Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 32
Текст из файла (страница 32)
В пропессе направленной кристаллизации металла шва, протекающем в интервале температур ликвидуосалгпгус, этн лсгко- Вюкно отметить, что распределение серы по сечению толстодистового основного металла может быль крайне неравномерным вследсшне ликвацни при крлсталлнзэцнл литых слябов, нс подвергающихся при прокатке значительным деформациям. Поэтому прн сварке па некоторых учасгклх шяа концентрация серы может оказаться весьма высокой, а механические свойспм !лва очень низкими даже при се срслней концентрации в металле, удовлетворяющей требованиям ГОСТа. Это явление называют металлургической наследственностью в мевиле.
Содержание серы в мшалле в количестве, превышающем допустимые нормы, рпжо снижает сто механические свойства и т, К валяется причиной красноломкости металла, а при сварке !763 приводит к появлению э шве 1725 кристаллизационых трещин. Механизм влияния примесей серы на наплявленный металл состоит в следующем. В СШЛХХ СЕРа ОбРЭЛУСт С ЖЕЛЕЗОМ !3(Ю !КцяЬ; сульфид железа Реб, температура плавления которого составляет 1468 К, т. е. ниже температуры плавления силн на ч300 К.
Сульфид железа 9(в почти не растшгряеюя в твср- 21.5% 3 лом железе, 9!з к Прн крнсщллищцин шва 700 20 30 40 Реб выделаетса из него и со- Ь, % (мас.Ь елинясюя с лругнмн принеся" ми в виде легкоплавкой серии- кости Рс — 8, Со — 8, Ы! — 8 ской эвтектики (рнс.
0.31) или в виде отдельных включений разного аидж Эвтектики могут быть даойными либо тройными„ например: ллавкпе сернистые звтектпки оттесняются рашущими кристаллитвми металла шва к циницам межлу кристаллитами н к месту нх стыка (в центрааьной части сварочной ванны) и становятся частью так назыааелоях межкристаллнтных прослоек. К моменту окончания крисшляизации металла шва такие мюккристалдитные прослойки могут быть еще в жнлком состоянии (Тз «Тей Еслгг возникнут раствгивающие напряжения от усалки шва и временных сварочных деформаций в пше, то возможно появление на этих участках горячих трещин ьристашнзационного тззпа (рнс. 9,32).
Рне. 932. Малропруюура центра шва('200) а зоне срасшния крвсшз- литов передними гранямн (в правой части — горячая трещина) Одновременное лрисутстяне в метаю|с шва углерода и ъ)юмния увеличивает сююнность шва к лристаллизацнонным трещиналз в результате снижения температуры затвердеаанив ликватов и увеличения температурного интервала хрупкости. Участки швов с сернистыми лнкаатами, не разрушившиеся при кристаллизации, имеют пониженные механические свойства н потенциально склонны к разрушению как при вмсоких, так н при низких температурах.
Особенно вредно влияет сера на свойства коррозионно-стойких статей и сгиивов никеля. 454 9.10.2. десульфурация сварочной ванны Для снюкения содержания серы в ыешлле шва нужно вводить в сварочную нанну такие элементы, которые имели бы к сере большее сродство, чем железо. Кршае того, образующиеся сульфидм этих элементов должны уловлетворюь слелуюшпм требованиям: обладать более высокой, чем у железа или никеля, температурой плавления и не созлавать сульфидных легкоплавких звтектик По с~олени возрастания химической прочности образующихся сулъфидов, т.
е, их энтаяьпии, элементм, вводимые щш десульфурацнн сварочной ванны, располагаются в следуюгцей последовательности: А1, Са, )ча Мп, Мй. Однако использование их даа связывания серы сопряжено с трулносчями, так как все зти элементы имеют н более высокое сродспю к кислороду, т. е. связываются им в оксиды, практически не удаляющиеся пз крнсталлнзующегося шва и образующие включения. Из числа перечисленных элементов наи- ! болыпий интерес с этой точки зрения ! представляет марганегь поскольку: ! 1) он имеет сравнительно высокое ! сродство к ге)ю; 1 2) как правило, оп присутствует в свариваемых сталях в сравнительно болыпих количествах (0,5...0,65 %); ! 3) Мп лмло растворим в Ре и образует тугоплавкий и пластичный сульфид Млб шаровидной формы(Тю=!893 К), р 02 04 06 ой равномерно распределяющийся преиму- Мп, % (мас.) щественно в объемах зерен; Рнс. 9.33.
