Svařitelnost ocelí: skupina svařitelnosti oceli 20 a 35. Které oceli mají vysokou svařitelnost a zlepšuje se s vysokým obsahem uhlíku?

Při posuzování svařitelnosti převládá role chemického složení oceli. Pomocí tohoto indikátoru se jako první přiblížení hodnotí svařitelnost.

Vliv hlavních legujících nečistot na svařitelnost ocelí jsou uvedeny níže.

Další materiály k tématu „

Svařitelnost ocelí

, klasifikace ocelí podle svařitelnosti“:

• Svařitelnost – definice pojmu.
• GOST 23870-79 Svařitelnost ocelí Metoda hodnocení vlivu tavného svařování na základní kov
• Klasifikace legovaných ocelí.
• Vliv legujících prvků na tendenci usazeného kovu tvořit trhliny.
• GOST 29273-92 Svařitelnost – definice
• Svařitelnost mědi

Uhlík (C) je jednou z nejdůležitějších nečistot, která určuje pevnost, tažnost, prokalitelnost a další vlastnosti oceli. Obsah uhlíku v ocelích do 0,25 % nesnižuje svařitelnost. Vyšší obsah „C“ vede k tvorbě kalících struktur v kovu tepelně ovlivněné zóny (dále jen HAZ) a vzniku trhlin.

Síra (S) a fosfor (P) jsou škodlivé nečistoty. Zvýšený obsah „S“ vede ke vzniku horkých trhlin – červená křehkost a „P“ způsobuje křehkost za studena. Proto je obsah „S“ a „P“ v nízkouhlíkových ocelích omezen na 0,4-0,5 %.

Křemík (Si) je v ocelích přítomen jako nečistota v množství do 0,3 % jako deoxidační činidlo. S tímto obsahem „Si“ se svařitelnost ocelí nezhoršuje. Jako legující prvek s obsahem „Si“ do 0,8-1,0 % (zejména do 1,5 %) je možný vznik žáruvzdorných oxidů „Si“, což zhoršuje svařitelnost oceli.

Obsah manganu (Mn) v oceli je do 1,0 % – proces svařování není náročný. Při svařování ocelí s obsahem Mn 1,8-2,5% se mohou v kovu HAZ objevit tvrdnoucí struktury a praskliny.

Chrom (Cr) v nízkouhlíkových ocelích je jako nečistota omezen na 0,3 %. V nízkolegovaných ocelích je možný obsah chrómu v rozmezí 0,7-3,5 %. U legovaných ocelí se jeho obsah pohybuje od 12 % do 18 % a u vysokolegovaných ocelí dosahuje 35 %. Při svařování tvoří chrom karbidy, které zhoršují korozní odolnost oceli. Chrom podporuje tvorbu žáruvzdorných oxidů, které komplikují proces svařování.

Nikl (Ni), podobně jako chrom, se v nízkouhlíkových ocelích vyskytuje v množství do 0,3 %. V nízkolegovaných ocelích se jeho obsah zvyšuje na 5% a ve vysokolegovaných ocelích až na 35%. Ve slitinách na bázi niklu jeho obsah převládá. Nikl zvyšuje pevnost a plastické vlastnosti oceli a má pozitivní vliv na svařitelnost.

Vanad (V) v legovaných ocelích je obsažen v množství 0,2-0,8 %. Zvyšuje houževnatost a tažnost oceli, zlepšuje její strukturu a pomáhá zvyšovat prokalitelnost.

Molybden (Mo) v ocelích je omezen na 0,8 %. Při tomto obsahu příznivě ovlivňuje pevnostní vlastnosti oceli a zušlechťuje její strukturu. Při svařování však vyhoří a přispívá ke vzniku trhlin v usazeném kovu.

Titan a niob (Ti a Nb) jsou v korozivzdorných a žáruvzdorných ocelích obsaženy v množství do 1 %. Snižují citlivost oceli na mezikrystalovou korozi, nicméně niob v ocelích typu 18-8 podporuje tvorbu horkých trhlin.

Měď (Cu) je obsažena v ocelích jako příměs (v množství do 0,3 % včetně), jako přísada do nízkolegovaných ocelí (0,15 až 0,5 %) a jako legující prvek (do 0,8-1 %). Zvyšuje korozní vlastnosti oceli bez ohrožení svařitelnosti.

