Как влияет высокое содержание серы и фосфора на свариваемость стали?

18 ответов на вопрос “Как влияет высокое содержание серы и фосфора на свариваемость стали?”

  1. Htylol909 Ответить



    Главная>>Свариваемость
    сталей>>Влияние легирующих элементов на свариваемость

    Влияние легирующих элементов на свариваемость сталей
    Влияние легирующих элементов на свариваемость сталей часто
    имеет решающее значение. Конечно, на свариваемость
    сталей влияет и толщина свариваемых металлов и вид сварки
    и температура окружающей среды и чёткое соблюдение технологии сварки.
    Даже плохо свариваемые стали можно успехом сваривать, если обеспечить нужную
    интенсивность нагрева, и охлаждения. А также, провести термообработку до и после
    сварки. И, наоборот, стали, сваривающиеся без ограничений, можно сварить с множеством
    дефектов
    в сварном шве.
    Но, хотя факторов, влияющих на свариваемость сталей несколько, именно химический
    состав стали играет главную роль. Потому что и технология сварки и применяемый
    вид
    сварки зависят, в большинстве случаев, от химического состава свариваемой
    стали.

    Как влияют основные легирующие элементы и примеси на свариваемость
    сталей

    Не все легирующие
    элементы влияют на свариваемость сталей отрицательно. Какие-то элементы
    могут оказывать положительное влияние на свариваемость, а, какие-то, при небольшом
    содержании, вовсе не оказывают заметного влияния на процесс
    сварки металлов.

    Влияние углерода на свариваемость стали

    Углерод является наиболее распространённым и важных компонентом в составе углеродистых
    и других сталях. Углерод, во многом, определяет свойства стали при её обработке
    и сварке, и, во многом, определяет группу
    свариваемости стали. Сварка
    низкоуглеродистых сталей, с содержанием углерода до 0,25% происходит без
    ограничений. Среднеуглеродистые стали, с содержанием углерода свыше 0,25% и
    до 0,35% свариваются удовлетворительно. Стали, содержащие в своём составе углерода
    более 0,35%, свариваются ограничено, а высокоуглеродистые стали с содержанием
    углерода более 0,45% относятся к трудносвариваемой группе сталей.

    Влияние серы на свариваемость сталей

    Сера является вредной примесью в стали и содержание её с составе стали не допускается
    более, чем 0,05%. Сера, вступая во взаимодействие с железом, образует сернистое
    железо Fe2S3 которое имеет температуру
    плавления более низкую, чем у стали, и является трудно растворимым в расплавленной
    стали.
    В процессе кристаллизации стали, сернистое железо кристаллизуется между кристаллами
    металла сварного шва. Это приводит к возникновению горячих трещин.

    Влияние фосфора на свариваемость сталей

    Фосфор, также как и сера, является вредной примесью в составе сталей и его
    содержание не допускается более, чем 0,05%. Фосфор, соединяясь с железом, образует
    фосфористое железо, которое обладает высокой хрупкостью и придаёт стали хладноломкость.

    Влияние кремния на свариваемость

    Обычно, содержание кремния в стали составляет от 0,02% до 0,3%. При таком содержании
    заметного влияния на свариваемость стали легирование кремнием не оказывает.
    Если содержание кремния в составе стали повышенное и составляет 0,8-1,5%, то
    процесс варки затрудняется, т.к. кремний повышает жидкотекучесть стали и, взаимодействуя
    с металлом, образует тугоплавкие химические соединения.

    Влияние марганца на свариваемость сталей

    Обычно, содержание марганца в стали колеблется в пределах 0,3-0,8%. Считается,
    что при содержании до 1,5-2% марганец не оказывает существенного влиянии на
    свариваемость. При повышенном содержании марганца (свыше 2%), механические свойства
    стали (прочность, твёрдость, склонность к закалке) возрастают, а это приводит
    к риску образования холодных
    трещин при сварке.
    При сварке сталей, с высоким содержанием марганца (более 11%), происходит его
    выгорание. В этом случае необходимо восполнять марганец через электродное покрытие,
    флюсы или другими способами.

    Влияние хрома на свариваемость

    Содержание хрома с составе сталей обычно находится в пределах до 0,3%. При
    содержании хрома в стали менее 1% сильного влияния на свариваемость он не оказывает.
    Однако, при повышенном содержании хрома он снижает свариваемость стали из-за
    образования тугоплавких оксидов Cr2O3. Кроме того, в зоне
    термического влияния резко повышается твёрдость из-за образования карбидов
    хрома Cr2С3. Также хром способствует появлению закалочных структур.

    Влияние никеля на свариваемость

    Обычно, содержание никеля в составе стали не превышает 0,3%, однако, в легированных
    сталях его содержание может достигать 35%. Никель способствует измельчению зёрен
    метала, улучшает пластичность стали и её прочность и оказывает положительное
    влияние на свариваемость, особенно, если в составе стали повышенное содержание
    хрома. Поэтому, стали, с высоким содержанием хрома, часто легируют никелем.

    Влияние молибдена на свариваемость

    Молибден часто присутствует в составе теплоустойчивых сталей с содержанием
    0,15-0,8%. В сталях, которые эксплуатируются в условиях высоких температур и
    ударных нагрузок, его содержание может достигать 5% и более.
    Молибден способствует измельчению зёрен металла, повышает прочность и ударную
    вязкость. Однако, оказывает отрицательное влияние на свариваемость, т.к. способствует
    образованию трещин в металле сварного шва и в зоне термического влияния. При
    сварке молибден быстро выгорает, поэтому, необходимы меры, препятствующие его
    выгоранию в процессе сварки.

    Влияние ванадия на свариваемость

    Содержание ванадия в сталях обычно находится в пределах 0,2-1,5%. Ванадий увеличивает
    механические свойства стали (прочность, ударную вязкость, упругость) и снижает
    свариваемость, т.к. является причиной появления закалочных структур в металле
    сварного шва и в зоне термического влияния.

    Влияние вольфрама на свариваемость

    Вольфрам содержится в сталях в пределах 0,8-18%. Он увеличивает твёрдость,
    и теплостойкость стали, снижая, при этом, её свариваемость. При сварке вольфрам
    легко окисляется и выгорает.

    Влияние титана и ниобия на свариваемость

    Титаном и ниобием легируют нержавеющие и жаропрочные стали и их содержание,
    обычно, находится в пределах 0,5-1%. Титан и ниобий хорошо образуют карбиды,
    поэтому, препятствуют образованию твёрдых карбидов хрома. При сварке нержавеющих
    сталей ниобий повышает риск образования
    горячих трещин. Титан отрицательного влияния на свариваемость не оказывает.
    Дополнительные материалы по теме:

  2. muck2004 Ответить

    Сера и фосфор являются очень вредными примесями в металле шва, резко снижающими качество сварного соединения. Сера и фосфор в металл шва могут попадать из основного и электродного металла, из электродных покрытий. Чем меньше содержание серы и фосфора в основном металле и электродах, тем выше их качество.
    В сварочной ванне сера вступает в соединение с железом, образуя сернистое железо. Температура плавления и кристаллизации сернистого железа ниже, чем у стали, поэтому оно при кристаллизации сварочной ванны остается еще жидким в виде прослоек между кристаллами стали и является одной из причин образования горячих трещин по границам зерен — явление красноломкости стали.
    Чтобы уменьшить содержание серы в металле шва, в состав электродных покрытий вводят марганец (в виде ферросплавов) и кальций (в виде извести). Эти элементы имеют большое сродство с серой и связывают ее в прочные соединения, переходящие в шлак.
    Присутствие фосфора в металле повышает его хрупкость в холодном состоянии. Фосфор способствует росту зерен в процессе кристаллизации сварочной ванны. В результате снижаются пластичность и ударная вязкость, появляется неоднородность структуры металла шва. Это явление носит название хладноломкости стали.
    Удаление фосфора из сварочной ванны осуществляется путем связывания его в прочные химические соединения, переходящие в шлак, при помощи окислов железа и кальция, содержащихся в электродных покрытиях.
    Защита зоны сварки
    Для получения высококачественного сварного соединения необходимо обеспечить защиту зоны сварки от окружающей атмосферы (газов). Электродные покрытия обеспечивают газошлаковую защиту зоны сварки. Расплавляясь в процессе сварки, они образуют газ, окружающий зону сварки, и шлак, обволакивающий капли расплавленного электродного металла и покрывающий сварочную ванну. Газ и шлак преграждают доступ окружающего воздуха в зону сварки. В состав покрытий вводятся компоненты, которые обеспечивают в процессе сварки необходимую металлургическую обработку сварочной ванны.

