойства холоднотянутого материала показаны в строке с надписью CD для каждой из трех марок. Линия процентного изменения показывает процентное влияние холодной обработки на механические свойства стали.

Холодное волочение — это многоступенчатый процесс, при котором прутки сначала очищаются абразивно-дробеструйной очисткой для удаления окалины твердого абразивного оксида, а затем восстанавливаются в холодном состоянии путем протягивания через твердосплавный штамп, размер которого меньше начального диаметра прутка, в результате чего получается равномерное количество стержням передают холодную обработку.(Это называется «холодным волочением», потому что в процессе не происходит преднамеренного добавления тепла.) После волочения прутки выпрямляются и разрезаются по длине пилой или ножницами перед упаковкой для отправки.

Представляем классы 12XX

Мы видели, что простые углеродистые стали достигают оптимальной обрабатываемости (около 35 процентов от производственного показателя 1212 хода инструмента в минуту) и твердости в диапазоне от 125 до 140 BHN. Мы видели, как добавление серы (и марганца) может улучшить обрабатываемость стали.На рис. 1 показано, как холодная обработка путем холодного волочения может улучшить механические свойства стали и за счет увеличения прочности устранить липкость. В сталях серии 12ХХ все эти подходы объединяются, чтобы создать продукт, оптимизированный для обработки:

Низкоуглеродистый — 12L14 обычно плавится до 0,15 максимального углерода; 1215 обычно плавится до 0,09 максимум, чтобы не допустить превышения желаемой твердости после холодного волочения.
Элементы для холодной обработки — Марганец, фосфор и иногда азот добавляются для улучшения реакции этих марок на деформацию холодной обработки при холодном волочении.Эти упрочняющие элементы позволяют использовать более тяжелую подачу, что увеличивает производительность в цехе.
Добавление серы — значительное количество серы добавляется для создания полезных сульфидов марганца, которые способствуют обрабатываемости, действуя как неоднородности в материале и контролируя наросты на кромке инструмента.
На рис. 2 показаны производственные характеристики и данные твердости для 1215 и 12L14.

Рейтинг и твердость для 1215 и 12L14

Рис.2. Ниже приведены производственные показатели и твердость для 1215 и 12L14.
Марка	Твердость по Бринеллю	Скорость (SFM)	Подача (IPR)	об / мин	дюймов линейного перемещения инструмента в минуту	Ход инструмента в% от 1018
1215	167	225	0.003	860	2,58	273
12L14	167	280	0,0035	1070	3,745	397
При производстве 1215 и 12L14 различаются только содержанием свинца, при этом обе марки плавятся, как правило, до максимального содержания углерода 0,09. Удерживая низкий уровень углерода при добавлении фосфора и марганца для улучшения деформационного упрочнения (а также марганца и серы для образования сульфидов марганца), эти марки обеспечивают перемещение инструмента примерно на 300% или более за единицу времени, чем 1018.

Этилированный или неэтилированный

Для обеспечения максимальной производительности автоматических машин обычно используются добавки свинца, висмута, селена и теллура. Консолидация мировой сталелитейной промышленности сделала свинец и висмут наиболее доступными сегодня вариантами. Однако другая «неэтилированная» сталь, называемая 12T14, доступна от Laurel Steel (Онтарио, Канада). В этой стали используется олово для улучшения обрабатываемости.

Добавление свинца в сталь, когда он еще находится в жидком состоянии, приводит к осаждению свинца в виде частиц чистого металлического свинца на головках и хвостах сульфидов марганца, распределенных по стали.Чистый свинец мягче стали и имеет коэффициент трения, сопоставимый с коэффициентом трения графитовой смазки. Из-за того, что свинец играет роль внутренней смазки, он позволяет обрабатывать сталь на более высоких скоростях, чем его неэтилированный аналог.

Широко известно, что свинец способствует обрабатываемости, но относительный вклад свинца по сравнению с серой известен мало. Например, сорт 1117 практически идентичен сорт 1018, за исключением марганца и серы. Тем не менее, увеличение производительности (измеряемое в дюймах хода инструмента в минуту) составляет 33 процента, что связано с увеличением содержания серы.Добавление свинца к 1018 для получения 10L18 увеличивает производительность на 27 процентов, в то время как добавление свинца к 1117 приводит к увеличению производительности на 65 процентов, чем 1018. Эти различия в производительности показывают, что задействованы два разных механизма. Добавление серы контролирует наросты на кромке инструмента, так что максимальная температура во время резки приходится на наросты, а не на инструмент, что способствует увеличению срока службы инструмента и увеличению скорости и подачи. Кроме того, внимательное изучение стружки покажет, что она становится тоньше в повторно сульфированных сталях, демонстрируя уменьшение деформационного упрочнения инструментом.По мнению некоторых экспертов, на деформационное упрочнение приходится до 75 процентов тепла, выделяемого при резке.

