Полагают, что в процессе высокотемпературного нагрева под-плавляются отдельные участки структуры, в первую очередь границы зерен аустенита, участки сегрегации легирующих элементов, неметаллические включения, в частности сульфиды [49]. При охлаждении расплавленные участки ЗТВ кристаллизуются, образуя первичные границы, а при дальнейшем охлаждении образуются вторичные границы.

Считается, что фактором, способствующим образованию высокотемпературной химической микронеоднородности, является процесс у -*■ б-превращения при нагреве до температуры 1400 °С, которому предшествуют подплавление границ аустенитных зерен и сегрегация в подплавленных участках примесей, в первую очередь углерода [49]. Этому же способствует различная степень растворимости отдельных химических элементов в а-, у- и б-Ре. Растворимость Б в этих модификациях равна соответственно 0,033; 0,09 и -0,24 %.

Полагают, что повышением интенсивности охлаждения сварных соединений после высокотемпературного V - б-превращения можно существенно уменьшить размер зерна аустенита в результате полиморфного б — ^-превращения при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, кристаллизирующихся из расплава с образованием б-феррита.

Участок V характеризуется крупнозернистой структурой в результате перегрева аустенитных зерен, особенно при сварке с термическими циклами, характеризующимися пониженной интенсивностью нагрева. В низкоуглеродистых и низколегированных сталях при замедленном последующем охлаждении образуется ферритно-перлитная структура видманштеттового типа. Максимальные температуры нагрева металла в этом участке превышают ^ира — температуру начала интенсивного роста зерна аустенита.

Участок VI — участок нормализации с температурой нагрева в интервале 4гра — Асз- Для этого участка характерна относительно мелкозернистая структура аустенита с повышенной негомогенностью по содержанию углерода и, особенно, легирующим элементам.

Участок VII — участок неполной перекристаллизации с максимальной температурой нагрева в интервале Ас3 — Асг, структура стали — ауетенитно-ферритная с наличием карбидов. Ау-стенит характеризуется наибольшей химической негомогенностью по углероду и элементам замещения. Ряд исследователей отмечает наличие обогащения периферийных участков вновь образовавшихся аустенитных зерен Мп. Образование таких обогащенных зон снижает термодинамическую активность углерода в аустените при сохранении относительно низкоуглеродистой сердцевины [16]. Это обстоятельство важно в практическом плане. При умеренных скоростях охлаждения из межкритического интервала температур более углеродистая часть 7-фазы превращается по мартенситному механизму, а менее углеродистая — по диффузионному. 72

Участок VIII — участок отпуска, в котором металл нагревается до температур Асг ~ 600 °С, где наиболее активно происходят процессы дифференциации феррита и цементита, и коагулируют карбиды.

В ЗТВ сварных соединений образуются и другие участки с tmsK 600 °С, при которых в сталях в различной степени могут развиваться процессы отпускной хрупкости и дисперсионного упрочнения.

Следует отметить, что во всех участках ЗТВ процессы структурно-фазовых превращений, состав, характеристики конечной структуры, а следовательно, и механические свойства сварных соединений в значительной степени зависят от параметров термических циклов сварки и термообработки, химического состава и исходного структурного состояния сталей.

5.1. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ ПРИ НАГРЕВЕ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ

Несмотря на большое число исследований, посвященных изучению фазовых переходов в сталях при нагреве, все еще отсутствует единая теория, объясняющая механизм образования аустенита, что свидетельствует о сложности данного явления. М. Е. Блантер, И. Н. Кидин, И. Л. Миркин, С. С. Штейнберг полагают, что первые зародыши аустенита с концентрацией углерода, соответствующей его содержанию в стали, образуются при температуре, соответствующей критической точке Асг в участках концентрационных флуктуации по углероду. Подобная флуктуация в необходимом критическом объеме, по мнению этих исследователей, имеет место только на границе раздела феррит—цементит, где образовавшийся зародыш аустенитного зерна закрепляется вследствие растворения цементита и диффузии углерода.

Результаты исследований, проведенных М. Л. Бронштейном, С. В. Дьяченко, И. И. Новиковым, позволили уточнить механизм образования аустенита в железоуглеродистых сплавах при нагреве с учетом роли структурных несовершенств (вакансий, дислокаций). Образование аустенита происходит в две стадии. На первой стадии реализуется сдвиговой механизм а -*■ у-перестройки кристаллической решетки. При этом возникают области метастабильного аустенита с пониженной концентрацией углерода по сравнению с той, которая следует из диаграммы состояния при данной температуре. На второй стадии превращения растворяются карбиды, и аустенит обогащается углеродом в результате процесса диффузии, приобретая устойчивость к росту при температуре, превышающей температуру критической точки Асг.

Участками преимущественного образования аустенита наряду с поверхностями раздела ферритно-карбидной фаз являются также границы ферритных зерен и субзерен, границы перлитных колоний. При этом имеет значение влияние устойчивых сегрегации