Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке
Предложен численный алгоритм расчета содержания σ-фазы в металле зоны термического влияния многопроходных стыковых соединений дуплексной стали DSS 2205. Использованы экспериментальные температурно-временные диаграммы образования σ-фазы в изотермических условиях при разной температуре в сочетании с...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102184 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке / В. И. Махненко, С. С. Козлитина, Л. И. Дзюбак // Автоматическая сварка. — 2011. — № 6 (698). — С. 9-12. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102184 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Махненко, В.И. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. 2016-06-11T07:29:36Z 2016-06-11T07:29:36Z 2011 Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке / В. И. Махненко, С. С. Козлитина, Л. И. Дзюбак // Автоматическая сварка. — 2011. — № 6 (698). — С. 9-12. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102184 621.791.75. Предложен численный алгоритм расчета содержания σ-фазы в металле зоны термического влияния многопроходных стыковых соединений дуплексной стали DSS 2205. Использованы экспериментальные температурно-временные диаграммы образования σ-фазы в изотермических условиях при разной температуре в сочетании с термическими циклами точек ЗТВ соединений. Numerical algorithm is suggested for calculation of content of the σ-phase in HAZ metal of the multi-pass butt welded joints on duplex steel DSS 2205. Experimental temperature-time diagrams of formation of the σ-phase under isothermal conditions at different temperatures are used in combination with thermal cycles at points in HAZ of the welded joints. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке Prediction of σ-phase content in HAZ of butt joints of duplex steels in arc welding Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке |
| spellingShingle |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке Махненко, В.И. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. Научно-технический раздел |
| title_short |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке |
| title_full |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке |
| title_fullStr |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке |
| title_full_unstemmed |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке |
| title_sort |
прогнозирование содержания σ-фазы в зтв стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке |
| author |
Махненко, В.И. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. |
| author_facet |
Махненко, В.И. Козлитина, С.С. Дзюбак, Л.И. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Prediction of σ-phase content in HAZ of butt joints of duplex steels in arc welding |
| description |
Предложен численный алгоритм расчета содержания σ-фазы в металле зоны термического влияния многопроходных
стыковых соединений дуплексной стали DSS 2205. Использованы экспериментальные температурно-временные
диаграммы образования σ-фазы в изотермических условиях при разной температуре в сочетании с термическими
циклами точек ЗТВ соединений.
Numerical algorithm is suggested for calculation of content of the σ-phase in HAZ metal of the multi-pass butt welded joints on duplex steel DSS 2205. Experimental temperature-time diagrams of formation of the σ-phase under isothermal conditions at different temperatures are used in combination with thermal cycles at points in HAZ of the welded joints.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102184 |
| citation_txt |
Прогнозирование содержания σ-фазы в ЗТВ стыковых соединений дуплексных сталей при дуговой сварке / В. И. Махненко, С. С. Козлитина, Л. И. Дзюбак // Автоматическая сварка. — 2011. — № 6 (698). — С. 9-12. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT mahnenkovi prognozirovaniesoderžaniâσfazyvztvstykovyhsoedineniidupleksnyhstaleipridugovoisvarke AT kozlitinass prognozirovaniesoderžaniâσfazyvztvstykovyhsoedineniidupleksnyhstaleipridugovoisvarke AT dzûbakli prognozirovaniesoderžaniâσfazyvztvstykovyhsoedineniidupleksnyhstaleipridugovoisvarke AT mahnenkovi predictionofσphasecontentinhazofbuttjointsofduplexsteelsinarcwelding AT kozlitinass predictionofσphasecontentinhazofbuttjointsofduplexsteelsinarcwelding AT dzûbakli predictionofσphasecontentinhazofbuttjointsofduplexsteelsinarcwelding |
| first_indexed |
2025-11-24T16:28:12Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:28:12Z |
| _version_ |
1850485865024847872 |
| fulltext |
УДК 621.791.75
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ σ-ФАЗЫ
В ЗТВ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ДУПЛЕКСНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
Академик НАН Украины В. И. МАХНЕНКО, С. С. КОЗЛИТИНА, Л. И. ДЗЮБАК, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Предложен численный алгоритм расчета содержания σ-фазы в металле зоны термического влияния многопроходных
стыковых соединений дуплексной стали DSS 2205. Использованы экспериментальные температурно-временные
диаграммы образования σ-фазы в изотермических условиях при разной температуре в сочетании с термическими
циклами точек ЗТВ соединений.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, дуплексные стали,
стыковые соединения, зона термического влияния, σ-фаза,
температурно-временная диаграмма
В последние десятилетия хромоникелевые дуп-
лексные стали находят все более широкое при-
менение в технике благодаря своим свойствам,
обусловленным исходной структурой (50 мас. %
феррита и 50 мас. % аустенита). В связи с вы-
сокой стойкостью к межкристаллитной питтинго-
вой коррозии в агрессивной среде в сочетании с
хорошей свариваемостью и сравнительно высо-
ким сопротивлением разрушению, а также умерен-
ной стоимостью этот класс нержавеющих сталей
широко используют для создания ответственных
конструкций различного назначения.