Свинец, с другой стороны, действует как внутренняя смазка, уменьшая трение, что приводит к гораздо менее значительному улучшению производства механической обработки. Поскольку были разработаны другие технологические средства для отвода тепла во время обработки (например, подача СОЖ под высоким давлением и с высокой скоростью), важность свинца уже не так критична, как раньше.

Считается, что в стали 12Т14 добавка олова улучшает обрабатываемость за счет его сегрегации на границах зерен стали.Это позволяет отделить зерна с меньшими усилиями и меньшей энергией, чем в аналогичных сталях, не обработанных оловом, во время обработки. Хотя скорости и подача для 12T14 не всегда равны таковым для 12L14, многие тысячи тонн были проданы для приложений, в которых не указывается свинец и производительность выше, чем у 1215.

ELV, RoHS и WEEE

Многие механические мастерские в Северной Америке начинают получать запросы от своих клиентов на сертификацию их деталей, изготовленных из стали, на соответствие требованиям Европейского Союза для транспортных средств с истекшим сроком службы (ELV), Ограничения использования опасных веществ (RoHS) и Отходов электрических и электронных устройств. Директивы по оборудованию (WEEE).Каждая из этих директив имеет целью запретить свинец, но каждая фактически разрешает содержание свинца в качестве «легирующего элемента» в сталях до 0,35%, согласно заявлениям об исключениях и приложениям. Если сертификация материалов показывает содержание свинца от 0,15 до 0,35 процента, стальные детали соответствуют этим директивам.

Общая обрабатываемость

Обрабатываемость углеродистых сталей определяется рядом факторов. Микроструктура, холодная обработка и содержание углерода, серы, марганца, фосфора, азота и свинца — все это играет важную роль в повышении производительности обработки.Как правило, более высокое содержание серы способствует более высокой подаче за счет уменьшения деформационного упрочнения стружки и сохранения однородной наростной кромки инструмента. Добавление свинца обеспечивает более высокие скорости, поскольку его смазывающее действие снижает трение и, следовательно, тепло. Оба механизма продлевают срок службы инструмента. Для приложений, не требующих свинца, может подойти 1215 или фирменный сплав серии 12XX с добавлением олова (12T14). Когда машинист задается вопросом, почему так много различий между разными партиями или марками стали, вариации, которые могут возникнуть в любом из вышеупомянутых факторов, должны дать им отправную точку для понимания.

Коэффициенты твердости

Марка	Твердость по Бринеллю	Скорость (SFM)	Подача (IPR)	об / мин	дюймы линейного хода инструмента в минуту	Ход инструмента в% от 1212
1212		225	0,0031	860	2.666	100
1008	95	110	0,0016	420	0,672	25
1015	111	120	0,0018	458	0,8244	31
1018	126	130	0,0019	497	0,9443	35
1022	137	130	0.0019	497	0,9443	35
1025	126	120	0,0018	458	0,8244	31
1030	149	115	0,0017	438	0,7446	28
1040	170	105	0,0015	382	0.573	21
1045	179	95	0,0014	360	0,504	19
1050	197	90	0,0014	344	0,4816	18
1060	183	85	0,0013	324	0,4212	16
По мере увеличения количества углерода твердость увеличивается, как и обрабатываемость — до определенного предела.За пределами 0,22 углерода дополнительная твердость препятствует механической обработке. Использование таких добавок, как сера, свинец и низкоуглеродистая сталь, улучшает обрабатываемость стали марок 11ХХ и 12ХХ.

Влияние серы и свинца на обрабатываемость

Рис. 3. Эта диаграмма показывает вклад серы в обрабатываемость.
Марка	Твердость по Бринеллю	Скорость (SFM)	Подача (IPR)	об / мин	дюймов линейного перемещения инструмента в минуту	Ход инструмента в% от 1018
1018	126	130	0.0019	497	0,9443	100
10L18	126	150	0,0021	573	1,2033	127
1117	137	150	0,0022	573	1,2606	133
11L17	137	172	0.0024	649	1,5576	165
Единственная разница между 1018 и 1117 заключается в сере и марганце. Добавление серы в 1117 обеспечивает на 33% больше перемещения инструмента в минуту. Свинец в 10L18 улучшает ход инструмента всего на 27%, несмотря на то, что он почти в 3 раза больше свинца, чем добавленная сера в 1117. (Свинец составляет максимум 0,35 в 10L18, а сера — максимум 0,13 в 1117.)

Влияние температуры деформации на развитие микроструктуры и механические свойства низкоуглеродистой высокомарганцевой стали

В данной работе рассматривается влияние температуры деформации в диапазоне от -40 ° C до 200 ° C на эволюцию микроструктуры и механические свойства низкоуглеродистая высокомарганцевая аустенитная сталь. Температурный диапазон был выбран таким образом, чтобы выдерживать время обработки листа или автомобильной аварии. Результаты экспериментов показывают, что предел текучести и предел прочности при растяжении постепенно ухудшаются с увеличением температуры испытания на растяжение.Доминирующий механизм, ответственный за деформационное упрочнение стали, изменяется в зависимости от температуры деформации, которая связана с изменениями энергии дефекта упаковки (ЭДУ). При повышении температуры деформации двойникование уменьшается, а роль дислокационного скольжения возрастает.

