Специальными сталями называются малоуглеродистые стали, к которым добавлены те или другие специальные элементы для получения определенных физических свойств данной стали. В тех случаях, когда требуются высокая прочность на разрыв, изгиб, высокая ударная вязкость и выносливость, при знакопеременных нагрузках применяют низколегированные стали.
Требования промышленности дать материалы, которые противостояли бы коррозии и высоким нагревам, привели к применению нержавеющей стали и появлению жароупорной стали. Степень их сопротивления высоким температурам и коррозии зависит от количества присаживаемых примесей и термической обработки. Ввиду широкого применения всех этих сталей приобретает большую актуальность вопрос их свариваемости. Решающими факторами свариваемости являются химический состав, физические свойства и процесс термообработки стали. Поэтому, приступая к сварке, важно знать состав, свойства и термообработку этих сталей.
Для сварки представляет интерес разделение специальных сталей по структурному признаку на следующие основные группы: стали мартенситного, перлитного, аустенитного и ферритного классов.
Стали, относящиеся к мартенситному классу, обладают свойством резкой закалки на воздухе и характеризуются большой твердостью и хрупкостью. Распад аустенита в этих сталях при охлаждении после нагрева происходит в области сравнительно низких температур, и продуктом распада твердого раствора даже при малых скоростях охлаждения является мартенсит. Поэтому при любых скоростях сварки (при замедленной сварке газовой и атомно-водородной) мы всегда получаем резкую закалку на воздухе. При любом виде сварки стали мартенситного класса при существующих скоростях охлаждения после сварки всегда структура материала будет мартен-ситная.
При сварке стали перлитного класса наблюдается иная картина, так как эти стали сочетают в себе свойства прочности и вязкости. В этом случае превращения, происходящие в сварном соединении после сварки, различны в зависимости от изменения скорости сварки. Твердость переходных зон сварного металла при газовой сварке меньше, чем при дуговой. Очень часто при тех скоростях охлаждения, которые имеют место при дуговой сварке, мы получаем при сварке сталей перлитного класса в переходных зонах высокие твердости, вследствие резкого охлаждения.
Стали, структура которых остается перлитовой или сорбитовой в зоне влияния сварки, могут быть легко свариваемы. Установлено, что при сварке конструкционных низколегированных сталей иногда требуется применение предварительного нагрева стали перед сваркой.
Стали, которые приобретают мартенситовую структуру в зоне влияния сварки, свариваются с большими трудностями, потому что высокая хрупкость не позволяет им пластически деформироваться в процессе нагрева и охлаждения при сварке. Поэтому, чтобы избежать появления трещин, такие стали нуждаются в предварительном подогреве и в последующей термической обработке.
В сталях перлитного класса при нагреве до температуры 150—300° в сварном соединении обладает значительно меньшей твердостью, чем при резком охлаждении.
Практически все низколегированные стали могут свариваться при применении правильного технологического процесса, который включает часто предварительный нагрев или последующую термическую обработку.
Аустенитные стали характерны большой вязкостью. Они хорошо свариваются, так как не подвержены структурным изменениям (распаду аустенита) в процессе охлаждения. Благодаря своей высокой вязкости аустенитные стали могут противостоять напряжениям, возникающим при сварке, без появления трещин. К числу аустенитных сталей, применяющихся у нас в самолетостроении, относятся нержавеющая сталь и сталь типа 18-8.
Стали ферритного класса характерны большой вязкостью. В процессе нагрева при сварке газовой, атомно-водородной и дуговой склонны к росту зерна. При контактной сварке это явление не наблюдается. Благодаря росту зерна в переходной зоне основного металла рядом со сварным швом эти стали после сварки обладают низкой вязкостью. Термической обработкой трудно повысить вязкость сварного соединения, выполненного из стали ферритного класса. Поэтому при изготовлении деталей из этих сталей нецелесообразно применять другие виды сварки, кроме контактной.