Однако наряду с приобретением указанных
достоинств эти стали частично наследовали и не-
достатки нержавеющих сталей как аустенитного,
так и ферритного классов. Наиболее существен-
ным недостатком при исходном содержании фер-
рита в структуре 50 мас. % является их чувстви-
тельность к температурному воздействию, когда
происходит распад феррита с образованием σ-фазы,
которая резко снижает механические свойства ста-
ли. Эта проблема достаточно хорошо изучена с по-
зиций эксплуатационного нагружения конструкций
из таких сталей. Построены соответствующие тем-
пературно-временные диаграммы (ТВД), позволя-
ющие в изотермических условиях эксплуатации
оценить вероятность появления интерметаллид-
ных образований типа σ-фазы. Применительно к
сварочному нагреву имеется ряд работ ([1] и др.),
где этот вопрос исследуют экспериментально на
образцах, вырезанных из металла зоны термичес-
кого влияния (ЗТВ), что позволило сформулиро-
вать определенные ограничения на тепловложе-
ния при сварке [2]. Тем не менее в настоящее
время отсутствует расчетная методика прогнози-
рования (с определенной достоверностью) степе-
ни влияния конкретных режимов и условий свар-
ки на содержании σ-фазы в ЗТВ, что ограничивает
эффективность прогнозных оценок при выборе
технологических режимов и условий сварки кон-
кретных узлов.
В настоящей работе сделана попытка разра-
ботать методику на основе расчетных термичес-
ких циклов в конкретных точках ЗТВ и экспе-
риментальных данных ТВД, построенной для кон-
кретной стали. Идея такого подхода в определен-
ной степени апробирована при прогнозировании
степени сенсибилизации металла ЗТВ хромони-
келевых сталей с повышенным содержанием уг-
лерода при образовании межкристаллитных кор-
розионных трещин.
В качестве объекта для разработки методики
были выбраны образцы стыкового сварного со-
единения труб сечением 271×20 мм из дуплекс-
ной стали DSS 2205 следующего химического сос-
тава [3], мас. %: 22,43 Cr; 1,88 Ni; 3,13 Mo;
0,14 Mn; 0,07 Si; 0,18 N; 0,023 C. Указанный сос-
тав стали обеспечивает высокое сопротивление
питтинговой коррозии в хлоридных растворах.
Соответствующий эквивалент PRE = Cr + 3,3 мас.
% Mo + 16 мас. % N = 35,64, что весьма близко
к предельному значению PRE = 40 [2]. Сталь DSS
2205 так же, как и другие дуплексные стали, в связи
с высоким содержанием феррита (50 мас. %) чув-
ствительна к нагреву свыше 475 °С, что прояв-
ляется в значительном охрупчивании. В дуплек-
сных сталях при температуре более 538 °С про-
исходит трансформация части феррита в σ-фазу,
в которой сочетаются различные интерметаллиды,
способствующие снижению пластичности сталей,
а особенно при температурах ниже – 40 °С.