  3. Droomka Ответить

    Влияние элементов, содержащихся в сталях, на их свариваемость

    Углерод. Малоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми видами сварки. С увеличением содержания углерода в стали повышается твердость и снижается пластичность. Металл в сварном соединении закаливается, и образуются трещины. В результате интенсивного окисления углерода при сварке образуется значительное количество газовых пор.
    Марганец. В количестве 0,3…0,8 % марганец не ухудшает свариваемость стали. Является хорошим раскислителем и способствует уменьшению содержания кислорода в стали. При содержании марганца 1,5…2,5 % свариваемость ухудшается и возможно появление трещин из-за увеличения твердости стали и образования закалочных структур.
    Кремний. Содержание кремния в углеродистых сталях незначительно (0,03…0,35 %). Кремний вводят как раскислитель, и при содержании до 1 % он не влияет на свариваемость. С увеличением содержания кремния более 1 % свариваемость ухудшается, так как образуются тугоплавкие окислы, которые приводят к появлению шлаковых включений. Металл сварного шва имеет повышенные прочность, твердость и хрупкость.
    Хром. В углеродистых сталях содержание хрома не превышает 0,25 % и в таком количестве его влияние на свариваемость не значительно. Конструкционные стали типа 15Х, 20Х, 30Х, 40Х содержат от 0,7 до 1,1 % хрома. При таком содержании хрома твердость увеличивается, а свариваемость ухудшается, особенно с увеличением содержания углерода. Стали, содержащие значительное количество хрома (Х5, 1X13, Х17) имеют самую плохую свариваемость. При сварке образуются тугоплавкие окислы, снижается химическая стойкость стали и образуются закалочные структуры.
    Никель. Никель повышает прочность и пластичность металла сварного соединения и не ухудшает свариваемость.
    Молибден. В теплоустойчивых сталях содержание молибдена составляет 0,2…0,8 %, а в специальных сталях, предназначенных для работы при высоких температурах, увеличивается до 2…3 %. Молибден значительно повышает прочность и ударную вязкость стали, но вызывает склонность к образованию трещин, как в самом шве, так и в переходной зоне.
    Ванадий. Ванадий повышает прочность сталей. Содержание его в инструментальных и штамповых сталях достигает 1,5 %. Ванадий ухудшает свариваемость, так как способен сильно окисляться и при сварке необходимо вводить в зону плавления активные раскислители.
    Вольфрам. Содержание вольфрама в специальных (инструментальных и штамповых) сталях составляет до 2 %. Стали с содержанием вольфрама имеют значительную твердость и прочность при высоких температурах. Вольфрам ухудшает свариваемость, сильно окисляется и поэтому сварка требует особых приемов.
    Титан и ниобий. Титан и ниобий улучшают свариваемость стали. При сварке высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей углерод взаимодействует с хромом и образуются карбиды хрома. Это приводит к уменьшению содержания хрома по границам зерен, образованию межкристаллитной коррозии и разрушению сварных швов. При введении в стали титана или ниобия в количестве 0,5…1 % происходит их взаимодействие с углеродом, что препятствует образованию карбидов хрома.
    Медь. В сталях, используемых для ответственных конструкций, содержание меди составляет 0,3…0,8 %. Медь улучшает свариваемость, повышает прочность, пластические свойства, ударную вязкость и коррозионную стойкость сталей.
    Сера. Повышенное содержание серы приводит при сварке к образованию горячих трещин. Наибольшее допускаемое содержание серы до 0,06 %.
    Фосфор. Повышенное содержание фосфора ухудшает свариваемость, так как вызывает при сварке появление холодных трещин. Допускается содержание фосфора в углеродистых сталях не более 0,08 %.
    Кислород. Кислород ухудшает свариваемость стали, снижая ее механические свойства – прочность, пластичность, ударную вязкость.
    Азот. Азот из окружающего воздуха при охлаждении сварочной ванны образует нитриды железа, которые повышают прочность и твердость стали и значительно снижают пластичность.
    Водород. Водород попадает в сварочную ванну из влаги и коррозии на поверхности металла, скапливается в отдельных местах сварного шва, образует газовые пузырьки, вызывает появление пористости и мелких трещин.

  4. medvedmed Ответить

    Сера может попасть в сварочную ванну из основного металла, сварочной проволоки, различных покрытий и флюсов. Взаимодействуя с железом, сера образует раз­личные сернистые соединения, из которых наиболее вред­ным является сульфид железа FeS. В период кристалли­зации сульфид железа образует эвтектику FeS—Fe, кото­рая имеет меньшую, чем сталь, температуру плавления — 940 С. Эвтектика, располагаясь между зернами кристал­лизующегося металла, вызывает образование горячих тре­щин (красноломкость).
    Фосфор в металле шва содержится в виде фосфидов железа FeP и FeP2, Фосфиды вызывают снижение удар­ной вязкости металла шва.
    Для уменьшения вредных влияний фосфора и серы вводятся элементы, способные образовывать с ними не­растворимые в металле соединения (удаление в шлак). С этой целью, например, в сварочную проволоку и обмазку Электрода вводят кальций и марганец.
    С другой стороны, закись железа может вступать в реакции взаимодействия с углеродом, кремнием и мар­ганцем, окисляя их:
    FjO + С -» Fe + СО;
    2FeO + Si’-» 2Fe + Si02;
    FeO + Mn —> Fe + MnO.
    Таким образом, углерод, кремний и марганец могут выполнять функцию раскислителей.
    Окись углерода, которая образуется в процессе свар­ки, вызывает кипение и разбрызгивание металла. Кипе­ние сварочной ванны до начала процесса кристаллиза­ции способствует удалению посторонних металлических включений; кипение же металла во время кристаллиза­ции сварного шва приводит к тому, что образующиеся пузырьки окиси углерода не успевают выделяться в ат­мосферу и остаются в сварном шве в виде газовых пор. Для уменьшения этого эффекта также вводятся раскис — лители (кремний и марганец).

  5. doxoc15123lleve Ответить

    В связи с этим рассмотрим подробнее их влияние на свойства низколегированных сталей для строительных конструкций.
    Влияние фосфора
    При исследовании низкоуглеродистой стали Ст3 было установлено, что вследствие зональной ликвации в пределах листа наблюдалась существенная неоднородность по химическому составу и механическим свойствам. Неоднородность оказалась столь значительной, что позволила проследить в широком диапазоне концентраций совместное влияние фосфора и углерода на предел текучести.
    Особенно сильно отрицательное влияние фосфора проявляется в сталях, содержащих более 1 % Si, так как последний вытесняет фосфор из твердого раствора в зернограничные области, что ослабляет границы и повышает степень ликвации фосфора.
    Вместе с тем имеются исследования, в которых показано, что при высоких, а также очень низких скоростях охлаждения, соответствующих закалке и отжигу, увеличение содержания фосфора до 0,04 % понижает порог хладноломкости стали и начинает оказывать резко отрицательное влияние лишь при концентрации, большей 0,04%.
    Влияние содержания фосфора на вязкие свойства марганцовистой стали повышенной прочности авторы изучали на двух сериях плавок с 0,17 % С, 1,5 % Mn и 0,03 % Si, раскисленных титаном. Плавки одной серии содержали около 0,5% Si, в металле других плавок кремний практически отсутствовал (<0,03% Si). Из нормализованных листов толщиной 11 мм образцы вырезали поперек направления прокатки. У стали без кремния ударная вязкость очень резко падает при повышении содержания фосфора от 0,003 % до 0,04 %, далее это снижение происходит монотонно и при 0,12% Р ударная вязкость достигает весьма низких значений. Ударная вязкость стали, содержащей около 0,5% Si, при всех изученных концентрациях фосфора выше, чем у стали без кремния. Обращает на себя внимание то, что при изменении содержания фосфора от 0,003 % до 0,04 % ударная вязкость имеет тенденцию к росту, а затем монотонно снижается; кривая имеет характерный максимум при содержании фосфора около 0,04%.
    Металлографическим исследованием установлено, что увеличение ударной вязкости стали при указанных концентрациях фосфора связано с измельчением зерна. Увеличение содержания фосфора сверх 0,04 % приводит к укрупнению зерен феррита. При этом отдельные зерна имеют ориентировку, напоминающую видманштеттовую, что свидетельствует об увеличивающейся тенденции к росту аустенитного зерна. При дальнейшем увеличении содержания фосфора сталь начинает проявлять склонность к перегреву и участки с видманштеттовой структурой занимают все большую площадь.
    Отрицательное влияние фосфора на качество стали может быть несколько уменьшено добавками в нее кремния и алюминия.
    Добавка около 0,05% Аl в кремнистую сталь, содержащую 0,12% фосфора, устраняет склонность стали к перегреву и резко увеличивает ударную вязкость. Температура перехода в хрупкое состояние остается на том же уровне, что и для стали, содержащей до 0,02% Р. Положительное влияние кремния значительно слабее — присадка 0,5 % Si в сталь, содержащую 0,12 % Р, сдвигает границы критического интервала хрупкости приблизительно на 25° С в сторону отрицательных температур.
    Ослабление вредного влияния фосфора раскислением и легированием привело к созданию специальных сталей с повышенным сопротивлением атмосферной коррозии с содержанием фосфора и 0,1%. Эта сталь в прокате толщиной до 10 мм характеризуется достаточно удовлетворительной хладостойкостью.

  6. Bester2 Ответить

    Углерод (С) – одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание «С» приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту – ЗТВ) и появлению трещин.
     Сера (S) и фосфор (P) – вредные примеси. Повышенное содержание «S» приводит к образованию горячих трещин – красноломкость, а «P» вызывает хладноломкость. Поэтому содержание «S» и «P»  в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4÷0,5%.
     Кремний (Si) присутствует в сталях как примесь в к-ве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании «Si» свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании «Si» – до 0,8÷1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов «Si», ухудшающих свариваемость.
     Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% – процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием «Mn» в к-ве 1,8÷2,5% возможно появление закалочных структур и  трещин в металле ЗТВ.
     Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7÷3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.
     Никель (Ni) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных – до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является пре­валирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.
     Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2÷0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.
     Молибден (Мо) в сталях ограничивается 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.
     Титан и ниобии (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.
     Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8÷1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

