Сульфидные включения.

В сварных швах на стали обычно содержится 0,02—0,04% S, образующей сульфидные включения. На нетравленых шлифах эти включения имеют вид темных пятен, чаще всего неправильной формы. Размер включений сильно возрастает в направлении от границы сплавления металла шва с основным металлом к середине шва. Наиболее крупные включения наблюдаются в середине верхней части шва. При специальном травлении шлифов выявляются сульфидные пленки и цепочки мелких сульфидных включений, расположенные по границам кристаллитов металла шва.

Состав, форма и размеры сульфидных включений зависят от химического состава металла шва. В сульфидных включениях сера в основном находится в виде соединений с железом и марганцем. Повышение содержания в шве марганца способствует преимущественному связыванию серы в сульфид марганца МnS. Окисление сварочной ванны окалиной уменьшает содержание МnS во включениях и увеличивает содержание сульфида железа FеS. При высоком содержании марганца в шве повышение количества углерода уменьшает содержание МnS в сульфидных включениях. При малом количестве марганца изменение концентрации углерода мало влияет на связывание серы в форме МnS. Кремний сильно уменьшает содержание сульфида марганца во включениях. Наличие хрома в металле шва способствует связыванию серы в виде сульфида хрома или смешанных хромомарганцевых сульфидов.

Рис. 2. Цепочка сульфидных включений и сульфидная пленка, послужившая причиной возникновения кристаллизационной трещины

Повышение содержания углерода в металле шва заметно увеличивает размер сульфидных включений. В зависимости от степени раскисленности металла сварочной ванны образуются сульфидные включения трех типов. При окисленном металле, а также в присутствии марганца, хрома и кремния преимущественно образуются шаровидные оксисульфидные включения. Под влиянием небольших добавок сильных раскислителей (алюминия, титана, циркония и др.) сульфидные включения приобретают вид пленок и цепочек, расположенных по границам кристаллитов металла шва. Введение алюминия и циркония в количествах, больших необходимого для полного раскисления стали, может вызвать превращение пленок и цепочек во включения угловатой неправильной формы.

Наиболее опасными в отношении образования кристаллизационных трещин в сварных швах являются сульфидные пленки и цепочки. На рис. 2 показаны расположенные по границам кристаллитов низкоуглеродистого шва сульфидная пленка и цепочка сульфидных включений. Сульфидная пленка дала начало кристаллизационной трещине.

В связи с большей растворимостью серы в жидкой стали по сравнению с кислородом в процессе охлаждения и затвердевания металла сварочной ванны сульфидные включения образуются при более низких температурах, чем оксидные. Поэтому сера может выделяться на уже существующих оксидных включениях с образованием оксисульфидов. Аналогично образуются карбосульфидные и другие сложные сульфидные включения.