На рис. 1 на основании данных работы [2] пред-
ставлено изменение положения границы ударной
вязкости KCV = 27 Дж/см2 стали DSS 2205 в за-
висимости от времени выдержки при различной
© В. И. Махненко, С. С. Козлитина, Л. И. Дзюбак, 2011
6/2011 9
температуре. При наложении этих данных на эк-
спериментальные данные [3] об изменении со-
держания σ-фазы в стали DSS 2205 (рис. 2, 3)
видно, что снижение значения KCV происходит
при содержании σ-фазы 15…18 мас. %.
На основании данных рис. 2, 3, полученных для
конкретных термических циклов ЗТВ T(τ′), можно
рассчитать V σ-фазы, мас. %:
V = ∑
j
∫
T
н
T
к (Vj – Vj – 1)
Vmax(T)
100
τj(T) – τj – 1(T)
dτ ′(T),
где j = 1, ..., 7 — номер С-образных кривых
(рис. 3); Vj = 1, 10, 25, 50, 75, 90, 99 мас. % —
«цена» этой кривой от максимального значения
Vmax(T) при Tн > T > Tк (здесь Tн, Tк — темпера-
тура соответственно начала и конца прослежи-
вания термического цикла T(t′)); τ′ — текущее
время.
При выборе режимов многопроходной дуговой
сварки плавлением использовали рекомен-
дацию работы [2] относительно подводи-
мой погонной электрической энергии
H = 60 IUv ,
где I — сварочный ток; U — напряжение
на дуге; v — скорость сварки. Согласно
[2] значения H находятся в пределах 512 <
< H < 2520 Дж/мм при условии применения перед
каждым проходом предварительного подогрева
(T0 = 150 °С).
Рассмотрим следующие варианты режимов
сварки стыковых соединений за шесть проходов
(рис. 4). Сечение каждого валика равно F =
= 25…35 мм2. Толщина (высота) его hi при угле
разделки α = 60° изменяется в пределах 7,0…1,8 мм,
а ширина ai — в пределах 7,0…20,0 мм.
Результаты расчетов для указанных выше ва-
риантов тепловложения приведены на рис. 5–7.
Из полученных данных следует, что увеличение
погонной энергии до qп ≤ 1700 Дж/мм при T0 =
= 20 °С оказывает незначительное влияние на со-
держание σ-фазы при сварке рассматриваемого
соединения. Однако при более высоком теплов-
ложении (qп > 3000 Дж/мм) содержание σ-фазы
металла ЗТВ приближается к уровню, при кото-
Результаты расчета содержания σ-фазы
№ варианта
режима
сварки
Способ
сварки H, Дж/мм ηи qп, Дж/мм T0, °С Vmax, мас. %
1
МИГ
2270 0,75 1700 20 1,0…1,2
2 2270 0,75 1700 150 2,0…2,4
3
ТИГ
5000 0,60 3000 20 3,5…4,0
4 5000 0,60 3000 150 5,6…6,4
Рис. 1. Изменение положения границы ударной вязкости
KCV = 27 Дж/см2 стали DSS 2205 в зависимости от времени
выдержки τ при различной температуре
Рис. 2. Кинетика изменения содержания σ-фазы при изотер-
мической выдержке образцов из стали DSS 2205 при темпе-
ратуре T = 700 (1), 750 (2), 800 (3) и 850 °С (4) по результатам
экспериментальных измерений
Рис. 3. С-образные кривые изменения содержания σ-фазы в
зависимости от температуры T и времени выдержки τ: 1 — 1;
2 — 10; 3 — 25; 4 — 50; 5 — 75; 6 — 90; 7 — 99 мас. %
Рис. 4. Схема послойной заварки стыкового соединения
многопроходной дуговой сваркой: 1–6 — количество прохо-
дов
10 6/2011
ром, согласно рис. 1–3, значение ударной вязкости
снижается до 27 Дж/см2, что почти на порядок
ниже таковой при отсутствии σ-фазы в металле
ЗТВ стыкового соединения указанной стали. При-
веденные данные свидетельствуют о влиянии
предварительного подогрева (температуры между
двумя смежными проходами) на интенсивность
образования σ-фазы в металле ЗТВ, от которой