  7. sympal Ответить

    Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали
    Фосфор, сера – вредоносные примеси. Содержание данных химических элементов для низкоуглеродистых сталей 0,4-0,5%.
    Углерод – важный компонент в составе сплавов, который определяет такие показатели, как закаливаемость, пластичность, прочность, другие свойства материала. Содержание углерода в пределах 0,25% не воздействует на качество сварки. Наличие более 0,25% данного хим. элемента способствует формированию закалочных соединений, зоны термического влияния, образуются трещины.
    Медь. Содержание меди как примеси не более 0,3%, как добавки для низколегированных сталей – пределах 0,15-0,50%, как легирующего компонента – не более одного процента. Медь улучшает коррозионную стойкость металла, при этом не ухудшает показатели качества сваривания.
    Марганец. Содержание марганца до одного процента не затрудняет сварочный процесс. Если марганца 1,8-2,5%, то не исключается образование закалочных структур, трещин, зоны термического влияния.
    Кремний. Этот химический элемент присутствует в металле как примесь — 0,30 процентов. Такое количество кремния не влияет на показатель качества соединения металлов. При наличии кремния в пределах 0,8-1,5%, он выступает легирующим компонентом. В данном случае существует вероятность формирования тугоплавких оксидов, ухудшающих качество соединения металлов.
    Никель, как и хром, присутствует в низкоуглеродистых сталях, его содержание составляет до 0,3%. В низколегированных металлах никеля может быть около 5%, высоколегированных – порядка 35 процентов. Химический компонент повышает пластичность, прочностные характеристики металла, повышает качество сварных соединений.
    Хром. Количество данного компонента в низкоуглеродистых сталях ограничено до 0,3 процентов, его содержание в низколегированных металлах может быть в пределах 0,7-3,5%, легированных – 12-18 процентов, высоколегированных примерно 35%. В момент сваривания хром способствует формированию карбидов, значительно ухудшающих коррозионную устойчивость металла. Хром способствует формированию тугоплавких оксидов, которые негативно влияют на качество сварки.
    Молибден. Наличие этого химического элемента в металле ограничено 0,8 процентами. Такое количество молибдена позитивно сказывается на прочностных характеристиках сплава, но в процессе сварки элемент выгорает, в результате чего на наплавленном участке изделия формируются трещины.
    Ванадий. Содержание этого элемент в легированных сталях может составлять от 0,2 до 0,8 процентов. Ванадий способствует повышению пластичности, вязкости металла, улучшает его структуру, повышает показатель прокаливаемости.
    Ниобий, титан. Данные химические компоненты содержатся в жаропрочных, коррозионно-стойких металлах, их концентрация составляет не более одного процента. Ниобий и титан понижают показатель чувствительности металлического сплава к межкристаллитной коррозии.

    Итог

    Свариваемость стали считается сравнительным показателем, зависящим от химического состава, физических характеристик, микроструктуры материала. При этом способность создавать высококачественные сварные соединения может корректироваться благодаря продуманному технологическому подходу, выполнения требований, предъявляемых к сварке, наличия современного спецоборудования.

  8. Dikman5 Ответить

    Влияние легирующих элементов на свариваемость металлов
    При сварке металлов, имеющих различные легирующие элементы (Молибден, Кремний, Хром и др.) могут возникать различные проблемы, влияющие непосредственно на качество полученного сварного соединения (трещины, поры, непровары и т.д.). Для того, чтобы избежать трудностей и проблем, необходимо очень хорошо знать, как влияет тот или иной легирующий элемент на свариваемость изделия.
    Знание влияния легирующих элементов на свариваемость различных сталей поспособствует лучшему пониманию процессов сварки.
    Углерод
    Один из самых значительных химических элементов в сталях.
    Содержание углерода в сталях влияет на прочность, закаливаемость, вязкость, свариваемость.
    У низкоуглеродистых сталей (углерода менее 0,25%) свариваемость практически не ухудшается.
    При увеличении содержания углерода свариваемость резко ухудшается, так как в зонах ЗТВ (зонах термического влияния) возникает большое количество закалочных структур, которые вызывают трещины.
    При высоком содержании углерода в присадочном материале увеличивается вероятность образования пор.
    Марганец
    Марганец является хорошим раскислителем. Электроды или проволоку необходимо применять при сварке в среде СО2. При содержании марганца в металле до 0,8 %, процесс сварки не усложняется. При увеличении содержания стали в металле (1,8%-2,5%) появляется опасность возникновения ХТ (холодных трещин), т.к. марганец способствует появлению хрупких структур (закалочных). При повышенном содержании марганца (11-16%) во время сварки происходит интенсивное выгорание данного вещества. Следовательно, необходимо применять специальные меры, например, использовать сварочные материалы с бОльшим содержанием марганца.
    Кремний
    Так же как и марганец является хорошим раскислителем. При малом количестве кремний (до 0,03%) на свариваемость не влияет. При содержании кремния 0,8-1,5% свариваемость ухудшается из-за повышенной жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких оксидов кремния. При повышенном содержании кремния, из-за увеличенной жидкотекучести особенно опасно появление горячих трещин.
    Хром
    Содержание хрома в сталях способствует увеличению коррозионной стойкости. Но, при сварке сталей образуются карбиды хрома, которые увеличивают твердость в ЗТВ (зоне термического влияния). Также образуются тугоплавкие окислы, которые затрудняют процесс сварки, а значит ухудшают свариваемость.
    Никель
    Содержание никеля в сталях способствует увеличению ударной вязкости, которая особенно важная при работе сталей при низких температурах. Также никель способствует увеличению пластичности, прочности стали и измельчению зерна. При этом свариваемость стали не ухудшается. Но, из-за высокой цены данного легирующего элемента, применение ограничено экономическими соображениями.
    Молибден
    Содержание молибдена в сталях увеличивает несущую способность при высоких температурах и ударных нагрузках, измельчает зерно.
    С другой стороны, молибден способствует образованию трещин в ЗТВ и наплавленном металле шва.
    Во время сварке окисляется и выгорает. Следовательно, необходимо использовать специальные меры.
    Вольфрам
    Содержание вольфрама в сталях резко увеличивает твердость стали и ее работоспособность при высоких температурах (красностойкость).
    С другой стороны, вольфрам затрудняет процесс сварки и активно окисляется.
    Ванадий
    Содержание ванадия в сталях резко увеличивает закаливаемость стали. Из-за закаливаемости, а также из-за окисления ванадия и его выгорания, ухудшается свариваемость сталей.
    Титан
    Использование титана как легирующий элемент обусловлено его высокой коррозионной стойкостью.
    Ниобий
    Использование ниобия, аналогично титану, обусловлено его высокой коррозионной стойкостью. При сварке сталей ниобий способствует образованию горячих трещин.

  9. wetxius Ответить

    Условные обозначения химических элементов:
    хром ( Cr ) — Х
    никель ( Ni ) — Н
    молибден ( Mo ) — М
    титан ( Ti ) — Т
    медь ( Cu ) — Д
    ванадий ( V ) — Ф
    вольфрам ( W ) — В
    азот ( N ) — А
    алюминий ( Аl ) — Ю
    бериллий ( Be ) — Л
    бор ( B ) — Р
    висмут ( Вi ) — Ви
    галлий ( Ga ) — Гл
    иридий ( Ir ) — И
    кадмий ( Cd ) — Кд
    кобальт ( Co ) — К
    кремний ( Si ) — C
    магний ( Mg ) — Ш
    марганец ( Mn ) — Г
    свинец ( Pb ) — АС
    ниобий ( Nb) — Б
    селен ( Se ) — Е
    углерод ( C ) — У
    фосфор ( P ) — П
    цирконий ( Zr ) — Ц
    ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА
    Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe3C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.
    Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)
    Марганец —  как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
    Сера —  является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).
    Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.
     ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ
    Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.
    Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.
    Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.
    Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.
    Кремний (С)-  в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.
    Марганец (Г) —  при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
    Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
    Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.
    Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.
    Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
    Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.
    Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.
    Церий — повышает прочность и особенно пластичность.
    Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
    Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

  10. cbl_rock Ответить

    Тест по предметам профессионального цикла
    Фамилия, имя обучающегося ________________________________________ Группа  _______
    ЭТАЛОН

