Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом
Представлены результаты металлографических исследований структуры, химического состава и физико-механических свойств двухслойного модельного слитка из высоколегированной стали типа 316 (AISI), полученного в лабораторных условиях способом укрупнения последовательной кольцевой электрошлаковой наплавко...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101084 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом / А.А Полишко, Л.Б Медовар, В.Я. Саенко, С.Н. Степанюк, А.Ю. Туник, И.Н. Клочков, И.В. Березин // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 29-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860242973538648064 |
|---|---|
| author | Полишко, А.А. Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Степанюк, С.Н. Туник, А.Ю. Клочков, И.Н. Березин, И.В. |
| author_facet | Полишко, А.А. Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Степанюк, С.Н. Туник, А.Ю. Клочков, И.Н. Березин, И.В. |
| citation_txt | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом / А.А Полишко, Л.Б Медовар, В.Я. Саенко, С.Н. Степанюк, А.Ю. Туник, И.Н. Клочков, И.В. Березин // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 29-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Представлены результаты металлографических исследований структуры, химического состава и физико-механических свойств двухслойного модельного слитка из высоколегированной стали типа 316 (AISI), полученного в лабораторных условиях способом укрупнения последовательной кольцевой электрошлаковой наплавкой жидким металлом.
The paper gives the results of metallographic investigations of the structure, composition and physico-mechanical properties of two-layer model ingot from high-alloyed steel of 316 type (AISI) produced under laboratory conditions by successive circular electroslag cladding.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:32:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.927.535
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
СТАЛИ ТИПА 316 ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КОЛЬЦЕВОЙ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКЕ ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ
А. А. ПОЛИШКО, канд. техн. наук, Л. Б. МЕДОВАР, В. Я. САЕНКО, доктора техн. наук,
С. Н. СТЕПАНЮК, А. Ю. ТУНИК, кандидаты техн. наук,
И. Н. КЛОЧКОВ, И. В. БЕРЕЗИН, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Представлены результаты металлографических исследований структуры, химического состава и физико-механических
свойств двухслойного модельного слитка из высоколегированной стали типа 316 (AISI), полученного в лабораторных
условиях способом укрупнения последовательной кольцевой электрошлаковой наплавкой жидким металлом.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электрошлаковое наплавление, жид-
кий металл, модельный двухслойный слиток, высоколегиро-
ванная сталь, микроструктура, физико-механические свой-
ства
Надежность и срок службы современных машин
и механизмов во многом определяются качеством
их отдельных деталей. Особые требования пре-
дъявляются к деталям машин ответственного наз-
начения, эксплуатируемым в тяжелых и предель-
но тяжелых условиях при повышенных и высоких
температурах (роторы и диски паровых и газовых
турбин). Выполнение этих требований приводит
к усложнению химического состава металлов и
сплавов, вызывает необходимость повышения ка-
чества металла заготовок. Особое значение сегод-
ня приобретают прочностные и пластические сво-
йства литого металла [1].
С помощью традиционных способов не всегда
можно получать изделия требуемого качества,
особенно это касается крупных слитков из вы-
соколегированных сталей и сплавов, поскольку
имеются существенные ограничения по диаметру
слитка в связи с риском образования дефектов
ликвационного происхождения [2].
В этом случае явное преимущество имеет элек-
трошлаковая технология, позволяющая получать
металл с высокими значениями плотности, фи-
зической и химической однородности, изотроп-
ности свойств, равномерным распределением не-
металлических включений, отличающийся высо-
ким уровнем чистоты и мелкодисперсным стро-
ением. Все это важно для деталей ответственного
назначения, эксплуатируемых в тяжелых услови-
ях, когда требуются стабильно высокие значения
физических и механических свойств.
Широкие возможности для формирования тре-
буемых структуры и свойств крупных слитков из
высоколегированных сталей типа 316 открывает
применение одной из разновидностей электрош-
лаковых технологий — последовательного коль-
цевого электрошлакового наплавления жидким
металлом (ЭШНУ ЖМ) с целью укрупнения слит-
© А. А. Полишко, Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко, С. Н. Степанюк, А. Ю. Туник, И. Н. Клочков, И. В. Березин, 2012
Рис. 1. Макроструктура поперечного темплета модельного двухслойного слитка после ЭШНУ ЖМ (сталь 316 + сталь 316)
(а) и схема вырезки образцов (1, 2) для дальнейших исследований (б)
2/2012 29
ков. Применение ЭШНУ ЖМ позволяет сущес-
твенно уменьшить сечение и объем кристалли-
зующегося металла, последовательно наплавляе-
мого на укрупняемый слиток и, таким образом,
ослабить развитие ликвационных процессов в
каждом наплавляемом слое [3–5].
