Фосфорсодержащие включения

Содержание фосфора в сварных швах на стали, как правило, невысокое — не больше 0,04— 0,06%. В швах на углеродистых и низколегированных сталях фосфор преимущественно находится в твердом растворе, а не в виде неметаллических включений. Это обусловлено низкой концентрацией фосфора в металле швов и относительно высокой его растворимостью в феррите. В связи с низкой растворимостью фосфора в аустените фосфорсодержащие включения значительно чаще встречаются в швах с аустенитной структурой. В этих включениях фосфор может находиться в виде фосфидов, фосфидных эвтектик И фосфатов.

Фосфидные включения имеют червевидную форму и располагаются по границам кристаллитов металла шва. В зависимости от направления сечения на шлифах они имеют вид межкристаллитных прослоек или включений округлой формы. Фосфидные эвтектики находятся в виде прослоек по границам кристаллитов металла шва или зерен основного металла в околошовной зоне. Фосфидная эвтектика в зоне термического влияния марганцевой аустенитной стали Г13, показанная на рис. 6-28, расположена на границе двух зерен, между которыми проходит горячая трещина.

Вредное влияние фосфора на свойства сварных соединений заключается в снижении высокотемпературных характеристик металла шва вследствие ослабления межкристаллитных границ (при выделении легкоплавких включений) и в ухудшении механических свойств швов при нормальной и низких температурах. Последнее обусловлено снижением пластичности металла в результате растворения фосфора и наличием на границах кристаллитов хрупких неметаллических прослоек. Так как растворимость фосфора в аустените ниже, чем в феррите, опасность образования кристаллизационных трещин и снижения механических свойств металла шва значительно больше для швов с аустенитной структурой.

Для среднелегированных сталей вредное влияние фосфора и серы в отношении образования кристаллизационных трещин усиливается тем, что места ликвации этих элементов в металле шва совпадают. Обогащенные фосфором участки феррита лежат по границам первичных кристаллитов, где скапливаются и сульфидные включения.

Нитридные включения

В зависимости от надежности защиты зоны сварки от воздуха содержание азота в металле шва составляет 0,01—0,1%. Нитридные включения в сварных швах ветречаются значительно реже, чем оксидные или сульфидные. Это обусловлено низким содержанием азота в швах и меньшей стойкостью нитридов при высоких температурах. Образование отдельной нитридной фазы в жидкой стали возможно лишь в присутствии сильных нитридообразующих элементов (титана, циркония). В основном нитридные включения выделяются в процессе охлаждения или термообработки сварных соединений. Для их образования необходимо наличие в металле шва сравнительно высокой концентрации азота, что возможно, например, при сварке открытой дугой без защиты или же при повышенном содержании азота в основном металле.

Обычно в связи с быстрым охлаждением и низкой концентрацией азот в металле швов фиксируется в виде твердого раствора. Если этот твердый раствор перенасыщен азотом, то при работе сварных соединений в нормальных условиях или при нагреве из него выделяются включения нитридов. Этим обусловлено так называемое старение металла шва. Ввиду малой скорости диффузии азота в твердом металле этот процесс проходит медленно.

В швах низкоуглеродистой стали с повышенным содержанием азота иногда обнаруживаются иголки нитрида железа Fe4N и железонитридный эвтектоид, так называемый браунит. Нитридные иголки наблюдаются лишь в швах, сваренных на воздухе голым электродом или электродом с тонким покрытием.