    Вопрос
    Варианты ответа
    Ответ
    Что представляет собой сварной шов при сварке плавлением?
    1.Закристаллизовавшийся металл расплавленного электрода или сварочной проволоки.
    2.Участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.
    3.Жидкий металл, полученный сплавлением свариваемых и присадочных материалов.
    2
    На каком расстоянии от сварочного поста должен располагаться однопостовой источник сварочного поста?
    1.Не далее 10 м.
    2.Не далее 15 м.
    3.Не далее 25 м.
    2
    В каких пределах изменяется стандартный угол разделки кромок V-образных соединений деталей стальных конструкций, свариваемых ручной дуговой сваркой, сваркой в защитных газах, под слоем флюса, замеряемый после сборки?
    1. 10-30 градусов.
    2. 50-60 градусов.
    3. 60-90 градусов.
    2
    Что такое «дуговая сварка плавящимся электродом»?
    1.Дуговая сварка, при которой сварочная ванна защищается газом, образовавшимся в процессе плавления сварного металла.
    2.Сварка, в процессе которой электрод плавится за счет тепла дуги или газового пламени.
    3.Дуговая сварка, выполняемая электродом, который, расплавляясь при сварке, служит присадочным материалом.
    3
    Что такое контактная сварка?
    1.Сварка, выполняемая путем длительного нагрева места соединения без оплавления с последующей осадкой разогретых заготовок.
    2.Сварка двух деталей любым способом по всей площади их контакта.
    3.Сварка с применением давления, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока.
    3
    Что включает в себя понятие «плотность электрического тока»?
    1.Сила тока, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения проводника.
    2.Сила тока, приходящаяся на единицу объема проводника.
    3.Сила тока в наиболее тонком поперечном сечении проводника.
    1
    Какую электрическую величину измеряют электрическим прибором – амперметром?
    1.Силу электрического тока в цепи.
    2.Напряжение  сварочной цепи.
    3.Мощность, потребляемую электрической цепью.
    1
    Какой основной критерий при выборе провода для электрических цепей?
    1.Исходя из допустимой плотности тока.
    2.Исходя из удельного сопротивления проводника.
    3.Исходя из удельного сопротивления проводника и его длины.
    1
    Для чего служит трансформатор?
    1.Для преобразования частоты переменного тока.
    2.Для преобразования напряжения переменного тока.
    3.Для преобразования напряжения постоянного тока.
    2
    Какой тип источников питания предназначен для сварки на постоянном токе.
    1.Сварочные трансформаторы.
    2.Сварочные источники любого типа.
    3.Сварочные выпрямители, генераторы, тиристорные источники питания.
    3
    Что представляет собой сварочный выпрямитель?
    1.Трансформатор и полупроводниковый блок выпрямления.
    2.Трехфазный трансформатор и генератор в однокорпусном исполнении.
    3.Сварочный генератор и полупроводниковый блок выпрямления.
    1
    Какой сварочный источник имеет наибольший к.п.д.?
    1.Сварочный трансформатор.
    2.Сварочный генератор.
    3.Тиристорный источник питания.
    3
    Как надо подключить источник питания постоянного тока при сварке на обратной полярности?
    1.Отрицательный полюс к электроду.
    2.Положительный полюс к электроду.
    3.Не имеет значение.
    2
    Какая сталь обыкновенного качества относится к спокойной?
    1.Сталь, полностью раскисленная при выплавке и содержащая 0,15-0,3% кремния.
    2.Содержащая не менее 0,3% кремния и 1% марганца.
    3.Содержащая          менее 0,5 мл. водорода на 100 г. металла.
    1
    Что обозначает буква «А» в маркировке стали 30ХМА, 30ХГСА?
    1.Содержание азота в стали.
    2.Содержание алюминия в стали.
    3.Пониженное содержание серы и фосфора – сталь высококачественная.
    3
    Какой буквой русского алфавита обозначают углерод и никель в маркировке легированных сталей?
    1.Углерод – «У», никель – «Н».
    2.Углерод – «С», никель – «Л».
    3.Углерод не обозначают буквой, никель – «Н».
    3
    Для чего в сталь вводят легирующие элементы?
    1.Для придания стали специальных свойств.
    2.Для улучшения свариваемости.
    3.Для снижения содержания вредных примесей (серы и фосфора) в стали.
    1
    Какие химические элементы в металле сварного шва в наибольшей степени снижают пластические свойства?
    1.Церий и титан.
    2.Сера и фосфор.
    3.Хром и никель.
    2
    Укажите, какие газы, из перечисленных, относятся к инертным?
    1.Водород, азот.
    2.Углекислый газ.
    3.Аргон, гелий.
    3
    Как влияет высокое содержание серы и фосфора на свариваемость сталей?
    1.Не влияет.
    2.Повышает свариваемость при условии предварительного подогрева стали.
    3.Способствует появлению трещин и ухудшает свариваемость.
    3
    Как влияет увеличение объема наплавленного металла на величину деформации основного металла?
    1.Уменьшает величину деформации.
    2.Не влияет на величину деформации.
    3.Увеличивает величину деформации.
    3
    Какие сварочные деформации называют остаточными?
    1.Деформации, появляющиеся после сварки.
    2.Деформации, оставшиеся после сварки и полного остывания изделия.
    3.Деформации, образующиеся под действием эксплуатационных нагрузок.
    2
    От чего зависит величина деформации свариваемого металла?
    1.От склонности стали к закалке.
    2.От неравномерности нагрева.
    3.От марки электрода, которым производят сварку.
    2
    Какой линией изображают видимый сварной шов на чертеже?
    1.Штрихпунктирной.
    2.Штриховой.
    3.Сплошной.
    3
    Чем выявляются дефекты формы шва и его размеры?
    1.Ренгенографическим методом.
    2.Металлографическими исследованиями макроструктуры.
    3.Измерительными инструментами и специальными шаблонами.
    3
    Укажите основные причины образования прожога.
    1.Завышен сварочные ток относительно толщины свариваемого металла.
    2.Низкая квалификация сварщика.
    3.Большая сварочная ванна, а следовательно, и ее масса.
    1
    Какие требования предъявляются к качеству исправленного участка шва?
    1.Те же, что и к основному шву.
    2.Дополнительные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.
    3.Специальные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.
    1
    Назовите основные внутренние дефекты сварных соединений при дуговой сварке.
    1.Трещины, непровары, поры, шлаковые включения.
    2.Подрезы, прожоги, наплывы, свищи, несплавления.
    3.Незаваренные кратер, несплавления, нарушение формы шва.
    1
    Какая из углеродистых сталей, охлаждающихся с одинаковой скоростью, имеет более высокую пластичность?
    1.Сталь с 0,2% углерода.
    2.Сталь с 0,4% углерода.
    3.Сталь с 0,6% углерода.
    1
    Что является сырьем для получения ацетилена?
    1.Кокс.
    2.Карбид кальция.
    3.Плавиковый шпат.
    2
    Для управлением глубиной провара свариваемых поверхностей необходимо:
    1.Наклонить электрод на подходящий угол.
    2.Сварку шва вести с правого края заготовки.
    3.Сварку шва вести с очень низкой скоростью.
    1
    Вентиль ацетиленового баллона изготовляют:
    1.Из стали.
    2.Из латуни.
    3.Из меди.
    1
    Какой буквой русского алфавита обозначают алюминий и медь в марке стали?
    1.Алюминий – «А», медь – «М».
    2.Алюминий – «Ю», медь – «Д».
    3.Алюминий – «В», медь – «К».
    2
    Укажите максимальное напряжение, к которому должно подключаться сварочное оборудование?
    1.220 В
    2.380 В
    3.660 В
    2
    Укажите название узла преобразователя, на котором образуется постоянный ток.
    1.Трансформатор.
    2.Выпрямитель.
    3.Коллектор.
    3
    Оценки: «5» — 0-2 ошибки;  «4» — 3-6 ошибок;  «3» — 7-9 ошибок.
    Разработала преподаватель спецдисциплин Парыгина Л.В.
    Тест по предметам профессионального цикла
    Фамилия, имя обучающегося ________________________________________ Группа  _______

    Вопрос
    Варианты ответа
    Ответ
    Что представляет собой сварной шов при сварке плавлением?
    1.Закристаллизовавшийся металл расплавленного электрода или сварочной проволоки.
    2.Участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.
    3.Жидкий металл, полученный сплавлением свариваемых и присадочных материалов.
    На каком расстоянии от сварочного поста должен располагаться однопостовой источник сварочного поста?
    1.Не далее 10 м.
    2.Не далее 15 м.
    3.Не далее 25 м.
    В каких пределах изменяется стандартный угол разделки кромок V-образных соединений деталей стальных конструкций, свариваемых ручной дуговой сваркой, сваркой в защитных газах, под слоем флюса, замеряемый после сборки?
    1. 10-30 градусов.
    2. 50-60 градусов.
    3. 60-90 градусов.
    Что такое «дуговая сварка плавящимся электродом»?
    1.Дуговая сварка, при которой сварочная ванна защищается газом, образовавшимся в процессе плавления сварного металла.
    2.Сварка, в процессе которой электрод плавится за счет тепла дуги или газового пламени.
    3.Дуговая сварка, выполняемая электродом, который, расплавляясь при сварке, служит присадочным материалом.
    Что такое контактная сварка?
    1.Сварка, выполняемая путем длительного нагрева места соединения без оплавления с последующей осадкой разогретых заготовок.
    2.Сварка двух деталей любым способом по всей площади их контакта.
    3.Сварка с применением давления, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока.
    Что включает в себя понятие «плотность электрического тока»?
    1.Сила тока, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения проводника.
    2.Сила тока, приходящаяся на единицу объема проводника.
    3.Сила тока в наиболее тонком поперечном сечении проводника.
    Какую электрическую величину измеряют электрическим прибором – амперметром?
    1.Силу электрического тока в цепи.
    2.Напряжение  сварочной цепи.
    3.Мощность, потребляемую электрической цепью.
    Какой основной критерий при выборе провода для электрических цепей?
    1.Исходя из допустимой плотности тока.
    2.Исходя из удельного сопротивления проводника.
    3.Исходя из удельного сопротивления проводника и его длины.
    Для чего служит трансформатор?
    1.Для преобразования частоты переменного тока.
    2.Для преобразования напряжения переменного тока.
    3.Для преобразования напряжения постоянного тока.
    Какой тип источников питания предназначен для сварки на постоянном токе.
    1.Сварочные трансформаторы.
    2.Сварочные источники любого типа.
    3.Сварочные выпрямители, генераторы, тиристорные источники питания.
    Что представляет собой сварочный выпрямитель?
    1.Трансформатор и полупроводниковый блок выпрямления.
    2.Трехфазный трансформатор и генератор в однокорпусном исполнении.
    3.Сварочный генератор и полупроводниковый блок выпрямления.
    Какой сварочный источник имеет наибольший к.п.д.?
    1.Сварочный трансформатор.
    2.Сварочный генератор.
    3.Тиристорный источник питания.
    Как надо подключить источник питания постоянного тока при сварке на обратной полярности?
    1.Отрицательный полюс к электроду.
    2.Положительный полюс к электроду.
    3.Не имеет значение.
    Какая сталь обыкновенного качества относится к спокойной?
    1.Сталь, полностью раскисленная при выплавке и содержащая 0,15-0,3% кремния.
    2.Содержащая не менее 0,3% кремния и 1% марганца.
    3.Содержащая          менее 0,5 мл. водорода на 100 г. металла.
    Что обозначает буква «А» в маркировке стали 30ХМА, 30ХГСА?
    1.Содержание азота в стали.
    2.Содержание алюминия в стали.
    3.Пониженное содержание серы и фосфора – сталь высококачественная.
    Какой буквой русского алфавита обозначают углерод и никель в маркировке легированных сталей?
    1.Углерод – «У», никель – «Н».
    2.Углерод – «С», никель – «Л».
    3.Углерод не обозначают буквой, никель – «Н».
    Для чего в сталь вводят легирующие элементы?
    1.Для придания стали специальных свойств.
    2.Для улучшения свариваемости.
    3.Для снижения содержания вредных примесей (серы и фосфора) в стали.
    Какие химические элементы в металле сварного шва в наибольшей степени снижают пластические свойства?
    1.Церий и титан.
    2.Сера и фосфор.
    3.Хром и никель.
    Укажите, какие газы, из перечисленных, относятся к инертным?
    1.Водород, азот.
    2.Углекислый газ.
    3.Аргон, гелий.
    Как влияет высокое содержание серы и фосфора на свариваемость сталей?
    1.Не влияет.
    2.Повышает свариваемость при условии предварительного подогрева стали.
    3.Способствует появлению трещин и ухудшает свариваемость.
    Как влияет увеличение объема наплавленного металла на величину деформации основного металла?
    1.Уменьшает величину деформации.
    2.Не влияет на величину деформации.
    3.Увеличивает величину деформации.
    Какие сварочные деформации называют остаточными?
    1.Деформации, появляющиеся после сварки.
    2.Деформации, оставшиеся после сварки и полного остывания изделия.
    3.Деформации, образующиеся под действием эксплуатационных нагрузок.
    От чего зависит величина деформации свариваемого металла?
    1.От склонности стали к закалке.
    2.От неравномерности нагрева.
    3.От марки электрода, которым производят сварку.
    Какой линией изображают видимый сварной шов на чертеже?
    1.Штрихпунктирной.
    2.Штриховой.
    3.Сплошной.
    Чем выявляются дефекты формы шва и его размеры?
    1.Ренгенографическим методом.
    2.Металлографическими исследованиями макроструктуры.
    3.Измерительными инструментами и специальными шаблонами.
    Укажите основные причины образования прожога.
    1.Завышен сварочные ток относительно толщины свариваемого металла.
    2.Низкая квалификация сварщика.
    3.Большая сварочная ванна, а следовательно, и ее масса.
    Какие требования предъявляются к качеству исправленного участка шва?
    1.Те же, что и к основному шву.
    2.Дополнительные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.
    3.Специальные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.
    Назовите основные внутренние дефекты сварных соединений при дуговой сварке.
    1.Трещины, непровары, поры, шлаковые включения.
    2.Подрезы, прожоги, наплывы, свищи, несплавления.
    3.Незаваренные кратер, несплавления, нарушение формы шва.
    Какая из углеродистых сталей, охлаждающихся с одинаковой скоростью, имеет более высокую пластичность?
    1.Сталь с 0,2% углерода.
    2.Сталь с 0,4% углерода.
    3.Сталь с 0,6% углерода.
    Что является сырьем для получения ацетилена?
    1.Кокс.
    2.Карбид кальция.
    3.Плавиковый шпат.
    Для управлением глубиной провара свариваемых поверхностей необходимо:
    1.Наклонить электрод на подходящий угол.
    2.Сварку шва вести с правого края заготовки.
    3.Сварку шва вести с очень низкой скоростью.
    Вентиль ацетиленового баллона изготовляют:
    1.Из стали.
    2.Из латуни.
    3.Из меди.
    Какой буквой русского алфавита обозначают алюминий и медь в марке стали?
    1.Алюминий – «А», медь – «М».
    2.Алюминий – «Ю», медь – «Д».
    3.Алюминий – «В», медь – «К».
    Укажите максимальное напряжение, к которому должно подключаться сварочное оборудование?
    1.220 В
    2.380 В
    3.660 В
    Укажите название узла преобразователя, на котором образуется постоянный ток.
    1.Трансформатор.
    2.Выпрямитель.
    3.Коллектор.
    Оценки: «5» — 0-2 ошибки;  «4» — 3-6 ошибок;  «3» — 7-9 ошибок.
    Разработала преподаватель спецдисциплин Парыгина Л.В.