В настоящей работе представлены результаты
металлографических исследований структуры и
свойств двухслойного модельного слитка диамет-
ром 110…180 мм из высоколегированной стали
типа 316 (10Х17Н14М2), полученного в лабора-
торных условиях способом последовательного
кольцевого ЭШНУ ЖМ.
После выплавки модельного слитка для про-
ведения дальнейших исследований из него вы-
резали поперечный темплет (рис. 1, а).
Макроструктура поперечного темплета отли-
чалась однородным и плотным строением (рис. 1,
а) без дефектов усадочного и ликвационного ха-
рактера. Толщина наплавленного слоя в попереч-
ном сечении модельного слитка ЭШНУ ЖМ была
практически одинаковой.
Химический состав металла определяли мето-
дом спектрального анализа (ГОСТ 9717–75). С
помощью эмиссионного спектрального анализа на
дифракционном фотометрическом спектрометре
исследовали распределение элементов в попереч-
ном сечении модельного слитка в зоне сплавления
слоев металла аналогичного химического состава.
Изучали зоны со стороны наплавленного слоя и
центрального слитка по четырем точкам с каждой
стороны. Полученные результаты представлены
в табл. 1.
Как видно из табл. 1, распределение элементов
в поперечном сечении модельного двухслойного
слитка практически равномерное с небольшим
разбросом в пределах допустимой погрешности
измерений до 2 %.
Металлографические исследования с помощью
металлографического микроскопа «Неофот-32»,
оснащенного приставкой для цифрового фотог-
рафирования травленых шлифов (раствор хромо-
вой кислоты H2CrO4) в соответствии со схемой
вырезки (см. рис. 1, б), показали, что микрост-
руктура металла зоны сплавления двухслойного
модельного слитка аустенитная с ориентацией
кристаллитов, присущей поликристаллическим
материалам с дендритной формой кристаллов как
со стороны центрального слитка (по линии сплав-
ления), так и в наплавленном слое (рис. 2).
Образцы для исследований физико-механичес-
ких свойств были вырезаны из металла модель-
ного двухслойного слитка после ЭШНУ ЖМ в
поперечном сечении на двух уровнях по высоте
слитка в радиальном и тангенциальном направ-
лениях (см. рис. 1, б).
Испытания на статическое (кратковременное)
растяжение производили в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 1497–84 на сервогидравлической
испытательной машине MTS 318.25 (США) с мак-
симальным усилием 250 кН. Результаты обраба-
тывали с помощью программного обеспечения
Т а б л и ц а 1. Химический состав модельного двухслойного слитка в зоне сплавления слоев, мас. %
Объект исследования С Mn Si Cr Ni Cu Mo Nb P S
Наплавленный слой 0,059 1,13 0,31 15,6 11,9 0,20 2,2 0,20 0,027 0,006
0,069 1,02 0,15 15,5 12,0 0,21 2,2 0,23 0,029 0,005
0,058 1,13 0,32 15,5 11,6 0,21 2,2 0,20 0,027 0,006
0,065 1,00 0,15 15,3 11,7 0,21 2,2 0,22 0,033 0,005
Центральный слиток 0,052 1,20 0,43 16,3 11,7 0,21 2,2 0,19 0,022 0,011
0,073 1,03 0,16 15,9 12,1 0,23 2,2 0,23 0,029 0,005
0,044 1,17 0,41 16,3 11,4 0,21 2,2 0,19 0,023 0,010
0,069 1,01 0,15 15,6 12,1 0,21 2,2 0,23 0,028 0,005
Рис. 2. Микроструктура зоны сплавления металла модельного двухслойного слитка: 1 — наплавленный слой; 2 — зона
сплавления; 3 — центральный слиток
30 2/2012
TestWorks4 фирмы MTS. Погрешность получен-
ных результатов составляла ±0,5 %, в то время
как по ГОСТ 1497–84 она может достигать 1 %.
