Характеристика основного металла - стали 10Г2С

Характеристика основного металла
В справочнике [1] находим химический состав данной стали.
Содержание химических элементов, (Сталь 10Г2С) %

C не более --- 0.12
Mn не более --- 1.30-1.65
Si не более --- 0.80-1.10
Cr не более --- 0.30
Cu не более --- 0.30
Ni не более --- 0.30

Химические свойства
Исходя из химического состава, сталь 10Г2С относится к низкоуглеродистым, низколегированным поскольку содержание углерода в ней – <0,24% (0.12). Класс стали перлитный. Химически активных элементов в ее составе нет.
Физические свойства
В справочнике [2], также, находим механические свойства этой стали.
Механические свойства стали 10Г2С (не менее)
Временное сопротивление разрыва (В, кг/мм2) --- 54
Граница текучести (Т, кг/мм2)--- 40
Относительное удлинение (5,%) --- 19

Проблемы при сварке стали 10Г2С
Поры
В сталях данной группы (низкоуглеродистых, низколегированных) возможно образование пор за счет выгорания углерода, а также их могут вызвать растворенные в металле газы N2 и Н2.

Методы предупреждения образования пор:
Предотвращают образование пор металлургическими методами: связывание и удаление водорода с помощью фосфора и кислорода.
(H+F = HF; Н+О = ОН).
Вместе с металлургическими методами применяют и технологические:
• Надежная защита зоны сварки от азота;
• Прожаривание электродов;
• Уменьшение скорости сварки, чтобы газы успели выделиться;
• Тщательная очистка кромок от ржавчины, смазочных масел, краски.
Горячие трещины
Для сталей этой группы типично образование горячих трещин за счет образования жидких прослоек между зернами металла, который кристаллизуется во время Ткристализации  Тсолидус … Тликвидус
При образовании легкоплавкой эвтектики Fe (Tпл Fe < Tпл стали) возникают жидкие прослойки, и тогда вероятность образования горячих трещин.
Для предотвращения этого вводят Mn, который связывает S в более тугоплавкий сульфид (Mn+S  Mn) и жидкие прослойки не образовываются.
Для сталей такой группы, которые содержат углерод на верхней границе (больше 0.20%), во время сварки угловых и корневых швов, особенно с повышенным зазором - возможно образование горячих трещин, из-за узкой, глубокой формы провара с коэффициентом формы проплавления.

Для предотвращения возникновения горячих трещин коэффициент формы проплавления () должен быть не менее 1,3.
Горячие трещины могут образовываться из-за повышенного содержания углерода. Способность материала к образованию горячих трещин можно определить по формуле:

Если HCR < 0.004 - то горячие трещины возникать не будут.
Ограничение тока и скорости сварки уменьшает вероятность образования горячих трещин.

Охрупчивание сварных соединений
Переходить в хрупкое состояние низкоуглеродистые и низколегированные стали могут при отрицательных температур (-20-400С). Этому способствует повышенное содержание N2 и О2.
В сталях ограничивают: N2 < 0.08%, O2 < 0.05%.

Обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом.
Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предшествующей и последующей термообработки.
Химический состав металла шва во время сварки н/у и н/л сталей немного отличается от состава основного металла. Эта разница сводится к понижению содержания углерода в металле шва, и, как следствие, уменьшается его прочность.
Легирование марганцем или кремнием повышает прочность металла шва. Увеличение скорости охлаждения металла шва также повышает его прочность, но снижает пластические свойства и ударную вязкость.
Проверка склонности основного металла к образованию горячих трещин
Проверяем склонность металла шва к возникновению горячих трещин при наиболее неблагоприятных условиях.

Поскольку HCR=0.0079>0.004, - металл имеет склонность к образованию горячих трещин.
Проверяем возможность образования холодных трещин при наиболее неблагоприятных условиях (максимального количества легирующих примесей) - 0,475>0.4...0.45, - выше допустимых границ, то возможно образование холодных трещин. Однако, в реальных условиях такое соотношение легирующих примесей маловероятно.
Но в заводских условиях надо контролировать состав стали по соответствующим сертификатам.
В целом сталь можно отнести к хорошо свариваемой, при условии среднего процента содержания легирующих элементов.