1. Введение

Среди новых марок стали, разработанных для применения в кузовах автомобилей [1–5], высокомарганцевые аустенитные стали являются привлекательными материалами для автомобильной промышленности благодаря их уникальному сочетанию высокой прочности, пластичности и формуемости.Высокомарганцевые стали характеризуются высокой скоростью деформационного упрочнения в результате эффектов TRIP (пластичность, вызванная превращением), TWIP (пластичность, вызванная двойникованием) или SIP (пластичность, вызванная сдвигом) [6, 7]. В литературе уже имеется множество отчетов о механических свойствах сталей с высоким содержанием Mn TRIP или TWIP. Большинство из них характеризуют влияние параметров термообработки на микроструктуру, механические свойства [8–11] и коррозионное поведение сталей [12, 13].

Преобладающий механизм упрочнения этих сталей сильно зависит от химического состава, особенно от содержания углерода, марганца, алюминия и кремния. Механизм деформации зависит также от энергии дефекта упаковки, скорости деформации и температуры. TRIP-эффект преобладает, когда SFE ниже 25 мДж / м. ² — некоторая доля аустенита превращается в мартенситы ε или α ′. Когда значение SFE находится в диапазоне 25–60 мДж / м ², возникают двойники деформации (эффект TWIP).Если значение SFE выше 60 мДж / м ², сталь упрочняется в основном за счет наклепа. Алюминий сильно увеличивает ЭДУ, тогда как кремний вызывает противоположный эффект [14–16].

Изменение температуры деформации существенно влияет на ЭДУ, что, в свою очередь, влияет на характер упрочнения. Shterner et al. сообщили [17], что повышение температуры деформации стали TWIP Fe-0.6C-18Mn-1Al вызвало снижение предела текучести, предела прочности на разрыв, а также общего и равномерного удлинения.Наивысшие механические свойства стали TWIP были обнаружены при комнатной температуре. Они постепенно уменьшаются с повышением температуры деформации. Они также сообщили [17], что деформационное упрочнение объясняется сложными микроструктурными изменениями, вызванными динамической деформацией, включая динамическое восстановление, дислокационную диссоциацию, образование дефектов упаковки, механическое двойникование и динамическое деформационное старение.

Asghari et al. В [18] механизмы упрочнения классифицированы в зависимости от характерных температурных режимов при испытаниях на однонаправленное сжатие: 25–300 ° С, 300–700 ° С, 700–1000 ° С.Сталь Fe-0,07C-18Mn-2Si-2Al показала эффект пластичности, вызванной трансформацией (эффект TRIP), как основной механизм деформации от 25 ° C до 200 ° C, тогда как двойникование при деформации (эффект TWIP) началось с 200 ° C до 300 ° C. ° C. При температуре выше 700 ° C динамическая реставрация, восстановление и рекристаллизация играют ключевую роль в эволюции микроструктуры экспериментальной стали в соответствии с уменьшением SFE. Аналогичные результаты были получены Salas-Reyes et al. [19] для стали Fe-0.1C-21Mn-2.5Si-1.6Al при испытаниях на сжатие в диапазоне температур от 25 ° C до 1000 ° C.Локальный состав стали может измениться во время горячей деформации, например, из-за вызванного деформацией осаждения или разложения, что приведет к изменениям ЭПС [19].

Eskandari et al. В работе [20] изучалась пластичность стали Fe-0.45C-22Mn-1.5Al-1.5Si при одноосных испытаниях на растяжение в горячем состоянии в интервале температур 700–1100 ° C при постоянной скорости деформации. Они указали, что пиковое напряжение уменьшается с увеличением температуры с 250 МПа при 700 ° C до 30 МПа при 1100 ° C.Наибольшая пластичность обнаружена в интервале промежуточных температур (800–900 ° C). Это было вызвано динамической рекристаллизацией.

До сих пор механическое поведение низкоуглеродистых высокомарганцевых сталей в диапазоне температур 20–200 ° C и ниже комнатной температуры исследовалось редко [18, 19]. Большинство публикаций касается механических свойств высокоуглеродистых высокомарганцевых сталей при повышенных температурах: 700–1000 ° C, которые имитируют условия горячей прокатки. Таким образом, целью данной статьи является определение влияния температуры деформации на эволюцию микроструктуры и механические свойства низкоуглеродистой высокомарганцевой стали в диапазоне температур от -40 ° C до 200 ° C, который выбирается для того, чтобы выдерживать при листовой штамповке или автокатастрофе.