Рис. 5. Накопление σ-фазы в металле ЗТВ стыкового шва трубы Ду 270×20 мм, выполненного дуговой сваркой при qп =
= 1700 Дж/мм и T0 = 20 °С: а–е — соответственно после 1–6-го проходов
Рис. 6. Распределение σ-фазы в металле ЗТВ и стыкового шва
трубы Ду 270×20 мм из стали DSS 2205, выполненного шес-
типроходной дуговой сваркой МИГ (после 6-го прохода) при
qп = 1700 Дж/мм: а — T0 = 20; б — 150 °С
Рис. 7. Распределение σ-фазы в металле ЗТВ и стыкового шва
трубы Ду 270×20 мм из стали DSS 2205, выполненного шес-
типроходной дуговой сваркой ТИГ (после 6-го прохода) при
qп = 3000 Дж/мм: а, б — см. рис. 6
6/2011 11
зависит сохранение пластичности соединения при
последующих технологических обработках либо
эксплуатации. Отсюда следует, что ремонт свар-
ных соединений дуплексных сталей, при котором
в металле ЗТВ происходит накопление σ-фазы,
требует осторожности и соответствующих прог-
нозных оценок. Получаемые на основе предла-
гаемой методики оценки (таблица) достаточно
хорошо согласуются с рекомендациями работы [2]
относительно ограничений тепловложений при
сварке сталей рассматриваемого класса.
Выводы
1. Образование σ-фазы способствует резкому сни-
жению пластичности дуплексных сталей при тер-
мическом воздействии, в том числе и при сварке,
и тем самым ограничивает использование этих
материалов в современных конструкциях.
2. С помощью стандартных ТВД возможно
достаточно эффективно прогнозировать содержа-
ние σ-фазы в металле ЗТВ при сварочном терми-
ческом цикле многопроходной сварки дуплекс-
ных сталей.
1. Palmer T. A., Elmer J. W., Wonq J. In-sitе observations of
ferrite–austenite transformations in duplex stainless steel
weldments using synchrotron radiation // Sci. and Techn. of
Welding and Joining. — 2002. — 7, № 3. — P. 159–171.
2. Welding Handbook. Vol. 4: Materials and Applications, pt 2.
— Miami: AWS, 1998. — 621 р.
3. Elmer J. W., Palmer T. A., Specht E. D. Synchrotron based
observations of sigma phase formation and dissolution in
duplex stainless steel // Mathematical modeling of weld phe-
nomena / Ed. H. Cerjak. — London: Manet publ., 2002. —
P. 297–314.
Numerical algorithm is suggested for calculation of content of the σ-phase in HAZ metal of the multi-pass butt welded
joints on duplex steel DSS 2205. Experimental temperature-time diagrams of formation of the σ-phase under isothermal
conditions at different temperatures are used in combination with thermal cycles at points in HAZ of the welded joints.
Поступила в редакцию 04.11.2010
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА:
СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ»
К 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля
науки и техники Украины,
доктора технических наук Г. З. ВОЛОШКЕВИЧА
октябрь 2010 г. Киев ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины
Тематика конференции:
• Технологические особенности электрошлаковой сварки
• Современное оборудование для ЭШС
• Применение электрошлаковой сварки и наплавки при изготовлении
и ремонте промышленных изделий
Организаторы конференции:
• Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины
• Общество сварщиков Украины при поддержке ЗАО «НКМЗ», ОАО «Азовмаш»,
ОАО «Сумское МПО им. Фрунзе»
Контакты: тел./факс: 044-205-22-29, 044-200-24-96
e-mail: tzu@e-mail.ua
12 6/2011
|