Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей
Исследовано влияние дисперсоидных инокулянтов (фазовых включений) в виде тугоплавких соединений TiC, SiC и ZrO₂ на кинетику структурных превращений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей. Показано влияние инокулянтов различного типа на смещение бейнитного превращения в область...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146878 |
| 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: | Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей / В.В. Головко, Л.И. Маркашова, О.С. Кушнарева, В.В. Жуков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 7 (754). — С. 3-8. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-146878 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Головко, В.В. Маркашова, Л.И. Кушнарева, О.С. Жуков, В.В. 2019-02-11T20:53:07Z 2019-02-11T20:53:07Z 2016 Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей / В.В. Головко, Л.И. Маркашова, О.С. Кушнарева, В.В. Жуков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 7 (754). — С. 3-8. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.07.01 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146878 621.791:669.14.018.2/.8-194.2 Исследовано влияние дисперсоидных инокулянтов (фазовых включений) в виде тугоплавких соединений TiC, SiC и ZrO₂ на кинетику структурных превращений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей. Показано влияние инокулянтов различного типа на смещение бейнитного превращения в область более высоких температур. С использованием просвечивающей электронной микроскопии проанализирован характер структурно-фазовых изменений в формировании бейнитной структуры: особенности фрагментации, распределения плотности дислокаций и морфологии выделения карбидной фазы. Выполнены оценки конкретного вклада всех структур и их параметров (фазового состава, зеренной, субзеренной, дислокационной структур и т.д.) на изменение прочностных характеристик и трещиностойкость металла сварных швов при введении дисперсных фазовых включений. Определен оптимальный состав использованных дисперсоидных инокулянтов при сварке высокопрочных низколегированных сталей, обеспечивающих требуемые механические свойства сварных соединений, в том числе и их трещиностойкость. Effect of dispersoid inoculants (phase inclusions) in form of TiC, SiC and ZrO₂ refractory compounds on kinetics of structural transformations in weld metal of high-strength low-alloy steels was investigated. Effect of the inoculants of different type on displacement of bainite transformation into area of higher temperatures is shown. Electron microscopy is used to analyze the nature of structural-phase changes in formation of bainite structure, i.e. peculiarities of fragmentation, distribution of dislocation density and morphology of carbide phase precipitation. The estimations of specific contribution of all structures and their parameters (phase composition, grain, subgrain and dislocation structures etc.) on carried change of strength characteristics and crack resistance of weld metal at inoculation of disperse phase inclusions were out. The optimum composition was determined for dispersoid inoculants used in welding of high-strength low-alloy steels. They provide for necessary mechanical properties of welded joints, including their crack resistance. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей Strengthening phases, structure and properties of low-alloy steel modified welds Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей |
| spellingShingle |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей Головко, В.В. Маркашова, Л.И. Кушнарева, О.С. Жуков, В.В. Научно-технический раздел |
| title_short |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей |
| title_full |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей |
| title_fullStr |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей |
| title_full_unstemmed |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей |
| title_sort |
упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей |
| author |
Головко, В.В. Маркашова, Л.И. Кушнарева, О.С. Жуков, В.В. |
| author_facet |
Головко, В.В. Маркашова, Л.И. Кушнарева, О.С. Жуков, В.В. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Strengthening phases, structure and properties of low-alloy steel modified welds |
| description |
Исследовано влияние дисперсоидных инокулянтов (фазовых включений) в виде тугоплавких соединений TiC, SiC и ZrO₂ на кинетику структурных превращений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей. Показано влияние инокулянтов различного типа на смещение бейнитного превращения в область более высоких температур. С использованием просвечивающей электронной микроскопии проанализирован характер структурно-фазовых изменений в формировании бейнитной структуры: особенности фрагментации, распределения плотности дислокаций и морфологии выделения карбидной фазы. Выполнены оценки конкретного вклада всех структур и их параметров (фазового состава, зеренной, субзеренной, дислокационной структур и т.д.) на изменение прочностных характеристик и трещиностойкость металла сварных швов при введении дисперсных фазовых включений. Определен оптимальный состав использованных дисперсоидных инокулянтов при сварке высокопрочных низколегированных сталей, обеспечивающих требуемые механические свойства сварных соединений, в том числе и их трещиностойкость.