  11. =White= Ответить

    С. В. Ржевская гл. 2.1.2.2. Сера
    Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035…0,06%. Сера практически нерастворима в аустените и присутствует в сталях и сплавах в виде хрупких сульфидов FeS и MnS, входящих в эвтектику с температурой плавления 985°С. Причем эта эвтектика, как правило, кристаллизуется по границам зерен.
    Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. При горячем деформировании сталей и сплавов большое содержание серы ведет к красноломкости, проявляющейся появлением надрывов по включениям FeS. Кроме того, повышенное содержание серы снижает свариваемость готовых изделий.
    Фосфор
    Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025…0,045%. Фосфор в сталях и сплавах присутствует в твердом растворе a-Fe.
    Фосфор, как и сера, относится к наиболее вредным примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает текучесть, хрупкость и порог хладноломкости и снижает пластичность и вязкость. Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию и способствует росту зерен в металле. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода.

  12. qwertyui4pda Ответить

    Сталь — наиболее распространенный сплав железа с углеродом, в который входит ряд неизбежных примесей (Мп, Si, S, Р, О, N, Н и др.). Все они оказывают влияние на свойства стали, поэтому химический анализ — обязательный элемент системы качества на предприятии.
    Анализ на углерод. Углерод — основной компонент стали, который представлен в ней в разных формах, и определяет его марку и основные свойства.
    Анализ на серу и фосфор. Сера и фосфор трудноудаляемые элементы, которые попадают при выплавке стали в основном из чугуна. Они считаются вредными примесями, так как ухудшают качество стали. Максимально допустимое содержание серы не более 0,06%, а фосфора — 0,05%. В ходе плавки металла стараются провести мероприятия по десульфурации и дефосфорации, чтобы снизить влияние этих элементов.

    Влияние углерода, серы и фосфора на качество стали

    Определение углерода, серы и фосфора в стали для металлургов, литейщиков и машиностроителей имеет первоочередную важность. Это позволяет получить качественную продукцию и исключить неисправимый брак. Государственные стандарты регламентируют содержание примесей в стали и методы определения их содержания.

    Углерод в стали

    Углерод — полиморфный неметаллический элемент, который способен растворяться в железе в жидком и твердом состоянии с образованием твердых растворов — феррита и аустенита. Кроме этого, он создает с железом химическое соединение — цементит (Fe3C), и может быть представлен в высокоуглеродистых сталях в виде графита.
    В зависимости от содержания углерода стали классифицируются на:
    низкоуглеродистые (до 0,3% С);
    среднеуглеродистые (0,3-0,6% С);
    высокоуглеродистые (более 0,6% С).
    Содержание углерода оказывает влияние на структуру стали, количество и соотношение фаз, поэтому определяет показатели твердости и пластичности металла. При повышении содержания углерода происходит снижение ударной вязкости, и повышается порог хладноломкости. Увеличение концентрации C приводит к изменению и электрических свойств: растет сопротивление и коэрцитивная сила, уменьшается магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.
    С ростом углерода происходит ухудшение литейных свойств, обрабатываемость давлением, резанием и свариваемость. Обработка резанием низкоуглеродистых сталей также затрудняется.

    Сера в стали

    Сера — вредная примесь, основными источниками которой служат передельный чугун и руда, используемые при выплавке стали. Она способна растворяться в жидком железе, а в процессе кристаллизации образует FeS. Сульфид железа образует с железом эвтектику с низкой температурой плавления, которая располагается по границам зерен. При технологическом нагреве до температуры обработки металла давлением она оплавляется, а при деформировании становится причиной надрывов и трещин. Это явление называется красноломкостью, так как сталь при температуре 900-1000℃ становится ярко-красного цвета.
    Повышение содержания серы нелинейно влияет на порог хладноломкости: сначала происходит его повышение, а при повышении содержания MnS он понижается. Негативное влияние сера оказывает на свариваемость и коррозионную стойкость.

    Фосфор в стали

    Фосфор относится к вредным примесям стали, источником которой служат шихтовые материалы, в основном — чугун. Он способен в значительных количествах растворяться в феррите, что приводит к искажению кристаллической решетки. Одновременно с этим происходит увеличение временного сопротивления и предела текучести, уменьшение пластичности и вязкости. Увеличение содержания фосфора становится причиной повышения порога хладноломкости и уменьшения работы развития трещины.
    Фосфор в значительной мере подвержен ликвации, что приводит к резкому снижению вязкости в центральной части слитка. В настоящее время технологии глубокой очистки стали от фосфора не существует.

    Оптико-эмиссионный спектральный анализ C, S, P.

    Оптико-эмиссионные спектрометры — универсальные приборы, которые способны решать широкий круг аналитических задач. В основу их работы лежат принципы атомно-эмиссионного спектрального анализа элементного состава вещества:
    спектр возбужденных атомов и ионов индивидуален для каждого элемента;
    интенсивность спектральной линии находится в зависимости от концентрации элемента в исследуемой пробе.
    Эмиссионные спектральные приборы находят широкое применение в металлургии, что обусловлено следующими преимуществами метода:
    Возможность исследования проб в различном агрегатном состоянии.
    Анализ носит неразрушающий характер.
    Количество исследуемых элементов практически не ограничено. В их число входят углерод, сера и фосфор, которые представляют особый интерес для металлургов.
    Для проведения исследования в качестве пробы достаточно малого количества вещества.
    Высокая чувствительность и точность.
    Экспрессность.
    Возможность проведения сертификационного анализа.
    Для анализа углерода, серы и фосфора с использованием эмиссионных спектрометров должны быть созданы в приборе определенные условия, а именно: бескислородная атмосфера. В противном случае определить элементы, длина волны которых короче 185 нм, не представляется возможным. В настоящее время удаление кислорода в приборе осуществляется двумя способами:
    путем прокачки инертным газом;
    вакуумированием.
    Каждая из систем декислородизации имеет определенные особенности эксплуатации и обслуживания, поэтому при выборе прибора для анализа углерода, серы и фосфора следует учитывать их преимущества и недостатки. Это позволит подобрать спектрометр, который оптимально соответствует аналитической задаче, требованиям к точности результатов исследований и имеет удовлетворительные экономические показатели.