Při posuzování vlivu chemického složení na svařitelnost ocelíKromě obsahu uhlíku se bere v úvahu i obsah dalších legujících prvků, které zvyšují náchylnost oceli ke kalení. Toho je dosaženo přepočtením obsahu každého legujícího prvku oceli v ekvivalentním účinku na její prokalitelnost pomocí experimentálně stanovených konverzních faktorů. Celkový obsah uhlíku a přepočtená ekvivalentní množství legujících prvků v oceli se nazývá uhlíkový ekvivalent. Pro jeho výpočet existuje řada vzorců sestavených pomocí různých metod, které umožňují vyhodnotit vliv chemického složení nízkolegovaných ocelí na jejich svařitelnost:

SEKV = C + Mn/6 + Cr/5 + Mo/5 + V/5 + Ni/15 + Cu/15 (MIS metoda);

SEKV = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 (japonská metoda);

kde čísla udávají obsah v oceli v hmotnostních zlomcích procent odpovídajících prvků.

Každý z těchto vzorců je přijatelný pouze pro určitou skupinu ocelí, nicméně hodnotu uhlíkového ekvivalentu lze využít při řešení praktických otázek souvisejících s rozvojem technologie svařování. Poměrně často se výpočty chemického uhlíkového ekvivalentu pro uhlíkové a nízkolegované konstrukční oceli perlitické třídy provádějí pomocí Seferianova vzorce.

Podle svařitelnosti se oceli konvenčně dělí do čtyř skupin: dobře svařitelné, uspokojivě svařitelné, omezeně svařitelné a špatně svařitelné (tab. 1.1).

Do první skupiny patří nejběžnější třídy nízkouhlíkových a legovaných ocelí ([C]X≤0,38), jejichž svařování lze provádět konvenční technologií, tzn. bez ohřevu před svařováním a během procesu svařování, jakož i bez následného tepelného zpracování. Odlévané díly s velkým objemem naneseného kovu se doporučuje svařovat s mezitepelným zpracováním. U konstrukcí pracujících při statickém zatížení se tepelné zpracování po svařování neprovádí. U kritických konstrukcí provozovaných při dynamickém zatížení nebo vysokých teplotách se doporučuje tepelné zpracování

Do druhé skupiny patří uhlíkové a legované oceli ([C]x = 0,39-0,45), při svařování za běžných výrobních podmínek nedochází k tvorbě trhlin. Do této skupiny patří oceli, které je nutné předehřát, aby nedocházelo ke vzniku trhlin a také podrobit následnému tepelnému zpracování. Tepelné zpracování před svařováním je různé a závisí na jakosti oceli a provedení součásti. U odlitků z 30L oceli je nutné žíhání. Strojní díly vyrobené z válcovaných výrobků nebo výkovků, které nemají tuhé obrysy, lze svařovat v tepelně zpracovaném stavu (kalení a popouštění). Svařování při okolní teplotě pod 0°C se nedoporučuje. Svařování dílů s velkým objemem naneseného kovu se doporučuje provádět s mezitepelným zpracováním (žíhání nebo vysoké popouštění)

Tabulka 1. Klasifikace ocelí podle svařitelnosti.

Nízkouhlíkové St1-St4 (kp, ps, sp)

15K, 16K, 18K, 20K, 22K

A, A32, A36, A40, B, D, D32, D36, D40, E, E32, E36, E40

Nízká slitina 15G, 20G, 25G, 10G2, 12ХН, 12ХН2, 15Н2М, 15Х, 15ХА, 20Х, 15ХФ, 20Н2М

09G2, 09G2S, 09G2D, 10G2B, 10G2BD, 12GS, 16GS, 17GS, 17G1S, 10G2S1,09G2SD, 10G2S1D, YuHSND, YuKHNDP, 14G2AFD, 14G2AFD, 15G15AFD, XNUMXGXNUMXAFD, XNUMXGXNUMXAFD, XNUMXGXNUMXS XNUMXHSND

08GDNFL, 12DN2FL, 13ХДНФТЛ

Uhlíková ocel St5 (ps, sp), St5Gps

Legované 16KhG, 18KhGT, 14KhGN, 19KhGN, 20KhGSA, 20KhGR, 20KhN, 20KhNR, 12KhN3A, 20KhN2M

15Г2АФДпс, 16Г2АФД, 15Г2СФ, 15Г2СФД

20GL, 20GSL, 20FL, 20G1FL, 20DHL, 12DHN1MFL

Uhlíková ocel St5 (ps, sp), St5Gps

Legované 25KhGSA, 29KhN3A, 12Kh2N4A, 20Kh2N4A, 20KhN4A, 25KhGM, 35G, 35G2, 35Kh, 40Kh, 33KhS, 38KhGKh,30Kh30 , 30KhGSA, 30ХГНМТ, 35ХГНЗА, 25Х30Н20А

35GL, 32H06L, 45FL, 40HL, 35HGSL, 35NGML, 20HGSNDML, 30HGSFL, 23HGS2MFL

Legované 50G, 45G2, 50G2, 45Х, 40ХС, 50ХГ, 50ХГА, 50ХН, 55С2, 55С2А, 30ХГСН2А atd.