2. Методика эксперимента

2.1. Материал

Химический состав используемой стали X6MnSiAlNbTi26-3-3 приведен в таблице 1. Углерод и марганец являются основными стабилизаторами аустенита, тогда как кремний и алюминий были добавлены для обеспечения упрочнения твердого раствора. Небольшие количества Nb и Ti добавляли для дисперсионного упрочнения и измельчения зерна. Химический состав стали существенно влияет на ЭДУ, что связано с механизмами упрочнения [14–16].


C	Mn	Si	Al	S	P	Nb	Ti	N	O

0,065	26,00	3,08	2,87	0,013	0,002	0,034	0,010	0,0028	0,0006

Стальной слиток (25 кг) был приготовлен под вакуумом таяние.Затем его подвергли горячей штамповке на высокоскоростном гидравлическом прессе с давлением ковки 300 тонн в диапазоне температур от 1200 ° C до 900 ° C. Плоские прутки после ковки подвергали горячей прокатке до толщины 4,5 мм. Термомеханическая обработка включала горячую прокатку плоских образцов за 3 прохода (при температурах: 1050 ° C, 950 ° C и 850 ° C) до конечной толщины ∼2 мм, полученной при температуре чистовой прокатки 850 ° C. Горячая прокатка проводилась на реверсивном прокатном стане при окружной скорости валков 0.65 м · с ⁻¹. После термообработки раствора при 900 ° C в течение 20 мин следовало быстрое охлаждение водой до комнатной температуры.

2.2. Испытания на растяжение

Образцы на растяжение толщиной 2 мм были изготовлены из горячекатаного листа вдоль направления прокатки для исследования влияния температуры деформации на развитие микроструктуры и механические свойства. Испытания на растяжение проводились при −40 ° C, 20 ° C, 80 ° C, 140 ° C и 200 ° C со скоростью деформации 5 × 10 ⁻³ с ⁻¹ с использованием универсального испытания INSTRON 4505. машина.

2.3. Определение микроструктуры

Микроструктурный анализ был выполнен с использованием оптического микроскопа Zeiss Axio Observer Z1m. Детали микроструктуры выявлялись с помощью растрового электронного микроскопа Zeiss SUPRA 25, работающего при 20 кВ. Образцы в исходном состоянии и после испытаний на растяжение механически шлифовали бумагой SiC до сетки 1500, полировали Al ₂ O ₃ и затем протравливали с использованием 5% нитала для наблюдения микроструктуры.

3.Результаты и обсуждение

3.1. Развитие микроструктуры

Микроструктура стали X6MnSiAlNbTi26-3-3 в исходном состоянии показана на рис. 1. Зерна аустенита относительно крупные и вытянутые вдоль направления прокатки. Также наблюдались двойники отжига.

Результаты, полученные в результате испытаний на растяжение, указывают на взаимосвязь между температурой испытания, микроструктурой и механическими свойствами. Микроструктура стали, деформированной при статическом испытании на растяжение при -40 ° C, характеризуется наличием аустенитных зерен, вытянутых в соответствии с направлением приложенной растягивающей нагрузки.С уменьшением температуры деформации SFE уменьшается [18], поэтому механическое двойникование произошло как основной механизм упрочнения (рис. 2 (а)). Низкий SFE приводит к снижению уровня стресса, необходимого для запуска процесса двойникования. СЭМ-изображение также показало наличие полос скольжения (рис. 2 (б)). Shterner et al. сообщили [17], что в стали Fe-0.6C-18Mn-1Al механические двойники зарождались на границах зерен, а затем распространялись по внутренней части зерна по мере увеличения степени деформации.Количество деформационных двойников в микроструктуре связано с увеличением плотности дислокаций в процессе деформации. Микроструктура стали, деформированной при комнатной температуре, аналогична микроструктуре, полученной при −40 ° C. Это касается количества пересекающихся линий и полос скольжения, а также многочисленных двойников деформации. Возникновение эффекта пластичности, вызванного преобразованием (TRIP) или механизма двойникования (TWIP), является обычным явлением при относительно низкой температуре испытаний. Shterner et al. [17] сообщили, что при уровне деформации 0.4, объемная доля механических двойников уменьшилась с 11,2% при комнатной температуре до 5% и 2,9% при 100 ° C и 200 ° C соответственно.

Микроструктура образца, деформированного при 80 ° C, указывает на доминирующую роль пересекающихся линий и полос скольжения (рис. 2 (c) и 2 (d)). Количество двойников деформации меньше, чем в образцах, деформированных при −40 ° C и 20 ° C. Повышение температуры испытания до 80 ° C приводит к увеличению SFE, что ограничивает возникновение двойников. Деформация образца при 140 ° C способствует скольжению дислокаций как основному механизму деформации, в то время как образование двойников сильно ограничено.Преобладающим механизмом деформации при 200 ° C, по-видимому, является скольжение дислокаций (Рисунки 2 (e) и 2 (f)). Chen et al. [21] подтвердили, что в аустените, деформированном в области без рекристаллизации, можно наблюдать полосы деформации, которые перекрывают зерна примерно параллельными линиями. Мартенситы ε или α ′ в интервале температур от −40 ° C до 200 ° C не наблюдались. Такое поведение характерно для сталей, характеризующихся ЭДУ> 20 мДж / м ², что обусловлено химическим составом.

