Марки стали для сварки: свариваемость, влияние характеристик

О чем речь? Марки стали для сварки в зависимости от химического состава, наличия примесей в сплаве обладают разными характеристиками и отличаются степенью свариваемости.

Какие? Низкоуглеродистая конструкционная сталь – наиболее часто используемый в сварке материал. Отличается высокой степенью свариваемости. Высоколегированные варить сложнее – требуется соблюдение определенных условий.

Понятие свариваемости стали

Опытные сварщики знают, что при обработке различных металлов важно учитывать их свариваемость.

Под этим термином понимается способность металла и сплавов образовывать при определенной технологии сварки соединения, соответствующие эксплуатационным и конструкционным требованиям.

При сварке разных марок сталей необходимо учитывать то, к какой группе относится металл:

• I – хорошо сваривается, содержание углерода не более 0,25 %.
• II – удовлетворительно сваривается, содержание углерода 0,25 до 0,35 %. Чтобы получить прочный шов, важно придерживаться режима сварки, использоваться подходящие присадочные материалы, выбирать правильную температуру, подогревать изделия или проводить термообработку.
• III – ограниченно свариваются, содержание углерода 0,35 до 0,45 %. Чтобы шов получился прочный и надежный, нужно подогревать изделия, выполнять предварительную либо последующую термическую обработку.
• IV – плохо свариваются, содержание углерода более 0,45 %. Соединения легко растрескиваются, эксплуатационные характеристики сварного шва пониженные, такая сталь редко используется для создания конструкций.

Все низкоуглеродистые стали легко поддаются обработке сваркой. Опытный мастер сможет выполнить прочный шов без каких-либо сложностей. Полученное соединение будет устойчиво против появления кристаллизационных трещин. Объясняется это свойство тем, что в составе металла содержится небольшое количество углерода.

Читайте также: «Сварка нержавеющей стали: особенности, методы, расходные материалы»

Но в сталях, где максимальное процентное содержание углерода, быстро образуются холодные трещины, к примеру, если быстро охлаждать заготовку или же сваривать детали большой толщины, работать при низких минусовых температурах, выполнять швы малого сечения. В подобных ситуациях избежать появления трещин можно, нагрев изделие до 120-200 градусов Цельсия.

Обозначения марок сталей

Как маркируются сплавы, произведенные в России

Для расшифровки наименований марок сталей согласно ГОСТу необходимо разбираться в следующих нюансах. Буквенные обозначения указывают на элементы, из которых состоит сплав: Х – хром, Н – никель, С – кремний. Кроме того, буквенная маркировка определяет способ раскисления стали. Стоящие после букв цифры – это процентное содержание элемента в сплаве.

Как маркируются легирующие элементы

Легирующие элементы могут быть обозначены литерами: Б – ниобий, Г (или Мг) – марганец, В – вольфрам, Д – медь, К – кобальт, Е – селен, М – молибден, Н – никель, Р – церий, С – кремний, Т – титан, П – фосфор, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Когда за буквенным обозначением нет цифрового, значит, содержание элемента до 1 %. Литера А указывает, что в сплаве минимальное количество примесей, таких как сера и фосфор. Цифра перед аббревиатурой – содержание углерода в сотых долях процента. К примеру, в сплаве 12Х2Н4А содержится углерода 0,12 %, хрома – 2 %, никеля – 4 %.

Стандарты, принятые во всем мире

Стандарты Евросоюза и Соединенных штатов Америки отличаются от отечественных, поэтому для расшифровки нужно воспользоваться сравнительной таблицей с аналогами. Зная, что означают аббревиатуры, вы определите название металла, вид обработки и область применения.

Легирование

По ГОСТ 5632–72 нержавеющий прокат должен состоять на 10,5 % из хрома, никеля либо марганца, который может, как никель, растворять прочие элементы. В результате образуется пластичный, однородный сплав, устойчивый к коррозии.

Читайте также: «Сварка труб из стали: требования, методы, правила»

Также в составе нержавеющей стали есть железо, алюминий, цирконий, ванадий, кремний, углерода, фосфор и сера. Легированная сталь становится жаропрочной, поэтому из нее можно изготавливать ответственные конструкции.

