Основными факторами, обуславливающими образование холодных трещин в сварном соединении из легированных сталей, являются:

• структурное состояние металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа (S_>д, %) и размером бывшего аустенитного зерна (d_>3, мкм). Свойства указанных структурных составляющих зависят от химического состава и в первую очередь от содержания углерода (C, %);

• концентрация диффузионного водорода в зоне зарождения очага трещины (H_>д, см^>3/100г металла);

• растягивающие сварочные напряжения I рода (σ_>св, МПа).

Критическое сочетание этих факторов приводит к образованию холодных трещин.

Роль структуры в зарождении очага замедленного разрушения свежезакаленной стали связывают с микропластической деформацией (МПД), в приграничных зонах зёрен. Наличие в структуре такой стали незакрепленных, способных к скольжению дислокаций при действии сравнительно невысоких напряжений обуславливает МПД. Особенно высока плотность дислокаций в свежезакаленном мартенсите. Значения МПД лежат в диапазоне от 10^>—5 до10^>—4. Проявляется МПД при напряжениях выше предела неупругости или микроскопического предела текучести σ_>А. Процесс МПД – термически активируемый, т. е. его скорость зависит от температуры и приложенных напряжений. Сопротивляемость замедленному разрушению зависит от времени действия нагрузки и стремится к некоторому минимальному значению σ_{>p. min.}, которое принимают за номинальное значение «замедленной прочности». После отдыха способность закалённой стали к МПД исчезает. Конечные высокие значения твёрдости и предела текучести закалённой стали – результат старения, при котором происходит закрепление дислокаций атомами углерода. Особенности развития МПД достаточно хорошо объясняют приведённые выше закономерности замедленного разрушения.

Механизм межкристаллического разрушения при образовании очагов замедленного разрушения может быть объяснён тем, что максимальные плотность дислокаций и интенсивность МПД приходятся на приграничные зоны зёрен. Это является результатом того, что мартенситное превращение начинается в центральных частях зёрен при температурах, соответствующих верхней части температурного интервала превращения, а заканчивается в приграничных зонах зёрен при температурах, соответствующих нижней части этого интервала. Кроме того, при образовании пластинчатого мартенсита его иглы при выходе на границы зёрен вызывают в зонах, примыкающих к ним, появление высоких плотности дислокаций и уровня микронапряжений. При длительном нагружении по границам зёрен развивается локальная МПД, в результате которой реализуется межзёренное разрушение по схеме Зинера-Стро, предполагающей относительное проскальзывание и поворот зёрен по границам.

Основным источником водорода в сварном соединении является водород в атмосфере дуги, который растворяется в расплавленном металле сварочной ванны. Различают следующие формы существования водорода в металле, в зависимости от его состояния, положения в металле:

• атомарный (или ионизированный) водород – растворённый в кристаллической решётке до предела растворимости (равновесный), растворённый сверх предела растворимости (неравновесный), связанный с дефектами решётки (скопившийся в так называемых субмикроскопических ловушках);

• молекулярный водород – скопившийся в микро- и макропорах, называемых коллекторами.

В зависимости от подвижности в металле различают:

• диффузионный (диффузионно-подвижный) водород Hд – способный к диффузионному перемещению в решётке при появлении градиентов концентраций, температур, напряжений, растворимости (в случае разнородных металлов). К этой форме относится атомарный водород, растворённый в решётке;