Испытания на ударный изгиб для определения
ударной вязкости KCV проводили в соответствии
с требованиями ГОСТ 9454–78 на образцах с ос-
трым надрезом (концентратором напряжений) по-
середине одним ударом маятникового копра. Над-
рез на образцах выполнен на расстоянии 2 мм от
линии сплавления в зоне термического влияния. Эк-
сперименты производили на маятниковом пневма-
тическом копре типа 2130-КМ-03 с номинальной
потенциальной энергией маятника 300 Дж при тем-
пературе 20 °С (табл. 2 и рис. 3, 4). Результаты
исследований показали стабильно высокий уро-
вень прочностных характеристик металла зоны
сплавления модельного слитка, а также однород-
ность свойств металла как по сечению в танген-
циальном и радиальном направлениях, так и по
высоте на двух уровнях.
Следует отметить, что авторы данной статьи
изучали физико-механические свойства на литом
металле модельного двухслойного слитка из стали
типа 316, в то время как во всех марочниках ста-
лей и сплавов приведены данные для деформи-
рованного металла. Поэтому для нас важным яв-
ляется сравнение полученных результатов для ли-
того и деформированного металлов.
Были исследованы поверхности изломов об-
разцов после испытаний на статическое растяже-
ние и ударный изгиб с применением сканирую-
щего электронного микроскопа JSM-35CF фирмы
«JEOL» (Япония) и рентгеновского спектрометра
с дисперсией по энергии рентгеновских квантов
(модель INCA Energy-350 фирмы «Oxford Instru-
ments»), Великобритания.
Фрактографический анализ (рис. 5) показал
ямочный излом, подтверждающий вязкий харак-
тер разрушения, что свидетельствует о высоком
качестве зоны сплавления металла модельного
двухслойного слитка после ЭШНУ ЖМ.
Выявлены структурная однородность металла
зоны сплавления модельного двухслойного слит-
ка, отсутствие дефектов усадочного и ликвацион-
ного характеров, а также формирование однород-
ной структуры. Характерна изотропность проч-
ностных характеристик и высокий уровень удар-
ной вязкости KCV литого металла (240…298
Дж/см2), тогда как для деформированного металла
нормативный уровень ударной вязкости KCV сос-
тавляет 182…312 Дж/см2.
Рис. 3. Образцы металла модельного слитка из стали типа 316 до и после испытаний на статическое (кратковременное)
растяжение в тангенциальном (а) и радиальном (б) направлениях
Рис. 4. Образцы металла модельного двухслойного слитка из
стали типа 316 после испытаний на ударный изгиб
Т а б л и ц а 2. Физико-механические характеристики металла поперечных образцов модельного двухслойного слитка
из стали типа 316
Направление вырезки образцов из слитка σв, МПа σт, МПа δ,% KCV, Дж/см2 kσв
kσт
kδ
Тангенциальное 491,0 201,5 55,0 — 0,98 1,01 1,05
Радиальное 502,4 198,8 52,5 240...298* 0,98 1,01 1,05
Требования «Metals Handbook 9th edition» (American
Society for Metals) для деформированного металла 480,0 170,0 40,0 182...312 — — —
Пр и м е ч а н и я . 1. Приведены средние значения σв, σт, δ. 2. Коэффициенты анизотропии kσв
, kσт
, kδ равны отношению значений
показателей образцов, вырезанных в тангенциальном и радиальном направлениях. * Значения KCV получены для образцов после
испытаний литого металла с надрезом в зоне термического влияния на расстоянии 2 мм от линии сплавления.
2/2012 31
Полученные результаты исследования особен-
ностей формирования структуры и свойств вы-
соколегированной стали показывают высокий
уровень и изотропность физико-механических
свойств литого металла модельного слитка после
последовательного кольцевого ЭШНУ ЖМ без
последующей высокотемпературной термической
обработки, обычно применяемой после электро-
шлаковой сварки. Это свидетельствуют о перспек-
тивности применения данного способа для укруп-
нения слитков из высоколегированных сталей и
сплавов.
1. Электрошлаковый металл / Под ред. Б. Е. Патона, Б. И.
Медовара. — Киев: Наук. думка, 1981. — 680 с.
2. Неметаллические включения и дефекты в электрошла-
ковом слитке / С. Е. Волков, А. Е. Волков, Ю. И. Забалу-
ев, Г. А. Буряковский. — М.: Металлургия, 1979. —
135 с.
3. Оцінка можливостей отримання круглих стальних
зливків вагою 60 т на базі 20-тонної печі ЕШП / Г. О.
Полішко, О. Г. Ремезов, М. Т. Шевченко та ін. // Зб.
