Определение углеродного эквивалента

Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, так как влияние легирующих элементов на свариваемость стали очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к образованию холодных трещин при сварке, применяют следующую формулу расчёта углеродного эквивалента (данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте):

Cэкв = C + + + , %

где С, Мn, Cr, Ni, Сu, V, Mo - массовые доли углерода, марганца, хрома, никеля, меди, ванадия и молибдена. Стали, у которых Сэкв? 0,45%, считаются не склонными к образованию холодных трещин при сварке. При Сэкв > 0,45% стали становятся склонными к трещинам.

Определение углеродного эквивалента стали 14Г2АФ

Cэкв = C + + + = 0,14+ + + = 0,44%

Так, как углеродный эквивалент меньше 0,45%, то данная марка стали не склонна к образованию холодных трещин при сварке. Никаких дополнительных мероприятий по подготовке ведения сварочных работ не нужно.

Особенности технологии сварки низколегированной конструкционной стали 18Г2АФсп

Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, как правило, используют для изготовления ответственных сварных конструкций.

По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая сталь склонна к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. При повышенных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит -- бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки.

При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали.

Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку.

Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.

Технология сварки под флюсом.

В большинстве случаев применяют те же сварочные материалы, что и при сварке низкоуглеродистых сталей (18Г2АФпс): плавленые флюсы АН-348-А, ОСЦ-45 (однодуговая сварка), АН-60 (многодуговая сварка с повышенной скоростью), а также сварочные проволоки Св-08ГА и Св-10Г2. Для сварки микролегированных сталей, например 15Г2АФ, в ряде случаев применяют низкокремнистый флюс АН-22 в сочетании с проволоками Св-08ХМ и Св-ЮНМА. Однако при этом швы менее стойки против кристаллизационных трещин, вследствие чего сварку рекомендуется выполнять с предварительным подогревом. Технология сварки низколегированной стали под флюсом мало отличается от технологии сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения пластических свойств металла углового шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла сечение шва следует выбирать в зависимости от толщины свариваемого металла. Иногда сварку выполняют двумя дугами в раздельные ванны. Многослойные швы на толстом металле также рекомендуется выполнять двумя дугами, а при сварке одной дугой перед наложением первого слоя производить подогрев основного металла до температуры 150--200°С. Опытным путем установлена зависимость между толщиной основного металла и сечением шва или слоя

Металл швов, сваренных под флюсом, благодаря значительной доле участия основного металла и достаточному содержанию легирующих элементов обладает более высокой стойкостью против коррозии в морской воде, чем металл швов, сваренных покрытыми электродами обычного состава.

Для уменьшения скорости охлаждения металла шва следует применять стыковые и бортовые соединения, так как при тавровых и нахлесточных соединениях скорость охлаждения выше. Рекомендуется избегать соединений, имеющих швы замкнутого (жесткого контура), если же необходимы такие соединения, то их сваривают короткими участками, обеспечивая подогрев и замедленное охлаждение.

Сварку стыковых соединений металла толщиной до 6 мм и валиковых швов с катетом до 7 мм выполняют в один слой (однопроходную), что уменьшает скорость охлаждения. Более толстый металл сваривают в несколько слоев длинными участками. Каждый слой должен иметь толщину 0,8--1,2 диаметра электрода. Сверху шва накладывают отжигающий валик, края которого должны располагаться на расстоянии 2--3 мм от границы проплавления основного металла. Отжигающий валик накладывают при температуре предыдущего слоя около 200°С. Для металла толщиной до 40--45 мм применяют многослойную сварку способом "горки" или "каскада". Длину участков (300--350 мм) выбирают с таким расчетом, чтобы предыдущий слой не успевал охладиться ниже 200°С при наложении следующего слоя.

Сварку конструкционных низкоуглеродистых сталей производят электродами с фтористокальциевыми покрытиями марок УОНИ-13/45; УОНИ-13/55; УОНИ-13/85; ОЗС-2; ЦУ-1; ДСК-50, ЦЛ-18; НИАТ-5 и другими, дающими более плотный и вязкий наплавленный металл, менее склонный к старению. Электроды с руднокислыми покрытиями (ОММ-5, ЦМ-7 и др.) применять при сварке ответственных конструкций из низколегированных сталей не рекомендуется.