Марки стали для сварки

Углеродистые типы стали

Данная марка стали под сварку обладает специфическими качествами, поэтому сваривать детали нужно, соблюдая определенную технологию работы.

При соединении двух заготовок их надо размещать так, чтобы сварное соединение было на весу. Для этого применяются скобы, струбцины и иные фиксирующие приспособления. Чтобы работать с конструкцией, потребуется сварочный стол.

Когда нужно соединить элементы большой толщины или множество слоев, можно прихватить детали с лицевой стороны швов. Для формирования прочного соединения металл шва и околошовной области должны быть такими же прочными, как материал обрабатываемых заготовок.

Низкоуглеродистые типы стали

В этих марках стали для сварки, кроме углерода, есть легирующие элементы. Для обработки заготовок можно использовать любую технологию, при этом мастеру не нужно иметь большой опыт работы со сварочным аппаратом.

Среднеуглеродистые типы стали

В стали данной марки процентное содержание углерода достаточно большое, поэтому обработка металла происходит труднее. Сложность состоит в том, что прочность металла заготовок и сварного соединения разные. По краям в околошовной области образуются трещины, формируются области с повышенной хрупкостью.

Читайте также: «Сварка углеродистых сталей: виды, технология, рекомендации»

Исключить появление брака можно, если производить работу электродами, стержни которых сделаны из низкоуглеродистого металла.

Металл обрабатываемых заготовок не будет проплавляться, если выполнить разделку кромок.

Сваривая сплав, в котором содержится такое же количество углерода, что и у высокоуглеродистых сталей, нужно применять флюс.

Высокоуглеродистые типы стали

Обработка деталей из высокоуглеродистых сталей может быть усложнена. Дело в том, что при такой сварке нужно использовать альтернативные технологии.

К примеру, можно соединять заготовки ацетиленовыми горелками, мощность горения которых достаточно большая: потребление ацетилена составит 75-90 дециметров кубических на 1 мм толщины швов.

Аустенитные типы стали

Стальные сплавы данной категории выполнены из гранецентрированной высокотемпературной разновидности металла (аустенита). Хромоникелевые виды стали с подобной первичной кристаллической структурой используются при производстве элементов, эксплуатируемых в агрессивной среде, в экстремальном температурном режиме.

Обрабатывать заготовки из аустенитной хромоникелевой стали необходимо при помощи электродов со стержнями из низкоуглеродистого металла. Только в этом случае не произойдет межкристаллическое образование ржавчины в области около шва, а также не появятся коррозионные трещины.

Нержавеющая сталь

Хром и никель добавляются в состав сплава, чтобы исключить образование ржавчины.

При сварке сталей различных марок, а именно хромированных деталей, металл окисляется на кромках обрабатываемых заготовок при температуре до 500 градусов Цельсия.

Чтобы сталь не окислялась на кромках, выполняется дуговая сварка неплавящимися электродами в защитной атмосфере аргона или TIG-сварка, когда в рабочей зоне нет кислорода.

Инструментальные типы стали

Сверхтвердость и улучшенные механические параметры стальных сплавов данной группы обеспечивают возможность изготовления рабочих частей режущих инструментов, оснастки, штампов и деталей, кромка которых не портится даже при высокой температуре.

Важно, чтобы сварное соединение удовлетворяло всем требованиям. Не должно быть концентрации напряжения в экстремальных эксплуатационных условиях.

Читайте также: «Конструкционная сталь: виды, состав, применение»

Сварку заготовок из сплавов стали данной группы выполняют при помощи специальных электродов: УОНИ-13/НЖ/20Ж13.

При обработке элементов спецназначения из углеродистой стали используют электроды, которые подобраны под специфику свариваемости определенного сплава.

Таблица марок стали для сварки

Параметры сварочных сталей (с указанием марок) и подходящих для сварки технологий приведены в нижеследующей таблице.