Снижение доли 1) при коицегп)жцни ма(зганца а ста- рей в ф ой фз ли более 0,6%, он способсгвуег перехо- (Тей)1(швб) „ш„е. лу серы из РеБ в Мпб, т. е. в шлак. ини концентрации (Ма) Марганец полезен главным образом в стали как элемент, переводящий серу в более благоприятную форму существования в стали (рис. 9.33). Кроме того, сульфнл марганца слабо растворим в металле и хорошо в шлаке; поэтому он в значительном количестве переходит в шлак. Оставшийся в металле Мпб распределяется в мелкоднсперсном виде достаточно равномерно в объеме зерен и не образует легкоплавких эвтектик.
В сварочной практике связывают и удалмот серу чаще всего двумя способами: с помогцью Мп и МпО, а также СаО. Рассмот- рим первый из элементов-десульфураторов — марганец. Основная решшия связывания серы марганцем описывается уравнением [ре8]+ [Мп) ~(М,8)+ [р,] (98П с констыпой равновесна [Ре](Мп8) [Рей][Мп] Учитывая, что лля стати [Ре) = 1, получаем (Мпй)с К, [Мп] (9.82) Для этой реакции константа равновесия имеет внд (Мпй)[уео] [Реб](МпО) (МпЯ)[реО] (МпО) (9.84) Преимушеспю 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 а сторону большего выхода (Мпй) и [реО]. Рассматривая реакции (9.81) и (9.83) совмеспю, можно отметить, что преврапгению Рей в Мпб способствуют: лучшая раскис- 456 Следовательно, чем больше марганца, тем меньше РеЯ в мегадле пша. При этом чистый Мп вводят в сварочную проволоку нли в основной металл. Однако зф [мкгнвносгь свшывания серы в сульфид марганца по реакции (9.81) мала, так как вправо реакция заметно развиваема лишь при пониженных температурах, когда протекающие процессы замеллякпся.
В итоге в металле шва оюгзываегся значительное количеспго РеБ. Поэтому реакция (9.81) дополняется второй реакцией сульфнла железа с дополнительно введенным оконном марганца: [реб] + (МпО) ~~ (Мпб) + [реО). лснносп мепшла (т. е, уменьшение [РеО)); увеличение солервания марганца в металле; высокая концентрация (МпО) а гплаке. В углеродистых сталях обычно отношение [МпИ8) равно 20...25, что позволяет избежать кристаллизациоиных трещин. В лепцюванных сталях это соотношение должно быль существенно выше, чтобы получить швы без трещин.
Вторым злементом-лесульфуратором 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 — оксисульфиды. Дюкс при весьма низкой концентрации в металле (не выше О,ООО1 %) кальций вследствие своей поверхностной акпгвностн оказывает замепюе влияние на процесс рафинирования, гюобенно прн совместном введении кальция и присалок редкоземельных элементов — церна и лантаиа. Во-вторых, прн использовании кальция как злемента-десульфуратора возможно связывание серы нзвесзью СвО.
Зта реакция приводит к образованию весьма прочного и тугоплавкого сульфида юльция, практически ие растворимою в мепшле. Процесс протекаег в соответствии с реакцией [РеЯ) + (СаО) рд (Саб) + [РеО], (9.85) Константа равновесия реакции (9.85) растет с увеличением температуры, при этом процесс интенсивнее розвиваеюя вправо— в сторону образования в шлаке Сай. Лучшее раскисле~ие металла и введение в шлак окиси кальция будет способствовать уменьшению содержания Рей в металле.
Увеличеняе содержания СаО в шлаке приводит к росту констагпы распрелеления Е = ($)/[8], чзо обеспечивает более полный переход серы из металла в ишак. Установлено, что наличие кремния и алюминия в металле значительно ускоряет процесс лесульфурации сварочной ванны, причем сера удаляется одновременно с кислородом. Зто является следствием как прямого испарения серы в виде соединений А12$1 (температура возгонки равна!823 К) и 888 (температура возгонки ранив 1213 К), так и включения ее в состав образующихся шлаковых частиц.
9.18.3. Снижение содерншннн фосфора в металле шва Фосфор, как и сера, якчлстсв вредной примесью, ухудшающей механические свойства стали, особенно при пониженной температуре, т, е. вызывающей ее хладноломкость. Зто обьясняепн тем, что в сталях фосфор образует часгнчыэ растворимые в феррате феофилы Гезр (нлн ГезР) по реакпни )Ге+ Ркз!Гетр(15,63% Р). (9.86) Фосфор относится к числу снльно лнквнрующих примесей, которые неравномерно распределянися в металле. Ллквацню фосфора уснлнвает углерод. Прн этом возможно образование легкоплавкой звтехтнкн тройного типа Ге + Р + С еше более снюканлцей прочность и пластнчность шяа в температурном ннгервале хрупкости в с»х»ях (Тю ч 1173 К).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