*DSTU 2651-94 (GOST 380-94). ** Zrušeno na Ukrajině.

V případech, kdy následné temperování není možné, se svařovaný díl podrobí lokálnímu ohřevu. Tepelné zpracování po svařování je různé pro různé jakosti oceli. Při svařování malých defektů oceli obsahující více než 0,35 % uhlíku je pro zlepšení mechanických vlastností a zpracovatelnosti nutné tepelné zpracování (u této oceli žíhání nebo popouštění za vysokých teplot).

Do třetí skupiny patří uhlíkové a legované oceli ([C]X = 0,46-0,59) perlitické třídy, které jsou za běžných podmínek svařování náchylné k praskání. Svařitelnost ocelí této skupiny je zajištěna pomocí speciálních technologických opatření, spočívajících v jejich předběžném tepelném zpracování a ohřevu. Většina výrobků z této skupiny ocelí je navíc po svařování podrobena tepelnému zpracování. U dílů a odlitků vyrobených z válcovaných výrobků nebo výkovků, které nemají zvlášť tuhé obrysy a tuhé součásti, je povoleno svařování v tepelně zpracovaném stavu (kalení a popouštění).

Bez předehřevu lze takové oceli svařovat v případech, kdy spoje nemají tuhé obrysy, tloušťka kovu není větší než 14 mm, okolní teplota není nižší než +5 ° C a svařované spoje jsou pomocného charakteru . Ve všech ostatních případech je nutný předehřev na teplotu 200°C.

Tepelné zpracování této skupiny ocelí je přiřazeno podle režimu zvoleného pro konkrétní ocel.

Do čtvrté skupiny patří uhlíkové a legované oceli ([C]x≥0,60) perlitické třídy, které se nejobtížněji svařují a jsou náchylné k praskání. Při svařování této skupiny ocelí racionálními technologiemi není vždy dosaženo požadovaných výkonnostních vlastností svarových spojů. Tyto oceli jsou v omezené míře svařitelné, proto se jejich svařování provádí s povinným předběžným tepelným zpracováním, s ohřevem během procesu svařování a následným tepelným zpracováním. Před svařováním musí být taková ocel žíhána. Bez ohledu na tloušťku a typ spoje je třeba ocel předehřát na teplotu minimálně 200°C. Tepelné zpracování výrobku po svařování se provádí v závislosti na jakosti oceli a jejím účelu.

Provozní spolehlivost a životnost svařovaných konstrukcí z nízkolegovaných žáruvzdorných ocelí závisí na maximální dovolené provozní teplotě a dlouhodobé pevnosti svarových spojů při této teplotě. Tyto ukazatele jsou určeny systémem legování žáruvzdorných ocelí. Podle legovacího systému lze oceli rozdělit na chrom-molybden, chrom-molybden-vanad a chrom-molybden-wolfram (tab. 1.2). U těchto ocelí se hodnota uhlíkového ekvivalentu pohybuje v širokých mezích a posuzování svařitelnosti ocelí na základě její hodnoty je nepraktické. Výpočet teploty předehřevu se provádí pro každou konkrétní jakost oceli.

Rozdělení vysoce legovaných ocelí do skupin (nerezové, kyselinovzdorné, žáruvzdorné a žáruvzdorné) v rámci GOST 5632-72 se provádí podmíněně v souladu s jejich hlavními provozními charakteristikami, protože žáruvzdorné a žáruvzdorné odolné oceli jsou zároveň kyselinovzdorné v určitých agresivních prostředích a kyselinovzdorné oceli jsou jak žáruvzdorné, tak žáruvzdorné při určitých teplotách.

Zastavme se u stručných doporučení k technologii svařování vysoce legovaných ocelí, které, jak již bylo uvedeno, jsou rozděleny do čtyř skupin.

U vysoce svařitelných vysokolegovaných ocelí se tepelné zpracování před a po svařování neprovádí. Při výrazném vytvrzení musí být kov vytvrzen od 1050-1100°C. Tepelné podmínky svařování jsou normální. Do této skupiny ocelí patří řada kyselinovzdorných a žáruvzdorných ocelí s austenitickou a austeniticko-feritickou strukturou.