Группа по свариваемости	Процентное содержание углерода	Процентное содержание легирующих элементов	ГОСТ	Марка стали	Технология работы
I (хорошо)	до 0,2	до 2,5	380-94	Ст1 – Ст4 (сп, кп, пс)	Работы производятся по технологии, которая не требует дополнительных мероприятий, на оптимальных для толщины заготовок режимах.
			803-81	10ЮА, 18 ЮА
			977-88	15Л, 20Л, 25Л, 08ГДНФЛ, 2ДН2ФЛ, 13ХДНФТЛ
			1050-88	08 – 25 (пс, кп)
			4041-71	25пс, 08Ю
			4543-71	15Г – 25Г, 10Г2, 16Х, 20Х, 12ХН, 15 ХА, 15 ХФ
II (удовлетвори- тельно)	0,2-0,35	2,5-10	380-94	Ст5 (пс, сп)	При обработке деталей нужно: - подготовить края; - строго учитывать режим сварки; - использовать подходящие флюсы и присадочные материалы. В ряде ситуаций нужно подогреть заготовку до температуры 100-200 градусов Цельсия, а затем выполнить термическую обработку.
			977-88	20ГЛ,20ГСЛ, 20ФЛ, 20Г1ФЛ, 20ДХЛ, 12ДХН1МФЛ
			1050-88	30
			10702-78	20Г2С
			19281-89	15Г2АФДпс, 16Г2АФД, 15Г2СФ, 15Г2СФД
III (ограниченно)	0,35-0, 45	2,5-10	977-88	35Л 40Л, 45Л,35ГЛ, 32Х06Л, 45ФЛ, 40ХЛ, 35ХГСЛ, 35НГМЛ, 20ХГСНДМЛ, 30ХГСФЛ, 23ХГС2МФЛ	Чтобы шов получился качественным, следует нагреть детали до температуры около 250 градусов Цельсия, при завершении работ выполнить тремообработку по режиму, что соответствует марке стали.
			1050-88	35, 40, 45
			4543-71	25ХГСА, 29ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 20ХН4А, 25ХГМ, 35Г, 35Г2, 35Х, 40Х, 33ХС, 38ХС, 30ХГТ, 30ХРА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 25ХГНМТ, 30ХГНЗА, 20Х2Н4А
			11268-76	12Х2НВФА
IV (плохо)	выше 0,45	выше 10	977-88	50Л, 55Л, 30ХНМЛ, 25Х2Г2ФЛ	Заготовки сваривают с предварительной термической обработкой, детали подогревают во время сварочного процесса, по завершении работ также выполняется термообработка.
			1055-88	50, 55
			1435-77	У7 – У13А
			4543-71	50Г, 45Г2, 50Г2, 45Х, 40ХС, 50ХГ, 50ХГА, 50ХН, 55С2, 55С2А, 30ХГСН2А и др.
			5950-2000	9Х, 9X1
			10702-78	38ХГНМ

Выбрав марку нержавеющей стали для сварки, учитывайте данные из вышеуказанной таблицы. Так вы сможете правильно определить группу стали и выберете оптимальный режим и технологию обработки.

Низкоуглеродистые и низколегированные стали соединяются по любой технологии обработки, при сварке прочих марок нужны дополнительные мероприятия, только тогда сварной шов получится качественным.

Важно! Соединять заготовки при температуре ниже минус 5 градусов Цельсия нельзя, в противном случае сварной шов получится некачественным.

Способы повышения качества сварного соединения для разных марок стали

Учитывая марку стали для сварки, а также особенности технологии обработки, можно изменить параметры сварного шва, оказывая последовательное температурное воздействие.

Есть четыре ключевых способа термической обработки, а именно сталь закаливают, выполняют температурным отпуск, отжиг и нормализацию.

Чаще всего применяется закалка и отпуск. После выполнения такой обработки соединение получается прочным и твердым, напряжение снимается, поэтому не образуются трещины.

Степень отпуска определяется в зависимости от материала и необходимых характеристик.

Термическая обработка металлоконструкций при выполнении подготовки осуществляется следующим образом:

• отжигом – чтобы снять напряжение внутри заготовок, сделать шов мягким и податливым;
• предыдущим подогревом, чтобы не допустить температурный перепад.

Правильно регулируя температурное воздействие, вы сможете:

• выполнить подготовку элемента к обработке, устранить внутренние напряжения, измельчив зерна;
• уменьшить температурные перепады на холодный металл, повысить качество шва, термически скорректировав микроструктуру.

Изменение параметров с помощью температурных перепадов бывает локальное и общее. Нагреть кромки можно при помощи газового либо электродугового оборудования. Чтобы нагреть заготовку и плавно охладить ее, применяются печи.