Effect of dispersoid inoculants (phase inclusions) in form of TiC, SiC and ZrO₂ refractory compounds on kinetics of structural transformations in weld metal of high-strength low-alloy steels was investigated. Effect of the inoculants of different type on displacement of bainite transformation into area of higher temperatures is shown. Electron microscopy is used to analyze the nature of structural-phase changes in formation of bainite structure, i.e. peculiarities of fragmentation, distribution of dislocation density and morphology of carbide phase precipitation. The estimations of specific contribution of all structures and their parameters (phase composition, grain, subgrain and dislocation structures etc.) on carried change of strength characteristics and crack resistance of weld metal at inoculation of disperse phase inclusions were out. The optimum composition was determined for dispersoid inoculants used in welding of high-strength low-alloy steels. They provide for necessary mechanical properties of welded joints, including their crack resistance.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/146878 |
| citation_txt |
Упрочняющие фазы, структура и свойства модифицированных швов низколегированных сталей / В.В. Головко, Л.И. Маркашова, О.С. Кушнарева, В.В. Жуков // Автоматическая сварка. — 2016. — № 7 (754). — С. 3-8. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT golovkovv upročnâûŝiefazystrukturaisvoistvamodificirovannyhšvovnizkolegirovannyhstalei AT markašovali upročnâûŝiefazystrukturaisvoistvamodificirovannyhšvovnizkolegirovannyhstalei AT kušnarevaos upročnâûŝiefazystrukturaisvoistvamodificirovannyhšvovnizkolegirovannyhstalei AT žukovvv upročnâûŝiefazystrukturaisvoistvamodificirovannyhšvovnizkolegirovannyhstalei AT golovkovv strengtheningphasesstructureandpropertiesoflowalloysteelmodifiedwelds AT markašovali strengtheningphasesstructureandpropertiesoflowalloysteelmodifiedwelds AT kušnarevaos strengtheningphasesstructureandpropertiesoflowalloysteelmodifiedwelds AT žukovvv strengtheningphasesstructureandpropertiesoflowalloysteelmodifiedwelds |
| first_indexed |
2025-11-24T02:39:23Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:39:23Z |
| _version_ |
1850836977527554048 |
| fulltext |
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
3ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №7 (754), 2016
УДК 621.791:669.14.018.2/.8-194.2
Упрочняющие фазы, стрУКтУра и свойства
моДифицированных швов
низКолегированных сталей
В. В. ГОЛОВКО, Л. И. МАРКАШОВА, О. С. КУШНАРЕВА, В. В. ЖУКОВ
иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
исследовано влияние дисперсоидных инокулянтов (фазовых включений) в виде тугоплавких соединений TiC, SiC и ZrO2
на кинетику структурных превращений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей. показано
влияние инокулянтов различного типа на смещение бейнитного превращения в область более высоких температур. с
использованием просвечивающей электронной микроскопии проанализирован характер структурно-фазовых изменений
в формировании бейнитной структуры: особенности фрагментации, распределения плотности дислокаций и морфологии
выделения карбидной фазы. выполнены оценки конкретного вклада всех структур и их параметров (фазового состава,
зеренной, субзеренной, дислокационной структур и т.д.) на изменение прочностных характеристик и трещиностойкость
металла сварных швов при введении дисперсных фазовых включений. определен оптимальный состав использован-
ных дисперсоидных инокулянтов при сварке высокопрочных низколегированных сталей, обеспечивающих требуемые
механические свойства сварных соединений, в том числе и их трещиностойкость. Библиогр. 14, рис. 7, табл. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : структура высокопрочных сталей, сварных соединений, легирование, фазовые выделения,
дислокации, факторы упрочнения, локальные внутренние напряжения.