U uspokojivě svařitelných vysokolegovaných ocelí se před svařováním doporučuje předběžné popuštění na 650-710°C s chlazením vzduchem. Tepelné podmínky svařování jsou normální. Při záporných teplotách není svařování povoleno. Předehřev na 150-200°C je nutný při svařování konstrukčních prvků s tloušťkou stěny větší než 10 mm. Po svařování se doporučuje temperování na 650-710°C, aby se uvolnilo napětí. Tato skupina zahrnuje především většinu chromových ocelí a některé chromniklové oceli.

Tabulka 2. Druhy žáruvzdorných a vysoce legovaných ocelí a slitin na bázi železo-nikl a nikl.

Svařitelnost ocelí je ukazatelem, který ovlivňuje jejich schopnost spojování vytvořením švu pomocí speciálních zařízení. Všechny slitiny jsou rozděleny do skupin – pro možnosti označené 20 a 35 se budou lišit. Podrobný přehled vám pomůže pochopit, které oceli mají vysokou svařitelnost a zda se zlepšuje s vysokým obsahem uhlíku.

Co je to?

Svařitelnost ocelí je vlastnost kovů a slitin, která umožňuje jejich spojování bez ztráty kvality. Některé z nich si zachovávají své vlastnosti. Jiní snižují nebo vylepšují stávající ukazatele. Svařitelnost může být ovlivněna přítomností legujících složek. Mezi další faktory patří:

• přítomnost a množství kontaminantů;
• podmínky, za kterých se svařování provádí;
• tloušťka obrobku;
• procento uhlíku s ostatními složkami.

Důležitý je také režim, ve kterém se svařování provádí. Některé slitiny lze spojovat pouze specifickým způsobem. Důležitá je také kvalifikace specialisty provádějícího práci.

Skupiny ocelí podle svařitelnosti

Posouzení svařitelnosti oceli se řídí požadavky GOST 2601. Různé typy a třídy slitin mají své vlastní charakteristiky. Některé z nich mají vysokou svařitelnost. Pro ostatní je to mnohem horší. Přehled klasifikace vám pomůže pochopit, jak oceli patří do určitých skupin.

Dobrý

Do této skupiny patří oceli s obsahem uhlíku 0,25 %. Vhodný je jakýkoli režim svařování, neexistují žádná omezení na hustotu a velikost součásti, ani teplotní podmínky. Slitiny mohou být uhlíkové nebo legované jinými součástmi. Skupina s dobrou svařitelností zahrnuje následující třídy oceli:

Do této skupiny patří také slitiny 10ХСНД, 15ХСНД, 10ГСНД a další legované jakosti.

Uspokojivé

Svařování ocelí s takovými indikátory se provádí výhradně za příznivých podmínek. Je důležité, aby byl bezvětří povolena okolní teplota od +5 stupňů Celsia. Obsah uhlíku v takových ocelích se pohybuje od 0,25 do 0,35 %. Existují také omezení na tloušťku obrobku – až 20 mm.

Z uhlíkových ocelí do této skupiny patří třídy 30 a 35 a také VSt5. Legované odrůdy:

Omezená svařitelnost

Do této skupiny patří oceli s obsahem uhlíku zvýšeným na 0,35-0,45 %. Ne všechny režimy jsou vhodné pro jejich připojení; Předběžné nebo současné zahřátí dílu na +250 stupňů Celsia je povinné.

Do skupiny omezeně svařitelných ocelí patří jejich uhlíkové varianty 40 a 45 a také jakost VSt6. Seznam legovaných je mnohem širší. To zahrnuje značky:

• 35G, 40G, 45G;
• 35X, 40X, 45X;
• 40G2;
• 20Х2Н4МА;
• 40HMFA;
• 35ХМ;
• 30 ХГСА.

Špatně svařitelné

Takové slitiny se vyznačují obsahem uhlíku vyšším než 0,45 %. Jsou svařovány v přesně definovaných podmínkách, s povinným ohřevem. Provádí se následné zpracování produktů. Těžko se spojují. Mezi uhlíkové oceli tato skupina zahrnuje následující třídy:

Mezi legovanými slitinami se 50G, 50Ch, 6KhS, 45KhN3MFA vyznačují špatnou svařitelností.

Na čem to závisí?

Stanovení svařitelnosti uhlíkové nebo legované oceli je založeno na přesném výpočtu. Studuje se nejen chemické složení slitiny. Použití speciálního vzorce pomáhá vypočítat a určit ukazatele svařitelnosti.

