Рас. 9-9. Влияние скорости охлаждения й содержания углерода на структуру металла (Г. Гинеман, А. Шредер):

а - крупное зерно (выдержка при темпера

туре 1200° С 2 ч), б - среднее зерно (выдержка при темпера

туре Ас, + 10° 10 мнн), / - зернистые структуры,

2 - вндманштеттова структура,

3 - сетка по границам зерен,

4 - перлит с небольшими участками феррита

200 100

CIhjh

700 600 500

300 200 100

0,1*

0,6 %c

Св-ОбГА и Св-08 не обеспечивает необходимого качества металла шва - шов поражен порами. Данные табл. 9-19 (для сравнения приведены результаты для среднеуглеродистой стали) свидетельствуют о том, что при электрошлаковой сварке (толщина металла более 60 мм, флюс АН-8) обеспечивается равнопрочность металла шва и сварного соединения в состоянии как после сварки, так и после термообработки. Ударная вязкость металла шва и участка перегрева околошовной зоны в состоянии после сварки при комнатной температуре находится на нижнем уровне требований, предъявляемых к основному металлу, а при температ-ре ниже комнатной обычно не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к основному металлу. Это связано с образованием крупнозернистой видманштеттовой структуры (размер зерен на участке перегрева превышает размеры, предусмотренные шкалой ГОСТ 5639-65). Металл с видманштеттовой структурой обладает пониженной ударной вязкостью и малой стойкостью против перехода в хрупкое состояние.

Образование видманштеттовой структуры зависит от содержания в металле углерода, размера зерна аустенита и скорости остывания металла (рис. 9-9). При средней величине зерна и содержании 0,15-0,35% С образование видманштеттовой структуры происходит при скоростях остывания более 100° С в минуту. При большей величине зерна образование видманштеттовой структуры наблюдается даже при весьма малых скоростях остывания.

При электрошлаковой сварке ньзкоуглеродистых сталей из-за длительного пребывания металла при температуре аустенизации образуются крупные аустенитные зерна. Это способствует возникновению видманштеттовой структуры даже при малых скоростях охлаждения металла, имеющих место при этом виде сварки. Для видманштеттовой структуры характерно выделение феррита как по границам исходных аустенитных зерен, так и внутри зерна по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям в виде игл-(рис 9-10). Значение ударной вязкости металла электрошлакового шва и участка перегрева околошовной зоны

f.J j Рис. 9-10. Структура металла электро-

f * ЙЙГ шлакового шва в состоя-

jyt i , нии после сварки (низко-

V. >**>*/гРта углеродистая сталь); х 150

уровне свойств основного

Г1 - * металла в большинстве случаев

J I обеспечивается только после

I - ; : -. нормализации сварной конст-

I - рукции, приводящей к устра-

* , , - f * 1* нению видманштеттовой струк-

. туры и измельчению зерна. 1л И5 г-* Jrj После термообработки шов

..... . имеет структуру феррита и

сорбитообразного перлита, распределенного неравномерно и ориентированного по осям столбчатых кристаллитов. Размер зерен соответствует номеру 7-8 по ГОСТ 5639-65.

Высокий отпуск не приводит к повышению значения ударной вязкости металла шва и околошовнои зоны, так как видманштет-товая структура сохраняется и после отпуска. Некоторое повышение ударной вязкости металла электрошлакового шва достигается путем модифицирования, использования ультразвуковых колебаний, электромагнитного перемешивания, механической вибрации ванны и других приемов. Однако при этом остается нерешенной задача повышения ударной вязкости на участке перегрева околошовной зоны. Поэтому в тех случаях, когда по условиям эксплуатации конструкции необходимо обеспечить высокую ударную вязкость металла шва и околошовной зоны при температурах ниже комнатной, ее следует подвергать общей или местной нормализации с последующим общим отпуском для снятия напряжений.

В последние годы разработаны и находят применение более экономичные, по сравнению с полной нормализацией, приемы повышения ударной вязкости сварного соединения, выполненного электрошлаковой сваркой. К их числу относится сварка с пониженной погонной энергией и сопутствующей нормализацией металла сравнительно небольшой толщины (до 40 мм). Эта нормализация состоит в том, что на участке сварного соединения, остывшем примерно до температуры 500° С, устанавливают дополнительные нагреватели (горелки, индукторы и др.). Перемещаясь со скоростью сварки, они нагревают металл сварного соединения до температуры нормализации. Находит также применение нормализация сварного соединения в интервале более низких температур (ЛСд-ACj).

Для предотвращения образования видманштеттовой структуры при электрошлаковой сварке ведутся также работы по применению основного металла с наследственно мелким аустенитным зерном и по легированию его элементами, снижающими склонность стали к перегреву.

Рис. 9-11. Изменение критическоу! скорости подачи электродной проволоки при электрошлаковой сварке в зависимости от содержания углерода в основном металле (С. А. Островская)

OJS 0,ik 0,50 0,26 0,22 0,Ю 0,Ш

/V нй 1мм

Стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин определяется рядом факторов, подробно рассмотренных в § 33. Из них при электрошлаковой сварке низ- о.ю коуглеродистой стали решающее зна- 006 чение имеет направление роста столбчатых кристаллитов, определяемое коэффициентом формы шва. Зависимость между этим коэффициентом и критическим содержанием углерода в металле шва при электрошлаковой сварке совпадает с приведенной на рис. 6-9 в § 33. При коэффициенте формы шва ij) = 1,5 трещины возникают уже при содержании в металле шва 0,15% С. При г!) = 3 содержание углерода в металле шва при прочих равных условиях может быть повышено до 0,22-0,23% без опасности образования кристаллизационных трещин. Форма сварочной ванны определяется режимом сварки (см. гл. 2). Поэтому для обеспечения высокой стойкости металла шва против образования трещин следует соответствующим образом выбирать режим сварки и в первую очередь скорость подачи электродной проволоки, от которой зависит глубина металлической ванны.

Данные о характере изменения критической скорости подачи электродной проволоки диаметром 3 мм в зависилюсти от содержания углерода в основном металле при средни значениях напряжения процесса приведены на рис. 9-11. Они относятся к случаю сварки углеродистой конструкционной стали толщиной 60- 200 мм. Содержание марганца, кремния и серы находится в пределах, предусмотренных соответствующими стандартами. Зазор между кромками 25-30 мм. При меньшей толщине металла благодаря особому характеру кристаллизации металла шва (§ 10) величина критической скорости подачи может быть заметно (на 15-25%) повышена. При большей толщине металла скорость подачи должна быть понижена. Степень понижения скорости подачи определяется опытным путем. Для удобства расчета критическая скорость подачи отнесена к 1 мм толщины основного металла.

Выбор режима электрошлаковой сварки обычно ведут по такой схеме. Допустим, необходимо сварить углеродистую сталь с содержанием 0,26% С, толщиной S = 120 мм. Из зависимости, приведенной на рис. 9-11, определяем, что критическая скорость ор подачи электродной проволоки при таком содержании углерода равна 4,25 м/ч на 1 мм. Суммарную скорость подачи электродной проволоки определяют по уравнению

и5., = Укр5 = 4,25 X 120 = 510 м/ч. (9-1)