К этой группе относятся стали с суммарным содержанием легирующих элементов до 10%. Они обладают высокими прочно­стными и пластическими характеристиками, повышенной стойко­стью против хрупкого разрушения и некоторыми специальными свойствами. Прочность таких сталей 800—2000 МПа, поэтому их используют в ответственных конструкциях, воспринимающих зна­чительные нагрузки, например в авиационной технике, химическом и энергетическом машиностроении и др.

Химический состав и механические характеристики некоторых сталей этой группы приведены в табл. 19.3. Для сталей этой группы характерным является многокомпонентное комплексное легирова­ние. Почти все стали этой группы относятся к перлитному классу. Однако некоторые из них, содержащие легирующих элементов 5—6% и более, могут относиться к мартенситному или переходным классам (30Х2ГСНВМ. 28ХЗСНМВФЛ и др.). Высокие механиче­ские свойства среднелегированных сталей достигаются при соот­ветствующем легировании и надлежащей термической обработкой, после которой проявляется положительное влияние легирования. Поэтому такие конструкционные стали характеризуются как хими­ческим составом, так и видом термической обработки. Стали этой группы, как правило, подвергают улучшению (закалке с последую­щим высоким отпуском) или закалке и низкому отпуску. В качестве легирующих компонентов для этих сталей применяют хром, марга­нец, кремний, никель, титан и др. При изготовлении ряда конст­рукций от материала требуется также сохранение прочностных характеристик при высоких температурах и длительном воздействии постоянных нагрузок. Для повышения жаропрочности сталей в их состав дополнительно вводятся такие легирующие элементы, как молибден, вольфрам, ванадий, энергично повышающие температу­ру разупрочнения стали при нагреве. В отожженном состоянии предел прочности стали 25ХНВФА, в состав которой входят воль­фрам и ванадий, 850 МПа при 5 = 15%. Закалкой при 910°С, охлаждением в масле и последующим отпуском при 350°С получают ов = 1400 МПа, 5 — 10%. При высокой прочности сталь обладает достаточной пластичностью и хорошо сохраняет свои прочностные характеристики во время нагрева. При 300°С прочность составляет 90%, а при 500°С —50% от исходной.

К этой же группе закаливающихся сталей по своему отношению к сварке относят и нелегированные средне - и высокоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3—0,6% —стали 30, 35, 40, 45, 50, 60, 25Г, 35Г, 45Г. Высокоуглеродистые стали в сварных конструк­циях, как правило, не используются. Необходимость их сварки

о о о 1 1 I о 40 о <п о 40 1 1 1 1 1 ь? 1 1 О H о 1—1 1 1 1 1 о гН 40 , « я Є 15 я 800 0011 1600 1 1 1 1400 1600 О СП £ 1 1 1 1 1 7 1—1 1 1—1 1 о кп 1 04 еН о О ОО кп СЯ 1—1 >  1 1 1 1 1 f ОО т ш 1 о o’ о' V, кп ся гч сГ о wn ЇК I 1 1 7 *л 7 1 1 т і—* •—1 о' о сГ % 1—1 1 3 I 1 ! і-H I 1 | 1 1 S С- Й о КП І СЬ 1 Ni 0,4 0,4 оо т-Н 1 о D 1—1 I ся t—1 1 СЯ т сп гН I б 1 о in ГЯ 1 ОО стч 1 о 1—1 1—1 сГ сГ 1-Н СЯ і“Н І о 6 •-І І“Н 1 ГЯ 1 f Сгч f f СЯ 1—1 1 О 7 oO ач J а, КП СП VD С7Ч 04 д о' о о cf і—« ©~ гН Wn ч* f Г- гп f СЛ СЯ І гя 7 ся 1-Н I 1 ГЯ •—1 I ГЯ ‘ |' CTS оч 04 СЯ ь гН Оч о о о о о О О © c, l-н v сп іЧ 40 9 ОО О с 9" оо о СП s 1 ОС о 0,8— 1 О 7 СП о •Г) О 7 СП о 7 о 1 о 1-^ ос СЯ СН tJ- си^ 3 3 кп 00 СЯ гп СП и 7 т ОО т с- 7 кп 7 КП f ОО 7 7 ся ся ся гп сп о СЯ СЭ о о о о о о" О o’ і <  <  <  к 2 1 1 Р2 К га р и и S ся и Ж U к U к и, ё й оО к ё О ё =1 ч—< Ч ГГ, 1 СП СП | ся | га

возникает при наплавке и ремонте. Для изготовления сварных узлов из легированных высокопрочных сталей используется большинство известных способов сварки плавлением. Однако этот технологиче­ский процесс более сложен по сравнению с процессом изготовления конструкций из сталей предыдущей группы. Эти материалы отно­сятся к закаливающимся сталям, поэтому в сварных соединениях могут образовываться хрупкие и малопластичные зоны, чувстви­тельные к возникновению трещин. Характерными общими трудно­стями при сварке этих сталей являются:

образование закалочных структур при охлаждении после сварки и в связи с этим склонность к холодным трещинам;

опасность образования горячих трещин;

разупрочнение металла сварного соединения по сравнению с основным металлом. Это необходимо учитывать при разработке технологии и предусматривать специальные мероприятия для пре­дохранения от подкалки и выравнивания свойств (подогрев перед сваркой, последующую термическую обработку и т. п.).

