определяется не только науглероженной, но и обезуглероженной прослойкой. Как было показано в § 1 главы IV, мягкая прослойка существенно снижает прочность сварного соединения при статическом нагружении, особенно в случае длительного воздействия нагрузки. Облицовка же свариваемой кромки менее легированной стали слоем металла с низким содержанием углерода сама является в сварном соединении обезуглероженным участком.

Предотвратить перемещение углерода в зоне сплавления разнородных сталей позволяет применение сварочных материалов, обеспечивающих получение в металле шва аустенитной стали с высоким содержанием никеля или даже сплава на никелевой основе. Рекомендация эта исходит из установленного практикой факта, что сварные соединения разнородных сталей с металлом шва на никелевой основе являются наиболее приемлемыми как по стабильности структуры в зоне сплавления, так и по работоспособности в условиях высоких температур.

В настоящее время применение сварочных материалов, обеспечивающих в металле шва аустенит с высоким содержанием никеля вплоть до сплава на никелевой основе, следует считать основным способом улучшения качества зоны сплавления в сварных соединениях разнородных сталей. Основным его можно считать потому, что большинство современных соединений разнородных сталей имеют шов из аустенитного металла. Таким швом соединяются, как правило, аустенитные стали с неаустенитными, хотя в литературе можно встретить отдельные сообщения о возможности соединения таких сталей неаустенитным швом. Во многих случаях аусте-нитный шов следует применять также в сварных соединениях перлитных сталей с высокохромистыми ферритными, содержащими 17—28% хрома. Обусловлено это тем, что высокохромистые ферритные стали весьма склонны к росту зерна и поэтому при сварке сильно охрупчиваются в зоне термического влияния. При аустенитной шве это охрупчивание проявляется в меньшей степени [50]. В ряде случаев аустенитным швом целесообразно соединять перлитные стали с высокохромистыми (12% Сг) мартенситными. В тех случаях, когда по каким-либо причинам нельзя применить предварительный подогрев и последующую термообработку, соединение таких сталей аустенитным швом является единственно возможным.

Механизм положительного влияния высокого содержания никеля в аустенитной металле на качество зоны сплавления с неаустенитным еще не совсем ясен. Некоторые исследователи полагают, что высокое содержание никеля в твердом растворе в значительной степени тормозит диффузию углерода. Однако такое утверждение не согласуется с имеющимися данными по влиянию легирующих элементов на коэффициент диффузии в аустените. Подтверждением сказанному может быть рис. 60, который иллюстрирует влияние легирующих элементов на коэффициент диффузии Ь углерода в аустените при 1200° С [5]. Как видно из рис. 60, сильно тормозит диффузию углерода в аустените хром. Что касается никеля, то он,

наоборот, не тормозит, а существенно повышает коэффициент диффузии углерода в аустените, особенно при содержании этого элемента выше 10%.

Возможность предотвращения образования структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей при легировании никелем объясняется [47] также тем, что последний, являясь графи-тизатором по отношению к железу, способствует уменьшению термодинамической стойкости карбидов и тем самым повышению концентрации углерода, находящегося в твердом растворе аустенитного металла. При этом уменьшается разность концентрации растворенного углерода в сплавляемых металлах (контактируемых системах), которую принято считать основным фактором, определяющим перемещение углерода в зоне сплавления разнородных сталей. Такое объяснение является наиболее достоверным, но с нашей точки зрения оно не единственное. Положительное влияние высокого содержания никеля можно объяснить еще и тем, что при этом снижается коэффициент линейного (температурного) расширения [24]. Он становится близким к коэффициенту линейного расширения перлитных сталей. В результате этого в зоне сплавления практически исключаются термические напряжения при нагреве [25], что также способствует ослаблению диффузии углерода [21].

Применение сварочных материалов, позволяющих получить в шве высоконикелевый аустенитный металл или сплав на никелевой основе, в настоящее время является общепризнанным способом предотвращения перемещения углерода в зоне сплавления разнородных сталей при последующем нагреве ее до высоких температур. Для его осуществления рекомендован ряд электродов [105, 117]. В основном это электроды, изготовляемые из известных жаропрочных сплавов типа нимоник, инконель или хастеллой. Получаемый при сварке ими наплавленный металл содержит 60—80% никеля, 13—17% хрома и различное количество таких металлов, как ниобий, титан, вольфрам, ванадий, тантал и кобальт. Такие электроды в ряде случаев обеспечивают удовлетворительные свойства металла зоны сплавления с неаустенитной сталью. Их недостатком является образование горячих трещин в металле шва. Очевидно, по этой причине рекомендуется электродами из сплава инкон ль сваривать не весь шов, а выполнять только наплавку (облицовку) кромки неаустенитной стали [1171.

02 4 е в 10 12 /4 16 Ш 20

Содержание легирующих элементов, %отонн.

Рис. 60. Зависимость коэффициента диффузии С углерода в аустените при 1200° С от содержания легирующих элементов.