3.2. Механические свойства

Механические свойства стали, испытанной на растяжение при каждой температуре, показаны в таблице 2, что указывает на сильную температурную зависимость.


Температура ( T )		Предел прочности (UTS) (МПа)	Предел текучести (YS _0,2) (МПа)	YS _0,2 / UTS	Общее удлинение (TE) (%)

1	−40 ° C	834	577	0.69	43,4
2	20 ° C	743	554	0,75	43,8
3	80 ° C	676	527	0,78	41,8
4	140 ° C	617	511	0,83	43,4
5	200 ° C	604	509	0,84	22,4

На рис. 3 показаны кривые истинное напряжение-истинная деформация в диапазоне температур от –40 ° C до 200 ° C.Сталь X6MnSiAlNbTi26-3-3 показала лучшие механические свойства при -40 ° C, имея предел прочности (UTS) 834 МПа, предел текучести (YS) 577 МПа и общее удлинение 43,4% (рисунки 3-5). . При -40 ° C преобладающим механизмом, ответственным за упрочнение стали при высокой деформации, является двойникование (рис. 2 (а) и 2 (б)). Соотношение YS / UTS в этом случае составляет 0,69, что указывает на относительно высокий потенциал роста (Рисунок 5).

Сталь, деформированная при 20 ° C, характеризуется несколько более низкими механическими свойствами (YS = 584 МПа; UTS = 743 МПа), чем сталь, деформированная при -40 ° C (рисунок 4).Соотношение YS / UTS увеличивается до 0,75 (Рисунок 5). Это показывает постепенное снижение интенсивности упрочнения с повышением температуры деформации. Общее удлинение остается на том же уровне ~ 43,8% (рис. 5). Сочетание высокой прочности и пластичности как при -40 ° C, так и при комнатной температуре в основном связано с механизмом двойникования. При 80 ° C механические свойства снизились: YS = 527 МПа и UTS = 676 МПа (рисунок 4), что связано с уменьшением плотности двойников деформации (рисунки 2 (в) и 2 (г)) и постепенное увеличение лесхоза.Соотношение YS / UTS увеличилось до 0,78 (Рисунок 5). При повышении температуры возрастает роль линий и полос скольжения в пластической деформации. Однако уменьшение общего удлинения относительно невелико (~ 2%) по сравнению с образцом, деформированным при 20 ° C (Рисунок 5). Такое небольшое уменьшение обусловлено сочетанием механического двойникования и скольжения и общей высокой пластичностью аустенитной фазы.
Образец, деформированный при 140 ° C, показывает более низкий эффект упрочнения, чем образцы, деформированные в более низком диапазоне температур (рис. 3).YS и UTS составляют 511 МПа и 617 МПа соответственно. Отношение YS / UTS при этой температуре соответствует 0,83 (Рисунок 5). Это свидетельствует о значительном снижении интенсивности упрочнения. Это также отражается на наклоне кривой σ — ε (Рисунок 3). Температура 140 ° C способствует скольжению дислокаций как основному механизму деформации. Тем не менее, смена доминирующего механизма деформации от двойникования к дислокационному скольжению все еще не слишком вредна для полного удлинения (43.4%), но эти условия сильно влияют на прочностные свойства.
Механические свойства, определенные для образца, деформированного при 200 ° C, являются самыми низкими по сравнению с результатами, полученными при более низких температурах (таблица 2). YS и UTS составляют 509 МПа и 604 МПа соответственно (Рисунок 4), а YS / UTS = 0,84 (Рисунок 5). Небольшой наклон кривой σ — ε , показанной на рисунке 3, указывает на минимальную интенсивность упрочнения. Образец, деформированный при 200 ° C, характеризуется быстрым снижением пластичности, выраженным как наименьшее общее удлинение = 22.4% (рисунок 5). Пластичность почти вдвое ниже по сравнению с другими образцами. Значительное снижение пластичности связано с исчезновением механического двойникования и повышением значимости диффузионных процессов, активируемых при повышенных температурах.
Asghari et al. [18] сообщили, что механическое двойникование, происходящее внутри аустенитных зерен в результате изменения температуры деформации, сильно влияет на механическое поведение стали. Механические двойники разделяют аустенитные зерна и уменьшают длину свободного пробега дислокаций.Таким образом, двойниковые границы действуют как сильные барьеры для движения дислокаций. Следовательно, более высокие механические свойства отражают возникновение механического двойникования. Механические двойники наблюдались в микроструктурах образцов, деформированных в интервале температур: –40–80 ° C (рис. 2 (а) –2 (г)). Эскандари и др. [20] наблюдали механические двойники в интервале температур 150–600 ° C при сжатии стали Fe-0,1C-21Mn-2,5Si-1,6Al-0,02Nb-0,02Ti-0,01V. Shterner et al. [17] показали, что механические свойства, такие как YS и UTS Fe-0.Сталь 6С-18Мн-1А снизилась с увеличением температуры испытания на растяжение: от YS = 500 МПа и UTS = 1000 МПа при комнатной температуре до YS = 430 МПа и UTS = 840 МПа при 200 ° С. Общее удлинение было высоким между 20 ° C и 100 ° C (60–65%) и постепенно снижалось выше 100 ° C (например, 47% при 200 ° C).
Сталь наиболее интенсивно проявляет эффект TWIP при -40 ° C. Механические двойники были обнаружены до ∼80 ° C. Asghari et al. [18] и Eskandari et al. [20] наблюдали эффект TWIP в интервале температур 200–300 ° C.Кажется, что сталь демонстрирует оптимальный TWIP-эффект при более низких температурах. Чтобы получить лучший эффект TWIP при комнатной температуре и при повышенных температурах, может потребоваться некоторое изменение химического состава стали. Ожидается, что эффект TWIP может быть усилен за счет снижения содержания алюминия и марганца, когда SFE при комнатной температуре будет высоким.
Считается, что механическое двойникование существенно влияет на деформационное упрочнение сталей с высоким содержанием Mn.Наличие в микроструктуре механических двойников блокирует движение дислокационного скольжения [17, 21]. Постепенное увеличение количества механических двойников и повышение уровня деформации препятствуют локализации деформации. Показатель деформационного упрочнения n постепенно увеличивается по мере увеличения степени деформации (Рисунок 6). Наибольшее значение n экспоненты = 0,46 было получено при -40 ° C (Рисунок 7). Это связано с доминирующим характером механизма двойникования, который уменьшается с увеличением температуры деформации.С увеличением температуры испытания потенциал упрочнения, выраженный в виде значений n , постепенно уменьшается. Shterner et al. [17] предположили, что взаимодействия скользящих дислокаций с дефектами упаковки имеют больший вклад в деформационное упрочнение (область плато) по сравнению с механическим двойникованием при комнатной температуре. Настоящая сталь имеет относительно небольшой размер зерен (большая площадь границ зерен), что значительно усиливает взаимодействие между дислокациями и границами зерен.Однако при 200 ° C границы зерен начинают терять армирующий характер из-за инициирования диффузионных процессов.