    Оптико-эмиссионные приборы, предусматривающие прокачку инертным газом

    В спектральных приборах для декислородизации используют чаще всего аргон. Для удаления кислорода предусматривается одна из следующих систем:
    Открытая. В результате продувки происходит вытеснение кислорода, а инертный газ удаляется из прибора в окружающую атмосферу.
    Замкнутая. При прохождении инертного газа происходит захват кислорода, который в дальнейшем очищается с помощью фильтра. Газ продолжает движение по замкнутой системе, давление в которой обеспечивает насос.
    Приборы с открытой системой декислородизации отличаются простотой конструкции и меньшей стоимостью. Однако в этом случае степень очистки находится на низком уровне, а аргон расходуется безвозвратно. Применение подобных спектрометров целесообразно при пониженных требованиях к аналитическим характеристикам, как со стороны потребителя, так и со стороны производителя.
    Конструкция приборов с замкнутой системой декислодизации усложняется, так как для обеспечения функциональности необходимы дополнительные компоненты и их обслуживание:
    Насос с блоком питания.
    Баллон с газом для компенсации потерь.
    Дополнительный фильтрующий элемент.
    Каждый из этих компонентов прибора требует обслуживания, а расходные материалы — замены, что связано с дополнительными расходами. Кроме этого, в результате непрофессиональных действий обслуживающего персонала возникает риск завоздушить систему при замене фильтра. Ликвидация последствий этого требует не только с дополнительных материальных затрат, но и времени.

    Оптико-эмиссионные приборы с системой вакуумирования

    Система вакуумирования позволяет получить низкую остаточную концентрацию кислорода, которая во много раз ниже, чем в открытой системе декислородизации, и сопоставима с лучшими результатами, полученными в замкнутых. Следует отметить, что при этом нет необходимости использования инертного газа.
    Такая система удаления кислорода применяется в наиболее совершенных спектральных приборах. В них установлен масляный насос, который дополняется специальными ловушками для масла. Кроме этого, предусмотрен клапан, который при аварийном отключении электропитания, не допускает повреждения спектрометра маслом в результате его проникновения в вакуумную магистраль.
    Двухступенчатые масляные форвакуумные насосы — наиболее предпочтительное оборудование по сравнению безмасляными мембранными моделями. Они имеют сопоставимую стоимость, но при этом в десятки раз превосходят последние по степени удаления кислорода, а также обладают значительным ресурсом и намного проще в обслуживании.
    Универсальные настольные и стационарные спектрометры Искролайн 100/300 — отличные образцы приборов, в которых для удаление кислорода реализована система вакуумирования. Они способны определять более 70 элементов, в число которых входят углерод, сера и фосфор, с пределом детектирования до 0,0001% Приборы позволяют быстро и точно проводить спектральный анализ сталей, и отличаются высоким спектральным разрешением, высокой сходимостью результатов измерений и высоким качеством изготовления.