Низколегированные конструкционные стали лучше типа 18Г2АФпс сваривать электродами типа Э42А, так как металл шва получает дополнительное легирование за счет элементов расплавляемого основного металла и временное сопротивление его повышается до 50 кгс/мм2; при этом металл шва сохраняет высокую пластичность. Сварка электродами типа Э60А дает более прочный, но менее пластичный металл шва вследствие более высокого содержания в нем углерода.

Чугуны являются тройными сплавами железо-углерод-кремний. Основными видами чугунов являются:
— ;
— ;
— высокопрочные чугуны с шаровидным графитом;
— ковкие чугуны.

Углерод и кремний в чугунах

Углерод находится в основном в виде графита в серых и ковких чугунах, а также в высокопрочных чугунах с шаровидным графитом. В белых чугунах углерод присутствует в виде цементита Fe 3 C.

На тип и форму углеродной фазы в чугунах влияет содержание кремния. Увеличение содержания кремния делает более трудным образование цементита и, тем самым, способствует формированию графита в серых, ковких и высокопрочных чугунах.

Углеродный эквивалент для чугунов

При работе с чугунами часто применяют понятие углеродного эквивалента. Для чугунов углеродный эквивалент СЕ имеет следующий вид:

Рисунок ниже дает графическое представление о соотношении содержания углерода и кремния в различных типах чугунов.

Рисунок 1 – Интервалы содержания углерода и кремния
для различных типов чугунов и кремнийсодержащих сталей

Заметим, что пунктирная линия вверху рисунка показывает состав любого вида чугуна, для которого СЕ = 4,3 %. Пунктирная линия внизу рисунка отражает соотношение СЕ = 2,0 % — она отделяет кремнийсодержащие стали от чугунов.

Для ясности рассмотрим железоуглеродистый сплав – чугун, в котором вообще отсутствует кремний. Тогда этот сплав содержит только железо+углерод и его расположение на графике будет ограничено содержанием углерода 4,3 %. По на рисунке 2 видно, что этот состав является в точности эвтектическим составом для сплавов железо-цементит и очень близок к эвтектическому составу сплавов железо-графит.

Рисунок – Комбинированная фазовая диаграмма железо-графит и железо-цементит

Верхняя пунктирная линия на рисунке 1 является хорошей интерпретацией изменения эвтектического состава с увеличением содержания кремния железоуглеродистых сплавах. Вообще, если чугун имеет состав, который близок к эвтектическому, доля в них аустенитных дендридов будет очень небольшой. Это значит, что когда углеродный эквивалент СЕ в чугунах падает намного ниже 4,3 %, то объемная доля твердой фазы в виде дендридов возрастает. Аналогично, когда углеродный эквивалент СЕ приближается к 4,3 %, то возрастает доля эвтектической смеси – или аустенит + графит в серых чугунах, или аустенит + цементит в белых чугунах.

Включает в себя такие показатели, как:

1. Склонность стали к образованию холодных и в металле сварного шва или .

2. Склонность к образованию закалочных структур и изменению структуры металла в зоне термического влияния. В этой области происходит сильное укрупнение зёрен, и, как следствие, снижение прочности.

3. Физико-механические характеристики сварного соединения

4. Соответствие специальных показателей сварного соединения (таких как жаропрочность, износостойкость и др.) заданным требованиям.

Формулы углеродного эквивалента сталей и других параметрических выражений для оценки свариваемости

Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент сталей (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, т.к. очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к , применяют следующие формулы расчёта углеродного эквивалента:

Сэкв=С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, % - данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте

Сэкв=С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4, % - эта формула для определения углеродного эквивалента стали в стандартах Японии

Cэкв=C+Mn/20+Ni/15+(Cr+Mo+V)/10, % - такая формула углеродного эквивалента предлагается Британским институтом сварки

Однако, как оказалось на практике, для микролегированных сталей с пониженным содержанием углерода эти уравнения не могут охарактеризовать снижение прочности из-за роста зёрен. Немцем Дюреном была выведена формула углеродного эквивалента микролегированных сталей, которая достаточно точно характеризует их склонность к образованию холодных трещин:

Сэкв=С+Si/25+(Mn+Cu)/16+Cr/20+Ni/20+Mo/40+V/15, %

Значение углеродного эквивалента позволяет определить, к какой относится та, или иная марка, кроме того, это значение понядобится, чтобы определить температуру предварительного подогрева при . Определяется она по формуле:

где С - общий эквивалент углерода, который можно вычислить следующим образом:

С=Сэкв+Сs,

Сэкв - химический эквивалент углерода, вычисляется по формулам, приведённым выше;
Сs - эквивалент углерода, в зависимости от толщины листа, в мм. Вычисляется по формуле:

Cs=0,005*S*Сэкв.

В итоге, получаем: С=Сэкв*(1+0,005*S)

Кроме углеродного эквивалента для определения и оценки свариваемости сталей существуют несколько параметрических формул, из которых наибольшую популярность получила формула Ито-Бессио:

Рсм=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/15+5B, %

Pw=Pcм+Н/60+К/(40*104), %

Где К - коэффициент интенсивности жёсткости, который Ито и Бессио применяли при расчётах на основании данных, которые они получили при оценке свариваемости сталей с У-образной разделкой кромок.

К=Ко*S, где Ко - константа, равная 69; S - толщина листа, мм. Исследования, проведённые позже, показали, что константу Ко=69 можно применять для приблизительных определений величины К в случае, когда свариваются листы большой толщины, до 150 мм включительно.

Рсм - коэффициент, характеризующий снижение прочности вследствие структурного преобразования сплава;
Н - количество растворённого водорода в металле, образующего сварной шов, измеряется в мл/100г. В Японских стандартах величина Н=0,64, в Европейских Н=0,93.

Многочисленные измерения показали, что при Рw>0,286, то возникает риск возникновения холодных трещин в сварном соединении.

Если речь идёт об опасности образования горячих трещин в металле сварного шва, то оценить свариваемость стали по этому критерию можно при помощи показателя HCS, вычисляемого по формуле:

HCS=(C**1000)/(3Mn+Cr+Mo+V)

Если получившаяся величина HCS>4, то возникает риск образования горячих трещин. Однако, если выполняется большой толщины, то риск возникновения данного возникает уже при показателе HCS>1,6…2.

Основной способ оценки теоретической свариваемости сталей

На практике одним из основных и, зачастую, трудноопределимым дефектом сварного шва являются холодные трещины. Поэтому, наиболее популярной оценкой свариваемости стали, является определение углеродного эквивалента Сэкв по вышеуказанным формулам.

Исходя из получившейся величины, можно условно разделить стали на 4 группы свариваемости.

4. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела: учеб. пособие для вузов. - М. : Высшая школа, 1965. - 276 с.

5. Алешин, Н. П. Ультразвуковая дефектоскопия: справ. пособие / Н. П. Алешин, В. Г. Лупачев. - Мн. : Высшая школа, 1987. - 271 с.

6. Ермолов, И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля / И. Н. Ермолов. - М. : Машиностроение, 1981. - 240 с.

ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Нефтехимические технологии и оборудование».

Адрес для переписки: 190567@ mail.ru МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Технология машиностроения».

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, кафедра ТМ.

Статья поступила в редакцию 25.02.2015 г. © О. С. Ломова, А. П. Моргунов

УДК 621.791.011+669.14.018

Б. Е. ЛОПАЕВ Р. Р. ХИСМАТУЛИН И. И. КАГАРМАНОВ А. М. УСТЯН

Омский государственный технический университет

ОЦЕНКА СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА УГЛЕРОДА_

На основе расчета химического эквивалента углерода проведена оценка склонности углеродистых и легированных сталей к образованию холодных трещин, относящихся к понятию «свариваемость материалов».

Ключевые слова: химический эквивалент углерода, свариваемость, холодные трещины, мартенсит, локальная концентрация, инкубационный период.

Способность материалов образовывать сварное соединение определяется испытаниями на свариваемость.

Свариваемость (соединяемость) - свойство материала образовывать неразъемное соединение с требуемым качеством и уровнем физико-механических и функциональных свойств соединения как в процессе его получения, так и при эксплуатации изделия .

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей, - склонность к образованию трещин различного типа и механические свойства сварного соединения.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая - хорошо сваривающиеся; вторая - удовлетворительно сваривающиеся; третья - ограниченно сваривающиеся; четвертая - плохо сваривающиеся стали .

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относят стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном подогреве, а также в предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергают термообработке после сварки.

К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

При сварке углеродистых и легированных сталей свариваемость определяется испытаниями на склонность к образованию холодных трещин.

Известно, что холодные трещины возникают в металле зоны термического влияния при наличии трех условий: образования закалочных микроструктур (мартенсита); наличия диффузионного водорода и растягивающих напряжений .

Для оценки склонности металла к образованию холодных трещин используют понятие химического эквивалента углерода. В основу математического подхода к описанию химического эквивалента углерода было положено предположение, что свариваемость можно определить по показателю, определяющему, какое минимальное критическое время охлаждения необходимо, чтобы в металле шва образовалось 100 % мартенсита. Чем меньше подгото-

Химический состав исследуемых сталей, %

Марка стали С Б! Мп № Сг Мо Си

Низкоуглеродистые

Сталь Ст 3 сп 0,14-0,22 0,12-0,30 0,40-0,65 0,30 0,30 - 0,25

Сталь 20 0,17-0,24 0,17-0,37 0,35-0,65 0,30 <0,30 - 0,25

Сталь 20г 0,17-0,24 0,17-0,37 0,70-1,00 0,25 <0,25 - -

Сталь 15 0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,30 0,30 - 0,30

Среднеуглеродистые

Сталь Ст 4 сп 0,18-0,27 0,12-0,30 0,40-0,70 - - - -

Сталь Ст 5 сп 0,28-0,37 0,15-0,35 0,50-0,80 - - - -

Сталь 25 0,22-0,30 0,17-0,37 0,50-0,80 - <0,25 - -

Сталь 40 0,37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,81 - <0,25 - -

Низколегированные

15ХСНД 0,12-0,18 0,40-0,70 0,40-0,70 0,3-0,6 0,6-0,9 - 0,20-0,4

10Г2С1 £0,12 0,90-1,20 1,30- 1,65 £0,30 £0,30 - £0,30

20ХМ 0,15-0,25 0,17-0,37 0,40-0,70 - 0,8-1,1 0,40-0,60 -

10Г2Б £0,12 0,17-0,37 1,20-1,60 £0,30 £0,30 - £0,30

17ГС 0,14-0,20 0,40-0,60 1,0- 1,40 £0,30 £0,30 - £0,30

16Г2АФ 0,12-0,18 0,17-0,37 1,30-1,70 - - - -

Среднелегированные

12Х5МА 0,15 0,6 0,5 - 4,0-6,0 0,5-0,6 -

20Х2МА 0,18-0,24 0,17-0,37 0,30-0,70 0,3-0,7 2,1-2,4 0,25-0,35 -

30ХН2МФА 0,26-0,33 0,17-0,37 0,30-0,60 2,0-2,5 0,6-0,9 0,20-0,30 -

06НЗ 0,04-0,08 0,3 0,5 3,0-4,0 - - -

20ХГСА 0,17-0,23 0,90-1,20 0,80- 1,10 - 0,8-1,1 - -

30ХГСНА 0,27-0,34 0,90-1,20 1,00- 1,30 1,4-1,8 0,9-1,2 - -

вительного времени необходимо для образования 100 %-й мартенситной структуры (т.е. чем выше критическая скорость охлаждения), тем лучше свариваемость и выше сопротивление образованию холодных трещин. Это свидетельствует о том, что подготовительные процессы, связанные с образованием холодных трещин, имеют диффузионный характер, и напрямую связаны с перераспределением водорода в металле шва. В случае малого инкубационного периода (1 - 10 с) образования мартенсита водород быстро фиксируется в металле шва, однако его локальная концентрация оказывается не достаточной для инициирования образования холодных трещин. В случае длительного инкубационного периода образования мартенсита (1000 - 2000 с) времени оказывается вполне достаточно для охрупчивания свариваемого металла в результате действия водорода. При малом инкубационном периоде, но последующей длительной выдержке возможно постепенное перераспределение водорода, что и вызывает эффект замедленного разрушения.

Уравнение химического эквивалента углерода имеет вид :

СЕ м = С+--+--Мп+-№ +

Сг+--Мо +-Си,

где С, Мп и т.д. элементов, %.

концентрация химических

Оценка закаливаемости металла ЗТВ рассчитывается по уравнению:

1п(Мм) = А СЕм + В,

АМ - критическое время охлаждения от температуры от 800 до 500 °С, с.

При СЕм от 0,2 до 0,45 % стали обладают хорошей свариваемостью; при

СЕ м = 0,46 - 0,576 % - удовлетворительной; при СЕ м = 0,577 -0,782 % - ограниченной и при СЕ м = = 0,783-1,0 % - плохой свариваемостью .

Целью настоящей работы является определение свариваемости по химическому эквиваленту углерода некоторых низко- и среднеуглеродистых, низко-и среднелегированных сталей, химический состав которых приведен в табл. 1.

Расчеты СЕм и 1п(А^) приведены ниже, а графические зависимости 1п(А^) от СЕм представлены на рис. 1-4.

Расчет СЕм и 1п(А^) по уравнениям (1) и (2)

Низкоуглеродистые стали

Сталь Ст. 3 сп _ _ 0,12 0,40 0,30 0,30 0,25

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Ау = 11,26-0,427-3,51 = 1,29

для хорошо сваривающихся сталей: Ст. 3 сп, 20, 20Г, 15, Ст. 4 сп, 25, 06Н3

Рис. 2. Влияние СЕМ на 1п(Ау для удовлетворительно сваривающихся сталей: Ст. 5 сп, 15ХСНД, 10Г2С1, 10Г2Б, 17ГС, 16Г2АФ

Рис. 3. Влияние СЕМ на 1п(А(м) для ограниченно сваривающихся сталей: 40, 20ХГСА

се м = 0,17+017+035+030+025+025=0,422, % ;

М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,42 -3,51 = 1,24

СЕ м = 0,17+0И+035+030+025+025=0,422, % ;

М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,442 -3,51 = 1,46

^ 0,17 0,35 0,30 0,30 0,30 п лпг 0.

СЕм = 0,12+--+--+--+--+--=0,406 , % ; М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,406 -3,51 = 1,06

У всех вышеперечисленных низкоуглеродистых сталей химический эквивалент углерода СЕМ <0,45, поэтому они относятся к хорошо сваривающимся сталям.

Рис. 4. Влияние СЕМ на 1п(А(м) для плохо сваривающихся сталей: 20ХМ, 12Х5МА, 20Х2МА, 30ХН2МФА, 30ХГСНА

Среднеуглеродистые стали Сталь Ст. 4 сп

СЕ м =0,27+030+070=0,394, % ; М 38 6,0

1п(ДМ) = 11,26.0,394 -3,51= 0,92

Оценка свариваемости сталей

Марка стали СЕм, % 1п(ЛГм) ЛГм, с Свариваемость

Низкоуглеродистые

Сталь Ст 3 сп 0,427 1,29 3,661 хорошая

Сталь 20 0,422 1,24 3,459 хорошая

Сталь 20г 0,442 1,46 4,331 хорошая

Сталь 15 0,406 1,06 2,889 хорошая

Среднеуглеродистые

Сталь Ст 4 сп 0,394 0,92 2,524 хорошая

Сталь Ст 5 сп 0,492 2,02 7,606 удовлетворительная

Сталь 25 0,429 1,32 3,743 хорошая

Сталь 40 0,626 3,53 34,398 ограниченная

Низколегированные

15ХСНД 0,575 2,96 19,375 удовлетворительная

10Г2С1 0,564 2,84 17,115 удовлетворительная

20ХМ 0,869 6,27 531,126 плохая

10Г2Б 0,529 2,44 11,542 удовлетворительная

17ГС 0,541 2,58 13,210 удовлетворительная

16Г2АФ 0,464 1,71 5,551 удовлетворительная

Среднелегированные

12Х5МА 3,842 39,75 1,833 1017 плохая

20Х2МА 1,534 11,98 160011,345 плохая

30ХН2МФА 0,899 6,61 743,969 плохая

06НЗ 0,402 1,01 2,762 хорошая

20ХГСА 0,771 5,17 176,09 ограниченная

30ХГСНА 1,076 8,42 4536,90 плохая

Сталь Ст. 5 сп

СЕм = 0,35 +035+080=0,492 , % ; м 38 6,0

1п(ЛМ) = 11,26-0,492 -3,51= 2,02

Сталь 10Г2С1

™ пш 0,9 1,3 0,30 0,30 0,30 %

СЕм = 0,10+--+--+--+--=0,564 , % м 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(ЛМ) = 11,26-0,564 -3,51= 2,84

СЕ м = 0,22 +

Сталь 25 0,17 0,50 0,22

1п(Лу = 11,26-0,429 -3,51 = 1,32

Сталь 20ХМ

П10 0,17 0,40 0,8 0,40 п огп 0. СЕм = 0,18+--+--+--+--=0,869 , % ; м 38 6,0 1,8 2,3

1п(Лу = 11,26-0,869 -3,51= 6,27

0,17 0,50 0,25 --+-+-

1п(Лу = 11,26-0,626 -3,51= 3,53

У сталей Ст. 4 и 25 химический эквивалент углерода СЕм <0,45 %, и они относятся к хорошо сваривающимся сталям. У стали 40 СЕм = 0,626 %, поэтому ее можно отнести к ограниченно сваривающимся, сталь Сп. 5 СЕм = 0,492 %, поэтому она относится удовлетворительно сваривающимся сталям.

Низколегированные стали

СЕ м = 0,12 +

Сталь 15ХСНД 0,40 0,40 0,30 0,60 0,20

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Лу = 11,26-0,57 -3,51= 2,96

Сталь 10Г2Б

0,17 1,2 0,30 0,30 0,30 „ 10 +--+--+--+--=0 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Лу = 11,26-0,529-3,51=2,44

Сталь 17ГС 0,40 1,0 0,30 0,30 0,30

-+-■+--+--+--=0,541, %

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Лу = 11,26-0,541 -3,51= 2,58

Сталь 16Г2АФ

СЕ м = 0,18 + 037+165=0,464, % ; м 38 6,0

1п(Лу= АСЕм +В =11,26-0,464-3,51 = 1,71

Стали 10Г2С1, 10Г2Б, 17ГС, 15ХСД, 16Г2АФ относятся к удовлетворительно сваривающимся сталям, 20ХМ - к плохо сваривающимся сталям.

Среднелегированные стали

Сталь 12Х5МА

^ плг 0,6 0,5 6 0,6 „ , СЕM = 0,15+-++-++-+-=3,842 , % M 38 6,0 1,8 2,3

ln(AfM) = 11,26-3,842 -3,51= 39,75

Сталь 20Х2М2

0,17 0,3 0,3 2,1 0,25 „ --+-++-++-+--=1,534, % 38 6,0 12 1,8 2,3

ln(AfM) = 11,26-1,534-3,51 = 11,98

Сталь 30ХН2МФА 0,17 0,3 2,0 0,6 0,20

СЕ M = 0,26 +--+-++-++-++■

38 6,0 12 1,8 2,3 ln(AiM) = 11,26-0,899 -3,51= 6,6

Сталь 06НЗ

030 + 050 + М=0 02 , % ; 38 6,0 12

ln(AiM) = 11,26-0,402-3,51 = 1,01

ступить для построения графиков соответствующих удовлетворительной, ограниченной и плохой свари-ваемостям (рис 2 - 4).

Из табл. 2 видно, что чем меньше критическое время охлаждения 100 % мартенсита, тем меньше значение химического эквивалента углерода, тем выше свариваемость и тем меньше вероятность образования холодных трещин в углеродистых и легированных сталях.

При малом значении времени (1 - 10) с локальная концентрация водорода недостаточна для образования холодных трещин.

Численное значение времени, влияющее на свариваемость сталей (табл. 2) можно распределить так: (1-5) с - хорошая; (5-18) с - удовлетворительная; при AtM>18 с - ограниченная и плохая свариваемости.

Таким образом, изложенные в статье сведения будут полезны разработчикам свариваемых материалов, технологам при проектировании технологии сварки различных конструкций, студентам при изучении дисциплины «Теория сварочных процессов».

Библиографический список

Сталь 20ХГСА

СЕ« = 0,17 + 09+08+08 = 0,771, % ;

1п(Ду = 11,26-0,771-3,51=5,1

Сталь 30ХГСНА

п ^ 0,9 1,0 1,4 0,9 1 ппг 0.

СЕм = 0,27 I-1-I-:-I-:-I--=1,076 , % ; м 38 6,0 12 1,8

1п(Ду = 11,26-1,076 -3,51=8,4

Сталь 06Н3 имеет СЕм =0,402, она относится к хорошо сваривающимся сталям. Сталь 20ХГСА имеет СЕм =0,771, поэтому она относится к ограниченно сваривающимся сталям. Стали 12Х5МА, 20Х2М2, 30ХН2МФА, 30ХСНА относятся к плохо сваривающимся сталям.

Полученные в результате расчета СЕм и 1п(Ду сводим в табл. 2.

Построим графические зависимости химического эквивалента углерода от логарифма критического времени охлаждения 100 % мартенсита по группам свариваемости.

Например, для построения графика «свариваемость хорошая» необходимо из табл. 2 выбрать значения СЕм в пределах 0,2 - 0,45 % и соответствующие им значения 1п(Ду. Таким же образом нужно по-

1. Ющенко, К. А. Свариваемость и перспективные процессы сварки материалов [Текст] / К. А. Ющенко // Автоматическая сварка. - 2004. - № 9. - С. 40 - 45.

2. Справочник сварщика / Под ред. В. В. Степанова. - 3-е изд. - М. : Машиностроение, 1974. - 520 с.

3. Костин, В. А. Математические описание углеродного эквивалента как критерия оценки свариваемости сталей [Текст] / В. А. Костин // Автоматическая сварка. - 2012. - № 8. - С. 12-17.

4. Технология электрической сварки металла и сплавов плавлением [Текст] / Под ред. Б. Е. Патона. - М. : Машиностроение, 1974. - 768 с.

ЛОПАЕВ Борис Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».

ХИСМАТУЛИН Роман Рафикович, студент гр. С-510

КАГАРМАНОВ Игорь Игоревич, студент гр. СМ-312

машиностроительного института.

УСТЯН Армен Манвелович, магистрант гр. СПМ-

514 машиностроительного института.

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 26-02-2015 г. © Б- Е- Лопаев, Р. Р. Хисматулин, И- И- Кагарманов, А- М- Устян

Книжная полка

Мылов, Г- В- Методологические основы автоматизации конструкторско-технологического проектирования гибких многослойных печатных плат / Г- В- Мылов, А- И- Таганов- - М- : Горячая линия-Телеком, 2014- - 167 c- - ISBN 978-5-9912-0367-8-

Изложены методологические основы, включающие в себя современную концепцию построения информационного сопровождения стадий жизненного цикла гибких многослойных печатных плат (ГМП), основы анализа и синтеза проектных конструкторско-технологических решений и информационной поддержки этапов автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства изделий ГМП. Для специалистов, будет полезна аспирантам и студентам.

НТД	C	S	P	Mn	Cr	Zn	V	Sn	Si	Sb	Pb	Ni	N	Mo	Fe	Cu	Bi	As	Al
ТУ 14-1-1672-76, ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,20	-	-	-
ТУ 14-1-3987-85	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-1-5058-91	0,18-0,24	≤0,012	≤0,020	0,35-0,65	≤0,15	≤0,0040	≤0,040	≤0,005	0,17-0,37	0,00015-0,00045	≤0,0030	≤0,10	≤0,010	-	Ост.	≤0,10	0,0002-0,00045	≤0,010	-
ТУ 108.1273-84, ТУ 14-3Р-251-2007, ТУ 14-3-251-74, ГОСТ 1050-88, ОСТ 3-98-80	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,006	-	Ост.	≤0,30	-	≤0,080	-
ГОСТ 11017-80	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,006	-	Ост.	≤0,30	-	≤0,080	-
ТУ 14-1-1529-2003, ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-3-808-78	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	≤0,006	-	Ост.	≤0,25	-	≤0,080	0,02-0,08
ТУ 14-3-1971-97	0,17-0,21	≤0,008	≤0,012	0,35-0,65	≤0,25	-	≤0,060	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	0,02-0,05
ТУ 14-3-341-75	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,025	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-162-14-96	0,17-0,22	≤0,015	≤0,015	0,50-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,25	-	-	0,03-0,05
ТУ 14-1-5185-93	0,18-0,24	0,002-0,015	0,005-0,015	0,35-0,65	≤0,15	0,0005-0,0040	0,002-0,100	0,0005-0,0040	0,17-0,37	0,0005-0,0030	0,0003-0,0040	≤0,15	0,002-0,012	-	Ост.	≤0,15	0,0001-0,0030	≤0,010	0,002-0,009
ТУ 08.002.0501.5348-92	0,17-0,24	≤0,020	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-159-1128-2008	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,006	-	Ост.	≤0,30	-	≤0,080	-
ТУ 14-161-148-94, ТУ 14-161-149-94	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	-	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,25	-	-	-
TУ 1317-006.1-593377520-2003	0,17-0,24	≤0,015	≤0,017	0,35-0,65	≤0,40	-	≤0,050	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	≤0,008	-	Ост.	≤0,25	-	-	0,02-0,05
ТУ 1301-039-00212179-2010	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	≤0,15	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-3Р-1128-2007	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,008	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-158-113-99	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	-	-	-	-	0,17-0,37	-	-	-	≤0,0080	-	Ост.	≤0,25	-	-	0,02-0,05

Fe - основа.
По ТУ 14-1-1672-76 химический состав приведен для стали марки 20А. Содержание остаточной меди допускается не более 0,25% при выплавке стали скрап-процессом. Допускаются отклонения от норм химического состава в соответствии с ГОСТ 1050. По требованию заказа сталь может поставляться с суженными пределами содержания углерода - "селект": 0,19-0,25%; 0,19-0,23%; 0,22-0,25%; 0,21-0,24%.
По ГОСТ 1050-88 содержание азота указано для стали кислородно-конвертерного способа выплавки. Для всех других видов выплавки стали содержание азота N≤0,008%.
По ТУ 14-1-5185-93, ТУ 14-1-5058-91 химический состав дан для стали марки 20пв.
По ТУ 08.002.0501.5348-92 химический состав дан для стали марки 20-Ш.
По ТУ 14-1-3987-85 химический состав дан для стали марки 20.
По ТУ 14-1-1529-2003, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-341-75 для стали, изготовленной скрап-процессом или из медистых руд, допускается массовая доля остаточной меди и никеля до 0,30 % каждого. Разрешается технологическая добавка редкоземельных элементов для улучшения качества металла.
По ТУ 14-3Р-55-2001 химический состав приведен для стали 20; для стали 20-ПВ массовая доля углерода 0,18-0,24 %, хрома, никеля, меди, серы и фосфора ≤ 0,15 % каждого, массовая доля остальных элементов - идентична стали марки 20. В стали 20 допускается содержание никеля и хрома не более 0,40 % каждого. Допускается присутствие редкоземельных элементов, введенных в качестве технологических добавок.
По ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76 химический состав приведен для стали 20А. При выплавке стали скаппроцессом массовая доля меди должна быть ≤ 0,25 %. Предельные отклонения по химическому составу - в соответствии с ГОСТ 1050.
По TУ 1317-006.1-593377520-2003 химический состав приведен для стали марки 20А. Массовая доля водорода в стали в металле трубы не должна превышать 1,0 ppm (2,0 ppm - в ковшевой пробе. Допускается введение ниобия и титана из расчета получения массовой доли до 0,030 % и 0,010 % соответственно. В раскисленную сталь для глобуляризации сульфидных включений вводят кальций (силикокальций) или церий из расчета получения массовой доли 0,050 %.
По ТУ 14-162-14-96 химический состав приведен для стали марки 20А. В стали допускаются отклонения по содержанию углерода (-0,020 %), алюминия (±0,010 %), марганца (+0,15 %), серы (+0,005 %), фосфора (+0,005 %). С целью повышения прочностных свойств допускается введение в сталь ванадия в количестве до 0,050 %.
По ТУ 14-3-1971-97 химический состав приведен для стали марки 20В повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. Для обеспечения мелкозернистости структуры вводится ванадий до 0,06 %. Углеродный эквивалент Сэкв не должен превышать 0,40 %.
По ТУ 1301-039-00212179-2010 химический состав приведен для стали марки 20-Ш. Содержание каждого примесного элемента, не регламентированного таблицей, допускается до 0,050 %.
По ТУ 108.1273-84 допускаются отклонения по никелю +0,20%, по меди +0,20%.
По ТУ 14-158-113-99 химический состав приведен для стали марки 20 повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости. В готовом металле допускаются отклонения по химическому составу в соответствии с ГОСТ 1050, кроме того - для алюминия +0,0050 %. При массовой доле азота более 0,0080 % обязательно микролегирование ванадием не менее 0,030 %.
По ТУ 14-161-149-94 химический состав приведен для стали марки 20 для труб обсадных и муфт ним сероводородостойких и хладостойких.