анализ современного состояния производства
стали в мире показывает тенденцию стабильного
роста как общего объема выплавки стали, так и по-
стоянного повышения уровня требований к каче-
ству металла [1]. при этом заметно увеличивается
доля листового проката высокопрочных низколе-
гированных сталей в сортаменте черной метал-
лургии [2]. отмечается, что для достижения более
высоких значений показателей прочности, пла-
стичности и трещиностойкости сталей, использу-
емых в различных областях техники, необходимы
разработки новых нетрадиционных подходов к
формированию структуры таких материалов [3]. в
качестве одного из перспективных направлений в
решении этой проблемы рассматривается возмож-
ность оценки влияния введения в металлический
расплав тугоплавких неметаллических включений
(инокулирования) на зарождение и рост структур-
ных составляющих [4]. при этом установлено, что
роль неметаллических включений, как правило,
отрицательно влияющих на комплекс механиче-
ских свойств сталей, изменяется в определенных
условиях: с уменьшением их размеров негативный
эффект включений снижается, а мелкодисперсные
включения определенного состава и морфологии
могут быть использованы для управления процес-
сами зарождения и роста определенных структур-
ных составляющих. такие включения называют
«дисперсоидами» [5, 6].
так, дисперсоидные инокулянты используют-
ся при выплавке высокопрочных низколегирован-
ных сталей с целью формирования требуемого
структурного состава [7]. имеется ряд исследова-
ний, в которых показана перспективность введе-
ния инокулянтов в сварочную ванну [8]. Данная
работа также посвящена изучению влияния дис-
персоидных инокулянтов на условия формирова-
ния структуры и механические свойства металла
сварных швов высокопрочных низколегирован-
ных сталей.
исследования проводили на образцах сварных
швов, полученных при сварке порошковой проволокой
в среде защитного газа м1 (82 % Ar + 18 % CO2) сты-
ковых соединений низколегированной высокопроч-
ной стали в соответствии с требованиями стандар-
та ISO. химический состав металла исследованных
швов приведен в табл. 1, размер аустенитных зерен в
металле шва и критические точки структурных пре-
вращений в нем — в табл. 2. при выборе состава
дисперсоидных инокулянтов исходили из того, что в
соответствии с опубликованными данными [9], фор-
мирование структурных составляющих зависит как
от величины свободной энергии их зарождения на
межфазной границе металлической матрицы с неме-
таллическими включениями, так и от физико-хими-
ческих характеристик включений и температурного
диапазона превращений.
Методики исследований. в работе [10] было
показано, что введение в сварочную ванну туго-
плавких включений TiC, SiC, ZrO2 в виде дис-
персоидных инокулянтов оказывает влияние на
морфологию зерен первичной структуры, образу-
ющихся при кристаллизации металла шва. пред-
ставляло интерес исследовать взаимосвязь между
© в. в. головко, л. и. маркашова, о. с. Кушнарева, в. в. Жуков, 2016
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
4 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №7 (754), 2016
влиянием инокулянтов на первичную структу-
ру металла и формированием вторичной микро-
структуры сварных швов. Указанные выше туго-
плавкие соединения в виде дисперсных частиц
инокулировали в сварочную ванну путем их вве-
дения в сердечник порошковой проволоки. ре-
зультаты сопоставляли с данными, полученными
при сварке металла швов с аналогичными техно-
логическими параметрами процесса, но без ис-
пользования дисперсоидных инокулянтов (шов
«0»). Для более четкого выявления эффекта ино-
кулирования данные, полученные при испытании
образцов металла швов TiC, SiC и ZrO2, сопостав-
ляли с результатами исследования металла шва,
легированного титаном (шов «Ti») без введения
инокулянтов.