Температура деформации сильно влияет на скорость деформационного упрочнения (рис. 8). Форма кривых типична; то есть значения d σ / d ε быстро уменьшаются в начальном диапазоне деформации. Затем скорость деформационного упрочнения стабилизируется на постоянном уровне для образцов, деформированных между -40 ° C и 140 ° C из-за совместного возникновения деформационного двойникования и деформационного скольжения.Различный уровень деформационного двойникования при разных температурах отражается в разном постоянном значении d σ / d ε . Это примерно 1900–1800 МПа для температуры −40 ° C и около 1000 МПа для образца, деформированного при 140 ° C. Иное поведение наблюдается для образца, деформированного при максимальной температуре деформации, где наблюдается непрерывное уменьшение скорости деформационного упрочнения из-за отсутствия деформационного двойникования.

4. Выводы
В настоящем исследовании изучалось влияние температуры деформации на эволюцию микроструктуры и механические свойства низкоуглеродистой стали с высоким содержанием Mn.Сталь показала лучшие механические свойства при -40 ° C благодаря эффекту TWIP. Предел текучести и предел прочности при растяжении постепенно ухудшались с увеличением температуры деформации от -40 ° C до 200 ° C. Снижение механических свойств связано с уменьшением вклада двойникования, тогда как скольжение дислокаций увеличивается. Значительное снижение пластичности произошло при 200 ° C из-за отсутствия механического двойникования, а процессы диффузии активировались при повышенных температурах.
Трение, возникающее при формовании стального листа или аварии, очень часто может привести к повышению температуры формованной металлической детали до ~ 100 ° C. Чтобы максимизировать потенциальное применение стали с высоким содержанием Mn, следует изменить ее химический состав, чтобы снизить ее ЭПЭ в желаемом диапазоне температур от 20 ° C до 100 ° C. В результате оптимальное окно механических свойств сместится в сторону более высоких температур. Один из вариантов — снизить содержание алюминия.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.
.
Кованые поковки из углеродистой стали — что такое кованая сталь
Углеродистая сталь
, также называемая простой углеродистой сталью, представляет собой ковкий металл на основе железа, содержащий углерод, небольшое количество марганца и другие элементы, которые изначально присутствуют. Стали могут быть отлиты для придания формы или деформированы в различные прокатные формы, из которых формируются готовые детали, обрабатываются, кованы, штампованы или имеют другую форму.
Литые стали разливают почти до окончательной формы в песчаных формах. Затем отливки подвергаются термообработке для достижения заданных свойств и механической обработке до требуемых размеров.Кованая сталь проходит две операции. Сначала его разливают в слитки или разливают в пряди. Затем металл повторно нагревается и подвергается горячей прокатке в готовую деформируемую форму. Горячекатаный прокат отличается окалиной поверхностью и обезуглероженной коркой. После этого горячекатаный пруток может быть обработан в два этапа. Во-первых, кислотное травление или дробеструйная очистка удаляют окалину. Затем холодная вытяжка через матрицу и повторная правка улучшают свойства поверхности и прочность. Горячекатаный прокат также может подвергаться холодной обработке с помощью таких процессов удаления металла, как токарная обработка или шлифование.Кованая сталь может быть впоследствии подвергнута термообработке для улучшения обрабатываемости или регулирования механических свойств.
Поковка из углеродистой стали
Поковки из углеродистой стали Углеродистая сталь
выпускается марок от C1006 до C1095, причем содержание углерода увеличивается от 0,06% до 0,95%.
Посмотреть больше //
Инвентаризация углеродистой стали
Типы углеродистой стали
Углеродистые стали могут характеризоваться химическим составом, механическими свойствами, методом раскисления или термической обработки (и полученной микроструктурой).
Состав: Кованые стали чаще всего определяют по составу. Ни один элемент не контролирует характеристики стали; скорее, комбинированные эффекты нескольких элементов влияют на твердость, обрабатываемость, коррозионную стойкость, предел прочности при растяжении, раскисление затвердевающего металла и микроструктуру затвердевшего металла.
Действие углерода, основного упрочняющего и упрочняющего элемента стали, включает повышение твердости и прочности, а также снижение свариваемости и пластичности.Для гладких углеродистых сталей наилучшую обрабатываемость обеспечивает от 0,2 до 0,25% C. Выше и ниже этого уровня обрабатываемость горячекатаной стали обычно ниже.
Стандартный состав деформируемой стали (как для углеродистой, так и для легированной стали) обозначается четырехзначным кодом AISI или SAE, последние две цифры которого указывают номинальное содержание углерода. Марки углеродистой стали:
10xx: Обычный углерод
11xx: Ресульфурированный
12xz: Ресульфурированный и повторно фосфорированный
15xx: без серы, Mn более 1.0%
Буква «L» между второй и третьей цифрами указывает на свинцовую сталь; «B» обозначает борсодержащую сталь. Углеродистые литые стали обычно указываются по маркам, таким как A, B или C. Марка A (также LCA, WCA, AN, AQ и т. Д.) Содержит максимум 0,25% C и 0,70% Mn. Стали класса B содержат 0,30% C и 1,00% Mn, а стали класса C содержат 0,25% C и 1,20% Mn. Такое содержание углерода и марганца обеспечивает хорошую прочность, ударную вязкость и свариваемость. Литые углеродистые стали соответствуют требованиям ASTM A27, A216, A352 или A487.
