Низколегированные стали имеют сравнительно небольшую чувствительность к термическому циклу сварки. Поэтому регулированием режима сварки и термического цикла можно обеспечить получение требуемых свойств в околошовной зоне. Такое явление, во-первых, связано с невысоким содержанием углерода в стали и, во-вторых, низкой степенью легирования. В сталях этой группы содержание углерода не превышает 0,25%, а суммарное легирование - 4%.
Иногда для изготовления разнообразных конструкций в машиностроении используют углеродистые и низколегированные стали, в которых содержание углерода увеличено по сравнению с содержанием углерода в низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталях общего назначения. Поэтому соответствующей термообработкой можно повысить их прочность. Временное сопротивление этих сталей зависит от режима термообработки и составляет 60-150 кгс/мм² (600-1500 МПа). Содержание углерода в них бывает от 0,25-0,5% при суммарном легировании до 3-4%. К этой труппе сталей могут быть отнесены следующие стали: 35Х, 40Х, 35Г2, 40Г2, 50Г2, 30ХГТ, ЗОХГНА, 30ХГСА и др. По чувствительности к термодеформационному циклу сварки к этой же группе сталей можно отнести и углеродистые стали марок 30, 35, 40, 45 и 50, а также теплоустойчивые молибденовые, хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые стали марок 20М, 20ХМ, ЗОХМА, 38ХМЮА, 25Х1М1Ф и др.
Повышение содержания углерода и степени легирования создает склонность этих сталей во время сварки подвергаться резкой закалке. Поэтому стали этой группы обладают высокой чувствительностью к термическому циклу сварки. При сварке околошовная зона оказывается резко закаленной, а, следовательно, непластичной при всех режимах сварки, хотя при этом обеспечивается удовлетворительное формирование шва.
С целью снижения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке этих сталей выполняют предварительный подогрев свариваемой конструкции. Подогрев позволяет получить в околошовной зоне структуру, которая обладает запасом пластичности, достаточным для предотвращения образования трещин под действием термодеформационного цикла сварки.
К сталям, которые закаливаются в условиях сварки, относятся также низко- и среднелегированные теплоустойчивые стали. Эти стали длительное время сохраняют высокие прочностные свойства при работе в условиях повышенных (450-580°С) температур, оцениваемые пределом ползучести и длительной прочностью.
Теплоустойчивость этим сталям придают введением в них легирующего элемента молибдена в сочетании с некоторыми другими элементами, например с хромом и ванадием (хром повышает жаростойкость сталей). К таким сталям относятся 15М, 20ХМ, 12Х1МФ, 15ХМ1Ф, 15Х2МФБ, 12Х5МА, 20Х2МА и др.
Образование шва и околошовной зоны. При изготовлении сосудов высокого давления, ответственных машиностроительных изделий и строительных конструкций используют среднелегированные высокопрочные стали. Эти стали после соответствующей термообработки обладают временным сопротивлением 100-200 кгс/мм² (1000-2000 МПа), имея достаточно высокий уровень пластичности. Стали этой группы характеризуются содержанием углерода до 0,5% при комплексном легировании в сумме 5-9%. Эти стали имеют высокую чувствительность к термическому циклу сварки в связи с высоким содержанием углерода.
Такая степень легирования при данном содержании углерода практически при любых скоростях охлаждения околошовной зоны обеспечивает удовлетворительное формирование шва. Причем подогрев изделия при сварке не снижает скорости охлаждения металла зоны термического влияния и способствует росту зерна. Рост зерна, как и всегда, вызывает снижение деформационной способности и приводит к возникновению холодных трещин.
Поэтому эти стали сваривают без предварительного подогрева, но используя специальные технологические приемы, обеспечивающие увеличение времени пребывания металла шва и околошовной зоны в субкритическом интервале температур и «автотермообработку» закаленных зон участков, которые прилегают к шву. Время пребывания околошовной зоны в этом интервале температур увеличивают выполнением сварки каскадом, блоками, короткими или средней длины участками. Иногда используют специальные устройства, подогревающие выполненный шов, и тем самым увеличивают время пребывания его в определенном температурном интервале.
Особенность такого термического цикла многослойной сварки указанными методами состоит в том, что теплота второго и последующего слоев не дает металлу околошовной зоны первого слоя охладиться ниже определенной температуры. После выполнения второго и последующих слоев околошовная зона остывает значительно медленнее, чем после сварки одного первого слоя.