структурный анализ образцов проводи-
ли с использованием оптического микроско-
па «NEOPHOT-30» при увеличениях от ×200 до
×1000. цифровое изображение регистрировалось
с помощью цифровой камеры «Olympus». микро-
твердость структурных составляющих измеряли
на твердомере M-400 фирмы «LECO» при нагруз-
ках соответственно 100 г (НV0,1) и 1 кг (HV10)
по гост 2999–59. Для выявления особенностей
микроструктуры использовали растровый элек-
тронный микроскоп JSM-840 (фирмы «JEOL»),
оснащенный системой захвата изображений
MicroCapture с последующей ее регистрацией на
экране монитора и сканирующий электронный
микроскоп JSM-35 (голландия), укомплектован-
ный энергодисперсионным анализатором Link.
выявление микроструктуры в образцах про-
водили методом химического травления в 4 %-ом
спиртовом растворе азотной кислоты. образцы
для исследований изготавливали по стандартным
методикам с применением алмазных паст различ-
ной дисперсности. размер структурных составля-
ющих определяли в соответствии с гост 5639.
прямые исследования тонкой структуры на
просвет были выполнены на установке JEM-200
сх (фирмы JEOL, япония) при ускоряющем на-
пряжении 200 кв с целью исследования тон-
кой (дислокационной) структуры металла шва
сварного соединения, субструктуры, а также ха-
рактера межзеренных и субграниц. фольги для
электронно-микроскопических исследований под-
готавливали методами электроэрозионной резки с
последующим механическим утонением на шли-
фовальных бумагах с различной зернистостью,
предварительным электролитическим утонением
подготовленных шайб (d = 3 мм) в установке птф
с последующим окончательным утонением, в раз-
работанной установке ионного утонения ионизи-
рованными потоками аргона.
характер структурных превращений в металле
швов изучали в условиях имитации термодефор-
мационного цикла сварки с использованием ком-
плекса Gleeble 3800, оснащенного быстродейству-
ющим дилатометром. исследования выполняли с
применением цилиндрических образцов диаме-
тром 6 мм и длиной 80 мм, изготовленных из ме-
талла сварных швов.
Результаты исследований. результаты дила-
тометрических исследований показали, что введе-
ние инокулянтов способствует повышению темпе-
ратуры начала распада аустенита при охлаждении
металла шва (Ac3), также, как начала (Bs) и завер-
шения (Bf) бейнитного превращения (табл. 2), в
то время как легирование титаном дает противо-
положный эффект. такие изменения в положе-
нии критических точек структурных превраще-
ний проявились как на размере зерен первичной
структуры (Dγ, табл. 2), так и на составе вторич-
ной структуры металла швов (табл. 3).
Данные оптической микроскопии показали,
что вторичная микроструктура металла швов со-
стоит из бейнитно-мартенситной смеси с незначи-
тельной долей ферритной составляющей (рис. 1,
Т а б л и ц а 3 . Состав вторичной структуры металла швов
наименование
шва
Доля составляющих (%)
в микроструктуре шва
Бейнит
нижний
Бейнит
верхний
мартен-
сит феррит
«0» 50 30 10 10
«Ti» 30 57 10 3
«SiC» 30 50 10 10
«ZrO2» 65 20 10 5
«TiC» 25 60 10 5
Т а б л и ц а 1 . Химический состав металла исследованных швов, мас. %
наименование
шва C Si Mn S P Cr Ni Mo Ti Zr
«0» 0,050 0,290 1,32 0,024 0,014 0,16 2,19 0,27 0,008 н/о
«Ti» 0,049 0,170 1,39 0,023 0,015 0,15 2,26 0,25 0,019 “
«SiC» 0,066 0,298 1,22 0,019 0,014 0,14 2,12 0,23 0,005 “
«ZrO2» 0,053 0,263 1,24 0,020 0,014 0,12 2,25 0,23 0,005 0,06
«TiC» 0,054 0,138 1,28 0,025 0,011 0,13 2,22 0,26 0,012 н/о
Т а б л и ц а 2 . Размер аустенитных зерен в металле шва
и критические точки структурных превращений в нем