Как примеси влияют на свариваемость стали

По сравнению с углеродистыми типами сталей, где содержится небольшое количество примесей, легированные стали обладают другими параметрами.

Вредные добавки есть в любом стальном сплаве. Негативно влияют на свариваемость стали следующие включения: сера, при ее содержании более 0,06 % образуются горячие трещины, и фосфор, который в концентрации свыше 0,08 % способствует холодному растрескиванию.

Читайте также: «Толщина оцинкованной стали: какой должна быть»

Далее приведены легирующие добавки, которые влияют на свариваемость стали:

• Медь. Если в составе металла есть медь, сварное соединение будет образовываться легко. Примеси меди обеспечивают высокую прочность шва, увеличивая его вязкость, пластичность, и повышают антикоррозийные свойства.
• Азот. Данный компонент снижает температуру в сварочной ванне. При обработке образуется нитрид железа, делая металл более твердым, однако его свариваемость ухудшается.
• Титан и ниобий. Добавление этих элементов позволяет улучшить свариваемость сплава, компенсируя негативное воздействие на металл прочих легирующих элементов.
• Вольфрам. Пагубно влияет на способность сплава к свариваемости, поскольку повышается окисляемость металла.
• Никель. Делает сплав более пластичным и прочным. Никель содержится в металле в концентрации 5-35 %.
• Хром. При минимальной концентрации не более 0,25 % данный компонент никак не меняет свариваемость. Но при добавлении хрома более 1 %, выполнение сварного соединения представляет трудности. Образование тугоплавких оксидов снижает химическую устойчивость сплава, в области высокой концентрации карбидов металл теряет антикоррозийную устойчивость.
• Молибден. Добавляют в металл, чтобы сделать его прочным и пластичным. Молибден может негативно влиять на качество соединения.
• Кремний. Добавляется не в обязательном порядке, раскисляет стальной сплав, снижая свариваемость. При процентном содержании кремния более полутора процентов интенсивно образуются тугоплавкие оксиды и шлак.
• Марганец. Добавление этого элемента не снижает свариваемость сплава, но, если процентное содержание марганца будет свыше 1 %, образуются трещины и области термического влияния.
• Ванадий. Негативно влияет на основные параметры стали, увеличивая вязкость и пластичность.

При увеличении процентного содержания добавок становится сложно контролировать свариваемость легированной стали.

Часто задаваемые вопросы о марках стали для сварки

От чего зависит свариваемость разных марок стали?

Оценивая свариваемость стали, следует учитывать ключевой параметр, а именно углеродный эквивалент Сэкв. Данный коэффициент условный, он показывает уровень влияния содержания углерода и основных легирующих компонентов на параметры сварного соединения.

Свариваемость стали зависит от приведенных далее факторов:

• Количество углерода.
• Процентное содержание вредных включений.
• Уровень легирования.
• Тип микроструктуры.
• Условия окружающей среды.
• Толщина заготовки.

Ключевая характеристика, которую нужно учитывать, – химический состав металла.

Какие марки стали считаются высоколегированными?

Использование специальной технологии обработки требуется, если сталь высоколегированная. Сюда можно отнести нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные сплавы. Далее приведем наиболее популярные: 09Х16Н4Б, 15Х12ВНМФ, 10Х13СЮ, 08Х17Н5МЗ, 08Х18Г8Н2Т, 03Х16Н15МЗБ, 15Х17Г14А9. Свариваемость сталей (ГОСТ 5632-72) можно отнести к 4-й группе.

Как обрабатывать заготовку, если нет данных о марке стали?

Технологию обработки важно выбрать правильно, чтобы сварное соединение получилось прочным и надежным. Но когда неясно, какая марка стали, режим и способ ведения придется определить на практике. Прежде всего сварите образцы деталей, из которых будет изготовлена конструкция. После этого отработайте режим проведения сварочного процесса.

Опытные мастера в своей работе учитывают такую важную характеристику, как свариваемость стали. Этот параметр зависит от химического состава сплава, микроструктуры и физических свойств. Выбрав оптимальную технологию обработки, можно выполнить шов высокого качества, главное использовать подходящее оборудование и обеспечить оптимальные условия.