Этот тип стали, используемый для высокопрочных сварных конструкций, имеет относительно низкое содержание углерода — как правило, менее 0,18% по массе — и его легирующий состав специально разработан для удовлетворения требований к сварке. Следовательно, процесс сварки низкоуглеродистой закаленной и отпущенной стали по существу аналогичен процессу нормализованной стали. При сварке возникают следующие основные проблемы:

① Термические трещины в сварных швах и трещины разжижения в зоне термического влияния. Низкоуглеродистые закаленные и отпущенные стали обычно имеют более низкое содержание углерода и более высокое содержание марганца, при более строгом контроле серы (S) и фосфора (P), что приводит к снижению склонности к термическому растрескиванию. Напротив, высоконикелевые, низкомарганцевые низколегированные высокопрочные стали проявляют повышенную склонность как к термическому растрескиванию, так и к трещинам разжижения.

② Холодное растрескивание. Поскольку этот тип стали содержит относительно большое количество легирующих элементов, повышающих ее прокаливаемость, он проявляет значительную склонность к холодному растрескиванию. Однако из-за высокой температуры Ms, если соединение достаточно медленно охлаждается при этой температуре, позволяя образовавшемуся мартенситу подвергаться процессу «самоотпуска», склонность к холодному растрескиванию в некоторой степени снижается; следовательно, фактическая склонность к холодному растрескиванию не обязательно является серьезной.

③ Трещины от повторного нагрева. Низкоуглеродистые закаленные и отпущенные стали содержат такие элементы, как V, Mo, Nb и Cr, способствующие образованию карбидов, тем самым проявляя определенную склонность к трещинам от повторного нагрева.

④ Размягчение зоны термического влияния. Размягчение происходит при сварке при температурах от исходной температуры отпуска основного металла до Ac1. Чем ниже исходная температура отпуска, тем шире зона размягчения и тем сильнее степень размягчения.

⑤ Хрупкость зоны термического влияния. Образование низкоуглеродистого мартенсита и низкобейнитная фаза с объемной долей 10-30% в перегретой зоне обеспечивает высокую ударную вязкость. Однако чрезмерно быстрое охлаждение приводит к образованию 100% низкоуглеродистого мартенсита, что снижает ударную вязкость; наоборот, медленное охлаждение вызывает грубозернистость и развитие смешанной микроструктуры, состоящей из низкоуглеродистого мартенсита, бейнита и элементов фазы M-A в перегретой зоне, что усугубляет хрупкость.

При сварке закаленных и отпущенных сталей с σs ≥ 980 МПа должны применяться такие методы сварки, как аргонодуговая сварка неплавящимся электродом или электронно-лучевая сварка. Для низкоуглеродистых закаленных и отпущенных сталей с σs <980 МПа применимы такие методы, как электродная дуговая сварка, автоматическая сварка под флюсом, сварка под флюсом с газовой защитой дуги (SAW) и аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. Однако для сталей с σs ≥ 686 МПа SAW является наиболее подходящим процессом автоматической сварки. Кроме того, если требуются методы сварки с высоким энергопотреблением и низкой скоростью охлаждения, такие как многоэлектродная автоматическая сварка под флюсом или электрошлаковая сварка, обязательна последующая термообработка после сварки (закалка и отпуск).Когда тепловая энергия достигает максимально допустимого значения, а образование трещин остается неизбежным, необходимо принять меры предварительного подогрева. Для низкоуглеродистой закаленной и отпущенной стали основной целью предварительного подогрева является предотвращение холодного растрескивания; однако предварительный подогрев может отрицательно сказаться на ударной вязкости. Поэтому при сварке таких сталей обычно применяется более низкая температура предварительного подогрева (≤200°C). Предварительный подогрев направлен на снижение скорости охлаждения во время мартенситного превращения и повышение стойкости к трещинам за счет эффекта самоотпуска мартенсита. Чрезмерно высокие температуры предварительного подогрева не только не предотвращают холодное растрескивание, но и снижают скорость охлаждения в диапазоне 800–500°C ниже критической скорости охлаждения, необходимой для образования хрупкой микроструктуры, что приводит к значительному охрупчиванию зоны термического влияния. Таким образом, следует избегать произвольного повышения температуры предварительного подогрева, включая межслойную температуру.

Низкоуглеродистая кондиционированная сталь обычно не требует дополнительной термической обработки после сварки. Поэтому при выборе сварочных материалов получаемый металл шва должен обладать механическими свойствами, близкими к свойствам основного металла в сварном состоянии. В особых случаях, таких как конструкции с высокой жесткостью, где трудно избежать холодного растрескивания, необходимо использовать присадочный металл с несколько более низкой прочностью, чем у основного металла.