Для ответственных конструкций широко используют леї и рован - ные стані перлитного класса средней прочности с сгь = 900 1300

МПа. Это стали 25ХГСА, 30ХГСА и другие с меньшим или большим содержанием углерода и сложнолегированные стали с низким со­держанием углерода, например 12Х2НВФА, 23Х2НВФА. Они отли­чаются лучшей свариваемостью по сравнению с высокопрочными легированными сталями типа 30ХГСН2А, 28ХЗСНВФА, 30Х2ГСНВМ и другие с пь = 1500 т 2000 МПа. В зависимости от степени легирования и содержания углерода стали этой группы относятся к удовлетворительно, ограниченно или плохо свариваю­щимся сталям. Главная трудность при сварке сталей этой группы — образование закалочных структур и холодных трещин, поэтому основные металлургические и технологические меры по обеспече­нию качества сварных соединений основываются на устранении этой трудности и являются общими для большинства рассматрива­емых сталей.

Получение надежных сварных соединений осложняется также повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений при статических и особенно при динамических нагрузках. Такая опасность гем больше, чем выше легирование стали, особенно углеродом, поэтому разрабатывать технологические процессы нуж­но очень тщательно, а также повышать культуру проектирования и производства.

Необходимые меры по обеспечению получения качествен­ных сварных соединений проводятся на разных этапах создания конструкций.

До сварки при составлении технологии главное внимание дол­жно быть уделено рациональному выбору сварочных материалов: основного и присадочного металла, защитных средств. Основной металл с пониженным содержанием углерода и примесей (серы, фосфора) обладает более высокой стойкостью против холодных и горячих трещин.

Для повышения пластичности сварного шва и увеличения со­противляемости трещинам содержание углерода в присадочном металле должно быть не более 0,15%; целесообразно предусмотреть широкую разделку' кромок, чтобы обеспечить формирование шва в основном за счет более пластичного присадочного металла. Высокая технологическая прочность сварного шва достигается при ограни­чении содержания легирующих элементов в присадочной прово­локе до следующих пределов, %: 0,15 С; 0,5 Si; 1,5 Мп; 1,5 Сг; 2,5 Ni; 0,5 V; 1,0 Mg; 0,5 Nb. В качестве защитных средств необходимо использовать покрытия и флюсы основного типа, а также инертные газы (для легированных сталей). Для уменьшения сварочных на­пряжений, являющихся одной из причин образования трещин, необходимо при конструировании избегать жестких узлов, скопле­ний швов, пересекающихся и близко расположенных швов.

Во время сварки предусматриваются следующие технологиче­ские меры:

1. Тщательная подготовка и сборка под сварку, минимальное смещение кромок (менее 10—15% толщины), минимальный зазор, качественные прихватки и зачистка кромок.

2. Регулирование термического цикла сварки для обеспечения требуемой скорости охлаждения шва и зоны термического влияния. Скорость охлаждения регулируют изменением режимов сварки (сада тока, скорость сварки, погонная энергия), применением специальных технологических приемов (сварка короткими и длин­ными участками, наложение отжигающего валика, сварка блоками, каскадом и др.) и применением подогрева, который может быть предварительным, сопутствующим и. последующим. Подогрев яв­ляется наиболее действенным способом регулирования скорости охлаждения, и его используют, когда регулированием режимов сварки и специальными технолога чески ми приемами не удается обеспечить требуемую скорость охлаждения и структуру сварного соединения. Чем выше содержание углерода и легирующих элемен­тов, тем выше температура подогрева.

3. Уменьшение содержания водорода в сварном шве, так как водород является одной из главных причин образования холодных трещин. Это достигается применением покрытых электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями и основных флюсов, защитных газов с пониженной влажностью; сваркой на постоянном токе обратной полярности: тщательной подготовкой под сварку свари­ваемого и присадочного металла (зачистка, обезвоживание) и за­щитных материалов (сушка, прокалка).

4. Рациональная последовательность выполнения швов с целью уменьшения остаточных напряжений и деформаций.

После сварки для предотвращения холодных трещин производят незамедлительно высокий отпуск для снятия остаточных напряже­ний и стабилизации структуры. Для обеспечения равнопрочности сварного соединения после сварки производят полную термообра­ботку изделия, которая заключается в закалке и последующем высоком отпуске или в нормализации. Если габариты изделия и имеющееся оборудование допускают полную термообработку, то химический состав металла шва должен быть близок химическому составу основного металла.

Если полная термообработка невозможна, то проблема равно­прочности (обычно для сталей ав — 700 - ь 750 МПа) решается подбо]юм режимов сварки и легированием через присадочную проволоку. При сварке закаливающихся сталей применяют в ос­новном способы сварки —рудную дуговую, под флюсом, в защит­ных газах, электрошлаковую с использованием сварочных матери­алов, обеспечивающих заданную прочность и химический состав сварного шва.