С применением электрошлаковой сварки изготовляются конструкции из среднелегированных сталей 25ХЗНМ, 30ХНЗМ и 30Х2Н2М. Эти стали являются закаливающимися.
При дуговой сварке таких сталей в околошовной зоне образуется малопластичная мартенситная структура, способствующая появлению околошовных трещин во время сварки или хрупкому разрушению сварного соединения в процессе его эксплуатации. Только применение специальных мер, которые значительно усложняют технологию сварки, позволяет получить при обычной дуговой сварке этих сталей качественное сварное соединение.
При электрошлаковой сварке в околошовной зоне закаливающихся сталей образуются благоприятные структуры без принятия специальных мер. В отличие от обычной дуговой сварки, при которой в наиболее перегретом участке околошовной зоны преимущественной структурой является мартенсит, при электрошлаковой сварке участок перегрева имеет крупноигольчатую бейнитную структуру лишь с отдельными включениями мартенсита (рис. 146, б).
По мере удаления от линии сплавления иглы бейнитной структуры становятся мельче и увеличивается количество мартенсита (рис. 146, в). Соответственно увеличивается и твердость, однако, она не превышает 400 единиц по Виккерсу. Дальше от линии сплавления, как и при обычной дуговой сварке, на фоне мелкоигольчатой структуры появляются отдельные скопления (сфероиды) троостита (рис. 146, г), которые по мере удаления от линии сплавления увеличиваются и переходят в область сплошного троостита (рис. 146, д).
Последняя простирается до основного металла, не претерпевшего видимых структурных изменений, и имеет по сравнению с участками других структур наибольшую ширину.
Следовательно, в отличие от обычной сварки под флюсом при электрошлаковой сварке закаливающихся сталей в околошовной зоне образуются главным образом структуры перлитного или бейнитного превращения. Мартенситная структура либо вовсе отсутствует, либо образуется в значительно меньшем количестве и в менее напряженном состоянии.
Рис. 146. Микроструктура металла околошовной зоны в сварном соединении стали 30Х2Н3МА, выполненном электрошлаковой сваркой.
Такой характер структурных превращений в околошовной зоне закаливающихся сталей обусловлен присущими электрошлаковому способу сварки особенностями термического цикла, сущность которых изложена ранее.
Наиболее важное значение здесь имеет замедленное охлаждение околошовной зоны, особенно в области температуры 350°С и ниже, т. е. в области температур мартенситного превращения. Именно замедленное охлаждение способствует распаду аустенита в области перлитного или промежуточного превращения. Если мартенситное превращение неизбежно, то замедленное охлаждение околошовной зоны сдвигает его в область более высоких температур.
Образующийся в этом случае мартенсит самоотпускается, теряет свою твердость и приобретает способность к некоторой пластической деформации, достаточной для уменьшения пиковых значений структурных напряжений. Кроме того, с повышением температуры мартенситного превращения увеличивается количество остаточного аустенита, что также способствует уменьшению напряжений.
Особенность структурных превращений в околошовной зоне закаливающихся сталей при электрошлаковой сварке состоит еще и в том, что непосредственно у линии сплавления появляется узкая полоска трооститной структуры (рис. 146, а). Образование этой структуры вызвано обезуглероживанием свариваемого металла на участке, непосредственно примыкающем к линии сплавления.
Указанные особенности структурных превращений в околошовной зоне приводят к тому, что в сварных соединениях закаливающихся сталей, выполненных электрошлаковым способом, в значительно меньшей степени, чем при обычной дуговой сварке, образуются околошовные трещины.
Околошовные трещины появляются лишь при чрезмерно большой скорости заполнения зазора и в основном в начале шва, где зона сварки не имеет еще достаточного теплового насыщения и поэтому охлаждается с большей скоростью, чем обычно.
Хотя при электрошлаковой сварке среднелегированных сталей в околошовной зоне трещины образуются довольно редко, все же металл этой зоны не пригоден для эксплуатации в ответственных изделиях, так как обладает низкими пластическими и вязкими свойствами.