Технология микролегирования позволила создать новую категорию сталей, которая по стоимости и характеристикам занимает промежуточное положение между углеродистыми сталями и сплавами. Эти промежуточные стали состоят из обычных углеродистых сталей, к которым в процессе производства стали добавляются незначительные количества легирующих элементов — обычно менее 0,5% для улучшения механических свойств. Значительно увеличиваются прочность и твердость.
Любая сталь основного сорта может быть микролегирована, но этот метод впервые был использован при производстве листовой стали несколько лет назад.Совсем недавно к прутковым изделиям стали применяться микролегирование, чтобы исключить необходимость в операциях термической обработки после ковки деталей. В автомобилях и грузовиках используются шатуны, валы нагнетателей, стабилизаторы поперечной устойчивости, U-образные болты и универсальные шарниры. Другое применение — насосные штанги для нефтяных скважин и анкерные болты для строительной отрасли.
Механические свойства: Литые и деформируемые изделия часто задаются для удовлетворения определенных механических требований в конструкционных приложениях, где формовка и механическая обработка не являются обширными.Если для стали указаны только механические свойства, производитель может скорректировать анализ стали (в определенных пределах) для получения требуемых свойств. Свойства могут отличаться в зависимости от поперечного сечения и размера детали.
Механические испытания обычно указываются при одном из двух условий: требования к механическим испытаниям и отсутствие химических пределов для любого элемента или требования к механическим испытаниям и химические предельные значения для одного или нескольких элементов при условии, что такие требования технологически совместимы.
Метод раскисления: жидкая сталь содержит растворенный кислород — важный элемент в реакции производства стали. То, как этот кислород удаляется или может уйти, когда металл затвердевает, определяет некоторые свойства стали. Так что во многих случаях «метод раскисления» указывается в дополнение к химическим составам AISI и SAE.
Для «обезвреженных» сталей могут быть добавлены такие элементы, как алюминий и кремний, для химического соединения с кислородом, удаляющего большую часть его из жидкой стали.Обработанная сталь часто используется для горячей штамповки, цементации и других процессов или применений, где требуется максимальная однородность. В листовой стали старение контролируется гашением — обычно алюминием. Стали, предназначенные для использования в литом состоянии, всегда гибнут. По этой причине стали для литья всегда полностью раскислены.
С другой стороны, для сталей с ободком кислород (в форме окиси углерода) быстро выделяется на протяжении всего процесса затвердевания. Наружная оболочка сталей с оправой практически не содержит углерода и очень пластична.По этим причинам стали с ободками часто используются для холодной штамповки. Стали с краями часто доступны марок с содержанием менее 0,25% C и 0,60% Mn.
Сегрегация — неоднородное изменение внутренних характеристик и состава, возникающее в результате перераспределения различных легирующих элементов во время затвердевания, — может проявляться в стали с бортиком. По этой причине они обычно не предназначены для горячей штамповки или для применений, требующих однородности.
Стали с заклепками и полукруглостями по поведению, свойствам, степени окисления и сегрегации находятся между сталями с закраинами и закругленными кромками.Стали с покрытием, например, подходят для определенных применений холодной штамповки, потому что они имеют мягкую, пластичную поверхностную оболочку, которая тоньше, чем оболочка из стали с ободом. Для других применений холодной штамповки, таких как холодная экструзия, больше подходят раскисленные стали.
Микроструктура: Микроструктура углеродистых и легированных сталей в прокатанном или литом состоянии обычно состоит из феррита и перлита. Эту базовую структуру можно значительно изменить с помощью различных термических обработок или методов прокатки.Сфероидизированная отожженная структура будет состоять из сфероидов карбидов железа и сплавов, диспергированных в ферритной матрице для обеспечения низкой твердости и максимальной пластичности, что может потребоваться для операций холодной штамповки. Закалка и отпуск обеспечивают оптимальное сочетание механических свойств и ударной вязкости, получаемых от стали. Размер зерна также может быть важным аспектом микроструктуры. Вязкость мелкозернистых сталей обычно выше, чем у крупнозернистых сталей.
Стали для свободной механической обработки: несколько углеродистых сталей для механической обработки доступны в виде отливок, горячекатаных или холоднотянутых прутков и листов.Обрабатываемость сталей улучшается несколькими способами, в том числе:
Добавление таких элементов, как свинец (свинцовые стали, такие как 12L13 и 12L14), фосфор и сера (репофосфорированные, ресульфированные стали, такие как 1211, 1212 или 1213), сера («только ресульфурированные» стали например, 1117, 1118 или 1119), а также теллериум, селен и висмут («супер» стали для свободной механической обработки)
Холодная обработка
Снижение уровня остаточного напряжения (обычно с помощью термообработки для снятия напряжения)
Регулировка микроструктуры для оптимизации обрабатываемости
.