  13. 1972al Ответить

    Источниками поступления серы и фосфора в зону сварки слу­жат: флюсы и электродные покрытия, в состав которых входят со­держащие примеси серы компоненты, например марганцевые ру­ды, а также расплавленные основной и электродный металлы.
    Важно отметить, что распределение серы по сечению толсто­листового основного металла может быть крайне неравномерным вследствие ликвации при кристаллизации литых слябов, не под­вергающихся при прокатке значительным деформациям. Поэтому при сварке на некоторых участках шва концентрация серы может оказаться весьма высокой, а механические свойства шва очень низкими даже при ее средней концентрации в металле, удовлетво­ряющей требованиям ГОСТа. Это явление называют металлурги­ческой наследственностью в металле. Содержание серы в металле в количестве, превышающем допустимые нормы, резко снижает его механические свойства и j ^ является причиной краснолом­кости металла, а при сварке приводит к появлению в шве кристаллизационых трещин.
    Рис. 9.31. Сводная диаграмма плав­кости Fe — S, Со — S, Ni — S
    Механизм влияния приме­сей серы на наплавленный ме­талл состоит в следующем. В сталях сера образует с железом сульфид железа FeS, темпера­тура плавления которого со­ставляет 1468 К, т. е. ниже температуры плавления стали на »300 К. Сульфид железа почти не растворяется в твер­дом железе.
    При кристаллизации шва FeS выделяется из него и со­единяется с другими примеся­ми в виде легкоплавкой серни­стой эвтектики (рис. 9.31) или в виде отдельных включений
    разного вида. Эвтектики могут быть двойными либо тройными, например:
    — FeS + Fe (Гпл = 1228 К);
    — 2FeS — Si02 + FeS (Гпл = 1253 К).
    В процессе направленной кристаллизации металла шва, проте­кающем в интервале температур ликвидус-солидус, эти легко­
    плавкие сернистые эвтектики оттесняются растущими кристалли­тами металла шва к границам между кристаллитами и к месту их стыка (в центральной части сварочной ванны) и становятся частью так называемых межкристаллитных прослоек. К моменту оконча­ния кристаллизации металла шва такие межкристаллитные про­слойки могут быть еще в жидком состоянии (Т3 < Тс). Если возникнут растягивающие напряжения от усадки шва и временных сварочных деформаций в шве, то возможно появление на этих участках горячих трещин кристаллизационного типа (рис. 9.32). Рис. 9.32. Макроструктура центра шва (х200) в зоне срастания кристал­литов передними гранями (в правой части - горячая трещина) Одновременное присутствие в металле шва углерода и кремния увеличивает склонность шва к кристаллизационным трещинам в результате снижения температуры затвердевания ликватов и уве­личения температурного интервала хрупкости. Участки швов с сернистыми ликватами, не разрушившиеся при кристаллизации, имеют пониженные механические свойства и по­тенциально склонны к разрушению как при высоких, так и при низких температурах. Особенно вредно влияет сера на свойства коррозионно-стойких сталей и сплавов никеля. Для снижения содержания серы в металле шва нужно вводить в сварочную ванну такие элементы, которые имели бы к сере большее сродство, чем железо. Кроме того, образующиеся сульфиды этих элементов должны удовлетворять следующим требованиям: обла­дать более высокой, чем у железа или никеля, температурой плав­ления и не создавать сульфидных легкоплавких эвтектик. По степе­ни возрастания химической прочности образующихся сульфидов, т. е. их энтальпии, элементы, вводимые для десульфурации свароч­ной ванны, располагаются в следующей последовательности: А1, Са, Na, Mn, Mg. Однако использование их для связывания серы сопря­жено с трудностями, так как все эти элементы имеют и более высо­кое сродство к кислороду, т. е. связываются им в оксиды, практиче­ски не удаляющиеся из кристаллизующе­гося шва и образующие включения. Из числа перечисленных элементов наи­больший интерес с этой точки зрения представляет марганец, поскольку: [FeS]/[MnS] Мп, % (мае.) Рис. 9.33. Снижение доли FeS в сульфидной фазе [FeS]/[MnS] при увеличе­нии концентрации [Мп] в стали 1) он имеет сравнительно высокое сродство к сере; 2) как правило, он присутствует в свариваемых сталях в сравнительно больших количествах (0,5...0,65 %); 3) Мп мало растворим в Fe и образу­ет тугоплавкий и пластичный сульфид MnS шаровидной формы (Гпл= 1893 К), равномерно распределяющийся преиму­щественно в объемах зерен; 4) при концентрации марганца в ста­ли более 0,6 %, он способствует перехо­ду серы из FeS в MnS, т. е. в шлак. Марганец полезен главным образом как элемент, переводящий серу в более благоприятную форму существования в стали (рис. 9.33). Кроме того, сульфид марганца слабо растворим в металле и хорошо в шлаке; поэтому он в значительном количестве переходит в шлак. Оставшийся в металле MnS распределяется в мелкодисперсном виде достаточно равномерно в объеме зерен и не образует легко­плавких эвтектик. В сварочной практике связывают и удаляют серу чаще всего двумя способами: с помощью Мп и МпО, а также СаО. Рассмот­рим первый из элементов-десульфураторов - марганец. Основная реакция связывания серы марганцем описывается уравнением (9.81) [FeS] + [Мп] (MnS) + [Fe] с константой равновесия к __ [Fe](MnS) с [FeS][Mn] Учитывая, что для стали [Fe] ~ 1, получаем (9.82) Следовательно, чем больше марганца, тем меньше FeS в металле шва. При этом чистый Мп вводят в сварочную проволоку или в ос­новной металл. Однако эффективность связывания серы в сульфид марганца по реакции (9.81) мала, так как вправо реакция заметно развивается лишь при пониженных температурах, когда проте­кающие процессы замедляются. В итоге в металле шва оказывает­ся значительное количество FeS. Поэтому реакция (9.81) дополня­ется второй реакцией сульфида железа с дополнительно введен­ным оксидом марганца: (9.83) [FeS] + (МпО) (MnS) + [FeO]. Для этой реакции константа равновесия имеет вид к _(MnS)[FeO] с [FeS](MnO) ’ откуда (9.84) Преимущество реакции (9.83) по сравнению с реакцией (9.81) состоит в том, что константа равновесия Кс растет с увеличением температуры, т. е. с ростом температуры реакция сдвигается в сто­рону большего выхода (MnS) и [FeO]. Рассматривая реакции (9.81) и (9.83) совместно, можно отме­тить, что превращению FeS в MnS способствуют: лучшая раскис- ленность металла (т. е. уменьшение [FeO]); увеличение содержа­ния марганца в металле; высокая концентрация (МпО) в шлаке. В углеродистых сталях обычно отношение [Mn]/[S] равно 20...25, что позволяет избежать кристаллизационных трещин. В легированных сталях это соотношение должно быть существенно выше, чтобы получить швы без трещин. Вторым элементом-десульфуратором служит кальций. Ввод кальция дает следующие положительные результаты. Во-первых, газообразный кальций активно реагирует одновре­менно с серой и кислородом расплавленной стали, образуя свойст­венные только ему специфические соединения - оксисуль - фиды. Даже при весьма низкой концентрации в металле (не выше 0,0001 %) кальций вследствие своей поверхностной активности оказывает заметное влияние на процесс рафинирования, особенно при совместном введении кальция и присадок редкоземельных элементов - церия и лантана. Во-вторых, при использовании кальция как элемента-десуль - фуратора возможно связывание серы известью СаО. Эта реакция приводит к образованию весьма прочного и тугоплавкого сульфи­да кальция, практически не растворимого в металле. Процесс про­текает в соответствии с реакцией [FeS] + (СаО) <=± (CaS) + [FeO]. (9.85) Константа равновесия реакции (9.85) растет с увеличением температуры, при этом процесс интенсивнее развивается вправо - в сторону образования в шлаке CaS. Лучшее раскисление металла и введение в шлак окиси кальция будет способствовать уменьше­нию содержания FeS в металле. Увеличение содержания СаО в шлаке приводит к росту константы распределения L = (S)/[S], что обеспечивает более полный переход серы из металла в шлак. Установлено, что наличие кремния и алюминия в металле зна­чительно ускоряет процесс десульфурации сварочной ванны, при­чем сера удаляется одновременно с кислородом. Это является следствием как прямого испарения серы в виде соединений AI2S3 (температура возгонки равна 1823 К) и SiS (температура возгонки равна 1213 К), так и включения ее в состав образующихся шлако­вых частиц. 9.10.3. Снижение содержания фосфора в металле шва Фосфор, как и сера, является вредной примесью, ухудшающей механические свойства стали, особенно при пониженной темпера­туре, т. е. вызывающей ее хладноломкость. Это объясняется тем, что в сталях фосфор образует частично растворимые в феррите фосфиды Fe3P (или Fe2P) по реакции 3Fe + P<=±Fe3P (15,63 % Р). (9.86) Фосфор относится к числу сильно ликвирующих примесей, ко­торые неравномерно распределяются в металле. Ликвацию фосфо­ра усиливает углерод. При этом возможно образование легкоплав­кой эвтектики тройного типа Fe + Р + С, еще более снижающей прочность и пластичность шва в температурном интервале хруп - , кости в сталях (Гпл «1173 К). Особенно низкой является темпера­тура плавления фосфидной эвтектики (Гпл ~ 923 К) и соответст­венно низкой является ее стойкость против образования горячих трещин при сварке никелевых сплавов. і Удаление фосфора из сварочной ванны основано на его окис­лении в составе фосфидов и последующем связывании фосфорно­го ангидрида Р2О5 в прочное комплексное соединение, легко пере­ходящее в шлак. Окисление фосфора развивается в сварочной ван­не в соответствии со следующей реакцией: 2Fe3P + 5FeO <=* Р205 + 1 IFe. (9.87) Затем идет процесс связывания шлаком фосфорного ангидри­да. По возрастающей силе сродства к ангидриду Р2О5 основные и амфотерные оксиды можно расположить в следующей последова­тельности: Fe203 —>АІ203 —> FeO —> МпО —> MgO —> CaO, (9.88)
    т. e. наиболее активными по отношению к фосфорному ангидриду являются СаО, MgO и МпО. Запишем уравнения реакции связыва­ния фосфорного ангидрида:
    — наиболее активный процесс
    4СаО + Р205 (СаО)4 — Р205; (9.89)
    — менее активный процесс
    4МпО + Р205 (МпО)4 • Р205. (9.90)
    Для процесса удаления фосфора из сварочной ванны, объеди­нив, например, уравнения (9.87 и 9.89), получим
    2Fe3P + 5FeO + 4CaO < =± (CaO)4 • P2O5 + 11 Fe. (9.91) SHAPE * MERGEFORMAT Константа равновесия для этой реакции равна (Ca4P205)[Fe]n ([Fe3P]2 (FeO)5 (СаО)4)' откуда, полагая, что в стали [Fe] » 1, получаем (9.92) (FeO)5 (СаО)4 [Fe3P]= /- V (Са4Р205) Из выражения (9.92) следует, что при данной концентрации фос­фора в сварочной ванне полнота его удаления в шлак будет зави­сеть от содержания в шлаке следующих соединений: 1) свободных оксидов СаО и FeO, с увеличением содержания которых реакция (9.89) сдвигается вправо, т. е. в направлении очищения металла от фосфора;
    2) комплексного соединения, связывающего фосфор, например (СаО)4*Р205. Уменьшение содержания свободных оксидов и ком­плексных соединений в шлаке способствует очищению металла от фосфора. Этого достигают разбавлением шлаков соответствую­щими нейтральными добавками, например плавиковым шпатом, который одновременно разжижает шлак, а также повышает его общую реакционную способность.
    * Таким образом, основные шлаки могут обеспечить необходи­мое очищение металла шва от фосфора. Кислые шлаки значитель­но хуже удаляют фосфор из металла. Имеющиеся в них основные оксиды СаО, МпО, FeO связаны в силикаты, и развитие реакции (9.89) происходит влево. При этом увеличивается содержание фосфора в металле шва и тормозится его удаление в шлак. Кон­станта равновесия реакции (9.89) с ростом температуры уменьша­ется, что свидетельствует об интенсификации реакции перехода фосфора из шлака в металл. Поэтому при пониженных температу­рах следует ожидать более активного перехода фосфора в шлак. В этом отношении «короткие» шлаки эффективнее «длинных».
    При сварке в среде защитных газов удаление фосфора из ме­талла шва связано с большими трудностями. Главным фактором сохранения высоких значений механических свойств является предельное снижение фосфора в основном металле, а в шве — пре —
    где величина со^е называется ленгмюровской или плазменной час­тотой и является чрезвычайно важной характеристикой плазмы. Естественно, можно принять за временной масштаб разделения зарядов величину, обратную плазменной частоте, т. е.
    (2.7)
    т~ 1/сои,
    поскольку за промежутки времени t » т частицы совершат много колебаний около положения равновесия и плазма в целом будет вести себя как квазинейтральная система.
    Рассмотрим теперь пространственный масштаб разделения зарядов. Из простых физических соображений ясно, что он должен быть равен расстоянию, на которое может сместиться возмущение плотности заряженных частиц вследствие их теплового движения за время, равное периоду плазменных колебаний. Определенный таким образом пространственный масштаб разделения зарядов для плазмы носит название электронного дебаевского радиуса экра­нирования Г£>е и играет в физике плазмы фундаментальную роль. Он выражается в метрах и вычисляется по формуле
    (2.8)
    -12
    где єо = 8,85 • 10 Кл/(В • м) — электрическая постоянная, Те и пе — соответственно температура, К, и концентрация, м, электронов.
    Итак, для квазинейтральности плазмы необходимо, чтобы ее характерные размеры L значительно превосходили дебаевский ра­диус экранирования:
    (2.9)
    L » rDe.
    Только при условии (2.9) систему заряженных частиц можно считать плазмой, т. е. материальной средой с новыми качествен­ными свойствами. В противном случае получается простая сово-
    купность отдельных заряженных частиц, к исследованию которой применима электродинамика вакуума.
    Пример 2.1. Определить дебаевский радиус экранирования для высоко — ионизованной плазмы сварочной дуги при условиях: р = 105 Па, Т = = 104 К, пе = 1024 м 3.
    Решение. Подставив числовые данные в формулу (2.8), получим rDe ~ 69л/і04 /1024 — 6,9 • 10“9 м.
    Для данного случая только в кубике газа со стороной менее >/2 -6,9х х 1(Г9 м ~ 11 нм можно определить разность концентраций ионов и элек­тронов. Поэтому можно сделать вывод: в сварочной дуге при атмосфер­ном давлении плазма квазинейтральна.
    Дебаевское экранирование является статистическим понятием и имеет место только в том случае, когда в заряженном облаке на­ходится достаточно много частиц. Очевидно, что если облако со­стоит только из одной или двух заряженных частиц, то дебаевское экранирование не применимо. Используя выражение (2.8), можно вычислить число частиц Np>e в «дебаевской сфере»:
    Noe = «7*4 = 1-38 • 106 J—. (2.10)
    З п
    Чтобы плазма имела коллективные свойства, помимо неравен­ства (2.9) должно выполняться условие
    JVDe»l. (2.11)
    Специфические особенности плазмы могут проявляться только тогда, когда распределение заряженных частиц в ней становится неоднородным и возникают макроскопические электромагнитные поля. Электромагнитные поля в плазме могут создаваться и внеш­ними источниками, однако существенно, что эти поля влияют на характер распределения и движение заряженных частиц в плазме, индуцируя в ней заряды и токи, которые, в свою очередь, сами соз­дают электромагнитные поля, изменяя полное электромагнитное поле в системе. Происходит так называемое самосогласованное воздействие заряженных частиц и электромагнитного поля друг на друга. Собственно, в этом и проявляются коллективные свойства плазмы.
    дотвращение образования ликватов линейной формы путем управ­ления схемой кристаллизации. В легированных и высоколегиро­ванных сталях содержание фосфора снижается до 0,002…0,003 %.

  14. zerefor Ответить

    Если известен химический состав стали, можно определить ее свариваемость по эквивалентному содержанию углерода. Для этого используют формулу:
    С экв. = С + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10.
    Цифры в этой формуле – это постоянные величины, а символы каждого из химических элементов обозначают максимальное включение его в сталь определенной марки, выражаемое в процентах.
    Эквивалентное содержание углерода, полученное по этой формуле, является указанием на свариваемость сталей, которые можно условно разделить на четыре группы:
    хорошо свариваемые (Сэкв не превышает 0,25%);
    удовлетворительно свариваемые (Сэкв = 0,25% – 0,35%);
    ограниченно свариваемые (Сэкв = 0,35 – 0,45%);
    плохо свариваемые (Сэкв превышает 0,45%).
    О хорошей свариваемости низкоуглеродистых сталей можно судить по прочному сварному соединению с основным металлом без трещин и снижения пластичности в околошовной зоне.
    Свариваемость легированных сталей оценивается по возможности получения соединений, устойчивых к образованию трещин и закаленных структур, а также по снижению прочности, коррозии и так далее.
    Однородные металлы свариваются гораздо легче, чем разнородные. Металл шва и металл зоны термического воздействия являются неоднородными. Признак неудовлетворительной свариваемости – склонность к образованию трещин, категорически недопустимых в сварных соединениях.
    Характеристикой свариваемости термически упроченных сталей является склонность к снижению прочности в зоне термического воздействия при температуре 400-720º C, в зависимости от температуры отпуска стали при ее изготовлении на заводе. Таким образом, изготовление прочной сварной конструкции возможно только при условии детального изучения и учета свариваемости стали.