робіт студентів і випускників кафедри ФХОТМ «Спе-
ціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра», присвяче-
ний 30-річчю кафедри ФХОТМ ІФФ НТУУ «КПІ». —
К.: Політехника, 2007. — С. 17–25.
4. Новый технологический процесс получения сверхкруп-
ных стальных слитков способом ЭШН ЖМ / Б. Е. Патон,
Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко и др. // Современ. электро-
металлургия. — 2007. — № 1. — С. 3–7.
5. Пат. 94333 Україна, МПК 51 B 22 D 19/16, C 22 B 9/18, B
23 K 25/00 C 23 C 6/00. Спосіб виготовлення великотон-
нажного металевого зливка / Л. Б. Медовар, Г. П. Стовп-
ченко, В. Я. Саєнко та ін. — Опубл. 26.04.2011, Бюл.
№ 8.
The paper gives the results of metallographic investigations of the structure, composition and physico-mechanical properties
of two-layer model ingot from high-alloyed steel of 316 type (AISI) produced under laboratory conditions by successive
circular electroslag cladding.
Поступила в редакцию 28.11.2011
Рис. 5. Фрактограммы поверхностей разрушений образцов, вырезанных в радиальных (а) и тангенциальных (б) направлениях,
после испытаний на статическое (кратковременное) растяжение и ударный изгиб KCV (в)
Двенадцатая международная конференция
«ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ НАУЧНОГО,
РЕСУРСНОГО И ПРОМЫШЛЕННОГО ПОТЕНЦИАЛА
В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ»
13-17 февраля 2012 г. п. Плавье, Карпаты
В рамках конференции состоятся семинары:
• Современные технологии ремонтно-восстановительных работ в промышленности
• Композиционные материалы. Оборудование. Инструменты. Оснастка. Технологии.
Наноматериалы и нанотехнологии
• Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики
в промышленности
• Перспективы развития автодорожной отрасли. Строительные материалы
• Теоретические и прикладные проблемы трибологии. Защита материалов от коррозии
• Горнодобывающая промышленность: технология, оборудование, безопасность и
экология
http://www.conference.kiev.ua
32 2/2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101084 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:32:41Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Полишко, А.А. Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Степанюк, С.Н. Туник, А.Ю. Клочков, И.Н. Березин, И.В. 2016-05-30T18:46:54Z 2016-05-30T18:46:54Z 2012 Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом / А.А Полишко, Л.Б Медовар, В.Я. Саенко, С.Н. Степанюк, А.Ю. Туник, И.Н. Клочков, И.В. Березин // Автоматическая сварка. — 2012. — № 2 (706). — С. 29-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101084 621.791.927.535 Представлены результаты металлографических исследований структуры, химического состава и физико-механических свойств двухслойного модельного слитка из высоколегированной стали типа 316 (AISI), полученного в лабораторных условиях способом укрупнения последовательной кольцевой электрошлаковой наплавкой жидким металлом. The paper gives the results of metallographic investigations of the structure, composition and physico-mechanical properties of two-layer model ingot from high-alloyed steel of 316 type (AISI) produced under laboratory conditions by successive circular electroslag cladding. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом Formation of structure and properties of 316 type steel at successive circumferential electroslag cladding using liquid metal Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом Полишко, А.А. Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Степанюк, С.Н. Туник, А.Ю. Клочков, И.Н. Березин, И.В. Научно-технический раздел |
| title | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом |
| title_alt | Formation of structure and properties of 316 type steel at successive circumferential electroslag cladding using liquid metal |
| title_full | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом |
| title_fullStr | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом |
| title_full_unstemmed | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом |
| title_short | Формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом |
| title_sort | формирование структуры и свойств стали типа 316 при последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке жидким металлом |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101084 |
| work_keys_str_mv | AT poliškoaa formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT medovarlb formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT saenkovâ formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT stepanûksn formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT tunikaû formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT kločkovin formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT bereziniv formirovaniestrukturyisvoistvstalitipa316priposledovatelʹnoikolʹcevoiélektrošlakovoinaplavkežidkimmetallom AT poliškoaa formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal AT medovarlb formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal AT saenkovâ formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal AT stepanûksn formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal AT tunikaû formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal AT kločkovin formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal AT bereziniv formationofstructureandpropertiesof316typesteelatsuccessivecircumferentialelectroslagcladdingusingliquidmetal |