Низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые нелегированные стали термической обработке не подвергаются. В некоторых случаях в целях измельчения зерна, снятия следов наклепа, улучшения обрабатываемости резанием эти стали подвергают нормализации. При нормализации также улучшается их хладостойкость. Вопрос о термической обработке сварных соединений этих сталей является более сложным. Рациональной термической обработкой для них является нормализация и высокий отпуск. Назначение того или иного вида термической обработки или отказ от нее определяются многими условиями – толщиной свариваемых элементов, условиями сварки, назначением и условиями работы изделия.

Нормализация сварных соединений может обеспечить некоторое улучшение свойств вследствие перекристаллизации и измельчения зерна, поэтому термообработка рациональна при однослойной сварке под флюсом металла большой толщины, при электрошлаковой сварке, при ручной дуговой сварке электродами со стержнем диаметром 5…6 мм. Нормализация улучшает микроструктуру металла шва и ЗТВ, повышает вязкость металла этих зон и их хладостойкость. Нормализация рациональна при нагреве всего изделия. Локальный нагрев для нормализации только зоны сварного соединения может привести к созданию остаточных напряжений растяжения в этой зоне, не меньших остаточных напряжений, возникающих после сварки. Уменьшать скорость охлаждения при нормализации нерационально, так как это не позволяет обеспечивать требуемый эффект – измельчение зерна.

Высокий отпуск сварных соединений низкоуглеродистых сталей не изменяет структурного состояния металла. Его назначение состоит в снижении уровня остаточных сварочных напряжений, которые при эксплуатации могут оказать отрицательное влияние на работоспособность конструкции. Высокий отпуск может быть как локальным, так и общим, скорость охлаждения после локального отпуска желательно ограничить, чтобы снизить величину остаточных напряжений, связанных с локальностью нагрева.

Одним из важнейших условий, определяющих необходимость проведения термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых сталей, является контактирование их со средами, способными вызвать коррозионное растрескивание (щелочи, наводораживающие среды). Склонность к коррозионному растрескиванию сварных соединений низкоуглеродистых незакаливающихся сталей определяет наличие упругих или пластических деформаций металла, вызванных внешними или внутренними напряжениями, а чаще их суммой. Внешние напряжения можно изменять, регулируя нагрузку на изделие, а внутренние – технологией сварки либо отпуском после сварки.

Роль технологии сварки может быть различной. Подогрев перед сваркой или в процессе сварки уменьшает градиент температур между зоной сварного соединения и основным металлом и тем самым понижает величину остаточных сварочных напряжений. Многослойная сварка небольшими валиками будет способствовать снижению уровня остаточных напряжений, потому что при сварке каждого последующего слоя будет происходить нагрев предыдущих и, соответственно, снижение остаточных напряжений. Важно также, при какой температуре окружающего воздуха осуществлялась сварка – низкая температура будет приводить к увеличению температурного градиента и росту остаточных напряжений. Значение имеет и скорость охлаждения после сварки – уменьшение скорости охлаждения с помощью теплоизоляции сварного соединения будет способствовать снижению уровня остаточных напряжений. К снижению скорости охлаждения будет вести увеличение погонной энергии при сварке (при прочих равных условиях). Поэтому проведение термической обработки зависит от технологии сварки.

Для назначения технологии термической обработки имеет значение содержание углерода в стали и толщина свариваемого металла. Рабочие и остаточные напряжения, как уже отмечалось, повышаются с увеличением содержания углерода, величина напряжений также растет с увеличением толщины свариваемости металла, что соответственно увеличивает необходимость проведения отпуска после сварки. Ориентировочные режимы термической обработки сварных соединений приведены в табл. 8…11.

Таблица 8 – Режимы термической обработки сварных соединений

из стали 10, работающих вне сред, вызывающих

коррозионное растрескивание

Таблица 9 – Режимы термической обработки сварных соединений

из стали 10, работающих в средах, вызывающих

коррозионное растрескивание

Таблица 10 – Режимы термической обработки сварных соединений из

сталей 20 и Ст3сп, работающих вне сред, вызывающих

коррозионное растрескивание

Таблица 11 – Режимы термической обработки сварных соединений

из сталей 20 и Ст3сп, работающих в средах, вызывающих

коррозионное растрескивание

Продолжение табл. 11