    Влияние основных элементов на свариваемость сталей

    Углерод, если его в стали менее 0,25%, свариваемость не ухудшает, а при большем его содержании свариваемость ухудшается, поскольку в зоне термического воздействия образуются закаленные структуры, что имеет следствием образование трещин. Если повышенное содержание углерода отмечается в присадочном материале, это приводит к пористости шва.
    Марганец при его содержании не более 0,8% свариваемость не ухудшает, но при превышении этого показателя велики риски появления трещин из-за того, что этот элемент способствует закаленности стали.
    Кремний в пределах 0,02–0,35% никак не воздействует на качество сваривания, а при содержании от 0,8 до 1,5% существенно затрудняет сварку по причине повышенной жидкотекучести и образования тугоплавких оксидов кремния.
    Ванадий способствует закаленности стали, что усложняет процесс сварки. При сваривании ванадий, активно окисляясь, выгорает.
    Вольфрам повышает прочность стали и усложняет сварку по причине сильного окисления.
    Никель повышает пластичность и мощность, при этом не ухудшая свариваемость стали.
    Молибден при сварке активно окисляется и выгорает, способствуя образованию трещин.
    Хром, образующий тугоплавкие карбиды, значительно затрудняет сварку.
    Ниобий и титан в процессе сварки соединяются с углеродом и препятствуют образованию карбида хрома, способствуя улучшению свариваемости.
    Медь улучшает свариваемость, повышая прочность и пластичность стали, делая ее более устойчивой к коррозии.
    Кислород работает на снижение пластичности и прочности стали, ухудшая ее свариваемость.
    Азот обладает способностью создавать нитриды, то есть химические соединения с железом, которые повышают твердость и прочность, существенно снижая показатели пластичности стали.
    Водород негативно сказывается на свариваемости, поскольку он накапливается в шве, вызывая образование пор и мелких трещин.
    Фосфор – вредная добавка, повышающая твердость стали и делающая ее более хрупкой, что приводит к образованию холодных трещин.
    Сера крайне нежелательна, поскольку она способствует быстрому образованию горячих трещин. При превышении содержания серы свариваемость резко ухудшается.

  15. kemolg Ответить

    Свариваемость стали в основном зависит от ее химического состава (содержания элементов).
    Углерод. Стали с содержанием углерода до 0,25% свариваются хорошо. Дальнейшее увеличение содержания углерода резко ухудшает свариваемость, так как при этом возможны закалка металла шва и околошовной зоны и появление трещин. В результате выгорания углерода образуется большое количество газовых пор.
    Марганец в небольших количествах (до 1%) на свариваемость стали не влияет. При повышенном содержании марганца увеличивается закаливаемость стали, что может привести к образованию трещин.
    Кремний. С увеличением содержания кремния сварка затрудняется из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния, остающихся в шве в виде шлаковых включений.
    Хром ухудшает свариваемость стали, так как он при окислении дает тугоплавкие окислы. При соединении с углеродом образуются карбиды хрома, снижающие пластичность металла шва и увеличивающие твердость в около-шовной зоне.
    Никель. Содержание никеля в стали может изменяться в довольно широких пределах. Никель способствует измельчению зерна, улучшает пластичность и повышает прочность стали. Никель положительно влияет на свариваемость стали, но требует хорошей защиты от влияния кислорода, так как легко окисляется.
    Молибден входит в состав всех теплоустойчивых и жаропрочных легированных сталей. Он делает сталь мелкозернистой, обеспечивает прочность стали при высоких температурах, но ухудшает свариваемость, являясь причиной образования трещин в шве и околошовной зоне.
    Сера—>вредная примесь в стали, сильно ухудшает свариваемость, вызывая образование горячих трещин.
    Фосфор—вредная примесь в стали, способствует образованию трещин при обычной температуре, т. е. вызывает хладноломкость.
    Влияние отдельных элементов на свариваемость стали сказывается сильнее при сочетании элементов друг с другом, в первую очередь с углеродом. Для приближенного определения свариваемости стали по ее химическому составу рассчитывают по специальной формуле так называемое эквивалентное содержание углерода, по величине которого и судят о свариваемости стали данной марки.

  16. douclas Ответить

    Однако свойства сварных соединений изделий из этих сталей, по сравнению с аналогичными свойствами основного металла, могут быть хуже. Это связано, главным образом, с химическим составом стали, а также с условиями нагрева и охлаждения основного металла при сварке. Кроме того, свариваемость стали сильно зависит от напряженного состояния элементов после сварки. В настоящем разделе рассмотрено влияние на свариваемость химического состава стали и ее микроструктуры.
    Рассмотрим лишь самые общие представления о влиянии элементов на свариваемость строительной стали, сложившиеся на основе результатов исследований авторов.
    Как отмечалось выше, в строительной малоуглеродистой стали содержание углерода, как правило, не превышает 0,22 %. Такое содержание углерода само по себе не вызывает осложнений при сварке в широком диапазоне тепловлокений.
    При сварке же низколегированных сталей углерод при повышенном содержании в сочетании с другими элементами, входящими в состав стали, может отрицательно воздействовать на ее свариваемость.
    Вредные примеси в стали — фосфор и сера — при повышенном содержании могут также ухудшать ее свариваемость.
    Однако при современных способах производства стали содержание Р и S в металле относительно невелико, и при сварке эти элементы вызывают затруднения лишь в редких случаях.
    На свариваемость определенное влияние также могут оказывать кислород и азот. Последний, как известно, может явиться причиной старения стали в зоне термического влияния на участке, нагреваемом до температур 300 … 500° С, а также может явиться причиной старения металла шва. Однако, если в стали присутствуют сильные нитридо- и карбонитридообразующие элементы Аl и Ti (вводимые как при раскислении, так и в целях легирования) и т. п., азот связывается достаточно полно и не ухудшает ее свариваемость. С другой стороны увеличение содержания нитридов алюминия в металле шва может привести к повышению критической температуры хрупкости.
    Кислород в металле шва может явиться причиной образования пор, а также хладноломкости металла шва.
    Водород как в стали, так и в сварочной ванне одинаково нежелателен, в первом случае он является причиной флокенов, во втором, диффундируя из шва в металл околошовного участка, повышает его склонность к хрупкому разрушению и способствует образованию холодных трещин.
    Разме: наследственного зерна при нагреве влияет на рост зерна на участке перегрева. Крупное наследственное зерно предопределяет рост зерна околошовного участка, что приводит к охрупчиванию металла.
    Марганец способствует росту аустенитного зерна, повышая склонность стали на околошовном участке к закалке. Вследствие этого с увеличением содержания марганца с 0 до 1,5 % твердость стали на околошовном участке, даже при сравнительно низком содержании углерода, резко возрастает. Вместе с тем, чтобы не проявилось вредное влияние марганца, отношение Mn/С должно быть не более четырех.
    Кроме положительного влияния на основной металл, марганец играет большую роль при раскислении и легировании металла шва, а также, в известной мере, предупреждает образование кристаллизационных трещин. Марганец в металле шва нейтрализует вредное влияние серы, образуя сульфид марганца (MnS). С увеличением содержания марганца склонность металла к образованию трещин при повышении содержания серы (до определенного уровня) не возрастает. Это наиболее эффективно проявляется при содержании углерода 0,10-0,14%.
    Кремний является сильным раскислителем, однако он повышает температуры критического интервала хрупкости и склонность металла шва к образованию кристаллизационных трещин (при сварке спокойных сталей это проявляется незначительно). Кремний охрупчивает металл околошовной зоны, но слабее марганца, что отражено в формуле углеродного эквивалента.
    Введение хрома в низколегированную сталь повышает ее закаливаемость в ЗТВ, однако при содержании его до 0,8 % в основном металле этот эффект практически не сказывается.
    Результаты исследований показали положительное влияние титана на пластичность основного металла и ЗТВ при содержании до 0,05 %, а при содержании титана более 0,05 % металл околошовного участка при сварке имеет повышеную хрупкость.
    Ванадийсодержащие стали характеризуются удовлетворительной свариваемостью. В связи с тем, что ванадий является карбидообразующим элементом, он улучшает свариваемость малоуглеродистой стали, благодаря выделению тугоплавких и труднорастворимых в аустените карбидов или карбонитридов. При сварке такой стали ее твердость (закаливаемость) в околошовной зоне ниже, чем у аналогичной стали, не содержащей ванадия.
    При связывании свободного углерода в карбиды его содержание в твердом растворе уменьшается. Вследствие этого при высоких температурах в зоне сварки и соответствующих скоростях охлаждения не происходит превращений, способствующих образованию закалочных структур.
    Поэтому ванадий и титан при их суммарном содержании до 0,15 % не оказывают заметного влияния на склонность металла околошовной зоны к образованию холодных трещин.
    Молибден в стали способствует ее закаливаемости, повышая твердость металла в ЗТВ. Вместе с тем марганцовистые стали с 0,33 % Мо на околошовном участке ЗТВ не склонны к образованию холодных трещин при использовании электродов с основным покрытием.
    Таким образом, большинство из перечисленных элементов охрупчивают металл околошовной зоны. При оценке влияния того или иного элемента на повышение твердости стали следует учитывать степень его влияния на снижение температуры мартенситного превращения.
    Температуру в большей степени снижает углерод и в меньшей — кремний. Снижая содержание углерода и добавляя элементы, обладающие значительно меньшей, чем углерод, способностью понижать Мн, получают стали, обладающие высокими механическими свойствами в исходном состоянии и удовлетворительной свариваемостью.
    Совместное влияние всех элементов входящих в состав стали, с учетом степени воздействия каждого из них на поведение металла в ЗТВ при сварке часто оценивают по углеродному эквиваленту Сэ или Рсм.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *