Рис. 11.11. Влияние содержания легирующих элементов в легированной стали //, находящейся в сварном контакте с нелегированной сталью /, иа ширину обезугле-роженного слоя после нагрева при 700 "С в течение 100 ч

танца, хрома, вольфрама, ванадия, ниобия, кремния и никеля после нагрева при 700 °С в течение 100 ч (рис. 11.11). Полученные сведения позволяют судить об относительном влиянии различных легирующих элементов на активность углерода в феррите.

Если рассматривать влияние легирующих элементов (рис. 11.11, а), то хром следует отнести к элементам, наиболее сильно понижающим активность углерода. Только ванадий действует более сильно, чем хром. Однако, учитывая, что хром вводится в сталь в значительно больших количествах, чем ванадий, его следует считать основным легирующим элементом в сталях, определяющим понижение активности углерода. Марганец также сильно влияет на активность углерода в растворе, но менее значительно, чем хром. Вольфрам, дающий более стойкие карбиды, влияет намного слабее хрома. Это связано, по-видимому, с высокой атомной массой вольфрама.

Действительно, если проследить за влиянием легирования, исчисляя количество введенных элементов в атомных процентах (рис. 11.11,6), то степень их влияния на понижение активности углерода в растворе возрастает с увеличением степени химического сродства легирующего элемента к углероду. Из графика на рис. 11.11, а видно, что никель и кремний приводят к «выталкиванию» углерода и образованию обезуглероженной зоны в никелевой и кремнистой стали, что свидетельствует о повышении этими элементами активности углерода в растворе. Кремний при одинаковом содержании по массе повышает активность углерода сильнее, чем никель.

Таким образом, во избежание появления структурной неоднородности при эксплуатационном нагреве состав сварных соединений разнолегированных сталей эффективнее всего регулировать, изменяя содержание хрома и марганца в целях понижения активности углерода и изменяя содержание никеля в целях повышения его активности. Использование кремния для повышения активности углерода нецелесообразно, так как этот элемент неблагоприятно влияет на вязкость. Активные карбидообразователи (ниобий, вольфрам и молибден) в тех количествах, в каких их можно вводить в конструкционную сталь (до 0,5 %), мало влияют на изменение активности углерода. Эффективным может быть введение небольших количеств ванадия.

Влияние легирующих элементов на активность углерода в растворе зависит от содержания углерода в легированной стали и определяется критическим значением отношения Ме/С. Поскольку на энергетическое состояние кристаллической решетки основы стали (феррита) легирующий карбидообразующий элемент влияет, только находясь в растворе, при его докритическом содержании (Ме/С К), когда он в основном связан в карбиды, на активность углерода в растворе он практически не влияет. Только когда содержание легирующих элементов в стали при данном содержании в ней углерода начинает превышать критическое значение Ме/С, для данного элемента и данных условий нагрева начинается заметное изменение активности растворенного углерода, о чем можно судить по зависимости глубины обезуглеро-женного слоя нелегированной стали от отношения Ме/С в легированной стали (рис. 11.12). При докритической степени легирования в сварном соединении нелегированной стали нагрев не вызывает обезуглероживания.

Судя по графикам на рис. 11.11 и 11.12, особенно активное понижение активности углерода (рост обезуглероженного слоя) происходит на начальной стадии легирования, дальнейшее легирование приводит к замедлению роста глубины обезуглероживания, и кривые становятся более пологими. Особенно хорошо это видно на примере вольфрама. Поэтому можно ожидать, что для

Ме/С, % по массеМе/С, ат. °/о

Рис. 11.12. Влияние отношения Ме/С иа глубину обезуглероженного слоя в неле-гироваиной стали после иагрева при 700 °С в течение 100 ч