Dopants

Pokud je množství nečistot v uhlíkových ocelích minimální, je vždy významnější vliv prvků použitých k jejich legování. Naprosto všechny oceli obsahují tzv. znečišťující složky. Patří sem síra, která v koncentracích do 0,06% neovlivňuje svařitelnost kovu, ale pokud je tento indikátor překročen, vede k praskání za tepla. Fosfor v objemu nad 0,08 % vede ke vzniku podobného defektu ve studeném stavu.

Mezi legujícími nečistotami ovlivňují svařitelnost ocelí následující složky.

• Měď. Měď ve složení má pozitivní vliv na schopnost kovu tvořit svarový spoj. Tato přísada poskytuje zpevňující účinek, zlepšuje viskozitu, tažnost slitiny a její odolnost proti korozi.
• Dusík. S jeho pomocí se snižuje teplota svarové lázně. Pod tímto vlivem se v kovu aktivně vytvářejí sloučeniny nitridu železa, což činí slitinu tvrdší. Zároveň se snižuje svařitelnost materiálu.
• Titan, niob. Zahrnutí titanu a niobu do oceli pomáhá zlepšit svařitelnost obrobků a snižuje negativní vliv jiných legujících přísad.
• Wolfram. Tento kov má schopnost silně oxidovat. Svařitelnost ocelí s takovou přísadou se zhoršuje.
• Nikl. Přítomnost niklu ve slitinách má příznivý vliv na jejich tažnost a pevnostní charakteristiky. Podíl této složky se pohybuje od 5 do 35 %.
• Chrome. Obsah chrómu do 0,25 % nezhoršuje svařitelnost oceli, ale při dosažení 1,1 % je vliv již považován za negativní. Snižuje se chemická odolnost slitiny, objevují se v ní žáruvzdorné oxidy a oblasti s vysokým obsahem karbidů se stávají nestabilními vůči korozi.
• Molybden. Je obsažen pro zvýšení tažnosti kovu a používá se jako zpevňující přísada. Molybden přitom může negativně ovlivnit kvalitu samotného svaru a zvýšit riziko vzniku vad v něm.
• Křemík. Není to povinná složka, ale slouží jako dobrý deoxidační prostředek. Čím nižší je obsah této přísady, tím vyšší je kvalita svařování. Když koncentrace dosáhne 1,5 %, křemík vede k intenzivní tvorbě žáruvzdorných oxidů a s nimi strusky.
• Mangan V objemu do 1% nedochází k negativnímu ovlivnění svařitelnosti kovu. Ve vyšších koncentracích může mangan způsobit praskání materiálu a přispívat ke vzniku tepelně ovlivněných zón.
• Vanadium. Tato složka má příznivý vliv na celkové vlastnosti slitiny a pomáhá zlepšit její tažnost a houževnatost. Vanad také ovlivňuje prokalitelnost oceli.

Čím menší je množství legujících složek obsažených ve slitině, tím snazší je předvídat její schopnost spojení vytvořením svaru.

Se sníženým obsahem uhlíku se zlepšuje svařitelnost ocelí její zvýšení vede k potížím při vytváření svaru. Množství této složky ovlivňuje i další parametry slitiny. Existuje vzorec, který vypočítá ekvivalentní obsah uhlíku, včetně všech legujících složek. S jeho pomocí můžete předběžně posoudit svařitelnost slitiny. Podmíněný příklad takového vzorce vypadá takto: ekvivalent C (Seq) = C (uhlík) + (Mn/6) + ((Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15).

Poměry legujících složek se mohou lišit, ale množství použitá při dělení jsou konstantní. Obsah uhlíku přímo ovlivňuje, jak bude kov tažný. Čím větší je množství uhlíku obsaženého ve slitině, tím je méně svařitelná. To je způsobeno vlivem oxidačního procesu, který způsobuje intenzivní tvorbu plynových pórů. Spojovací šev se ukáže jako křehký a rychle se zhroutí.

Zpracování

Významný je také vliv svařitelnosti oceli na možnosti jejího následného zpracování. U slitin se špatnou svařitelností je schopnost vytvořit svar minimální. Mechanický kontakt může způsobit vznik trhlin ve svařované oblasti. Takové materiály nejsou vhodné pro použití v kritických oblastech při intenzivním zatížení. Oceli s omezenou svařitelností se obtížně zpracovávají.

Tato skupina materiálů vyžaduje pečlivý výběr zařízení a výrazně omezuje výběr metod expozice. Samotný proces vyžaduje použití vhodného prostředí a vysokou zručnost specialisty.

Uspokojivě a dobře svařitelné oceli se nebojí tepelného zpracování. Dobře se kombinují bez předehřívání. Následné mechanické působení na šev jej nezničí a udrží ošetřenou plochu bez prasklin a jiných poškození.