Влияние углерода на свариваемость стали: Углерод — Содержание в стали влияние на сварку

Углерод — Содержание в стали влияние на сварку

Свариваемость легированных сталей: влияние легирующих элементов, ухудшение

Основные виды легированной стали и ее свойства

Низколегированный материал: характеристики

Свариваемость легированной стали

Чем опасен обычный водород?

Особенности сварки легированной стали

Свариваемость стали.

Как влияет содержание углерода на свойства сталей

Состав стали с углеродом

Какие свойства у стали с разным содержанием углерода?

Виды углеродистой стали по степени раскисления

Чем отличаются инструментальные и конструкционные стали?

Сферы применения углеродистых сталей

Влияние химического состава на свариваемость арматурной стали

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали

Хром — Содержание в стали и влияние на сварку

Точечная свариваемость листа углеродистой стали

1. Введение

2. Экспериментальная программа

2.1. Материалы

2.2. Сварочное оборудование

2.3. Процесс сварки

2.4. Испытания на растяжение и сдвиг

3. Определение свариваемости

4. Результаты и обсуждение

4.1. Результаты Lap-Test

4.1.1. Влияние сварочного тока и времени сварки

4.2. Результаты испытаний на отслаивание

4.2.1. Влияние сварочного тока и времени сварки

5. Кривая свариваемости лепестков

Важные факторы обработки углеродистой стали

Углеродистая сталь

Роль серы

Эффект холодной работы

Эффект холодной работы

Представляем классы 12XX

Рейтинг и твердость для 1215 и 12L14

Этилированный или неэтилированный

ELV, RoHS и WEEE

Общая обрабатываемость

Коэффициенты твердости

Влияние серы и свинца на обрабатываемость

Влияние температуры деформации на развитие микроструктуры и механические свойства низкоуглеродистой высокомарганцевой стали

1. Введение

2. Методика эксперимента

2.1. Материал

2.2. Испытания на растяжение

2.3. Определение микроструктуры

3.Результаты и обсуждение

3.1. Развитие микроструктуры

3.2. Механические свойства

4. Выводы

Конфликт интересов

Кованые поковки из углеродистой стали — что такое кованая сталь

Поковка из углеродистой стали

Инвентаризация углеродистой стали

Типы углеродистой стали

Добавить комментарий Отменить ответ