наименование
шва Dg, мкм Ac3,
оC Bs,
оC Bf,
оC
«0» 70 ± 5 843 603 430
«Ti» 45 ± 5 840 583 432
«SiC» 80 ± 6 851 644 435
«ZrO2» 90 ± 7 859 662 461
«TiC» 80 ± 6 870 648 435
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
5ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №7 (754), 2016
2)*. Бейнит представлен морфологическими фор-
мами верхнего, нижнего и внутризеренного бей-
нита, феррит — разорванными полигональны-
ми выделениями и ферритом видманштедта по
границам зерен. мартенсит сформирован в виде
традиционной игольчатой структуры. Как вид-
но из приведенных данных, легирование металла
шва титаном (шов «Ti»), также, как инокулирова-
ние TiC и SiC, способствовало увеличению доли
верхнего бейнита в микроструктуре и снижению
содержания ферритной составляющей, в то вре-
мя как введение в сварочную ванну дисперсоидов
ZrO2 оказало противоположный эффект.
результаты определения механических свойств
металла швов, приведенные в табл. 4, показали,
что, несмотря на отсутствие изменений в содер-
жании мартенсита, механические свойства метал-
ла швов «Ti», «SiC» и «TiC», близких по содер-
жанию бейнитной фазы в составе структурных
составляющих, имеют некоторые отличия по по-
казателям прочности, пластичности и вязкости.
Кроме того, обращает внимание заметное отличие
по уровню состава структурных составляющих и
механических свойств металла шва «ZrO2».* в металлографических исследованиях принимали участие
с. н. степанюк, Д. ю. ермоленко.
рис. 1. микроструктура металла швов (Neophot 30), полученных при введении в сварочную ванну дисперсных тугоплавких
включений: а — Ti; б — SiC; в — ZrO2; г — TiC; д — «0»
рис. 2. микроструктура металла швов (JSM-840) при введении в сварочную ванну дисперсных тугоплавких включений: а —
Ti; б — SiC; в — ZrO2; г — TiC; д — «0»
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
6 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №7 (754), 2016
Для более детального анализа влияния иноку-
лирования в сварочную ванну дисперсоидов на
процессы формирования структуры металла швов
были использованы методы просвечивающей
электронной микроскопии. На рис. 3, 4 показаны
характерные изображения структурных составля-
ющих металла исследованных швов, особенно-
стей фрагментации, фазовых выделений в них и
распределения плотности дислокаций.
Анализ вклада структурно-фазовых параме-
тров в изменение характеристик прочности свар-
ных швов, выполненный на основе разработанно-
го экспериментально-аналитического подхода по
оценке дифференцированного вклада параметров
структуры на механические характеристики свар-
ных соединений высокопрочных сталей [11], по-
казал, что во всех рассмотренных образцах метал-
ла швов наибольший вклад в упрочнение вносит
Рис. 3. Особенности формирования структуры верхнего и нижнего бейнита,
распределения плотности дислокаций, выделения карбидной фазы и ее диф-
рактограмма в металле швов различного типа: а–в — «0»; г–ж — «ZrO2»
(а–в — ×30000; г–е —×20000; ж — ×50000)
Рис. 4. Особенности формирования структуры верхнего, нижнего бейнита и мартенсита, распределения плотности дислока-
ций, выделения карбидной фазы и ее дифрактограмма в металле швов различного типа: а–в — «SiC»; г–е — «TiC» (а, б, г, д
— ×20000; в — ×30000; е — ×37000)
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
7ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №7 (754), 2016
реечная субструктура и дисперсные частицы фа-
зовых выделений. резкое повышение упрочнения,
характерное для верхнего бейнита, отличающего-
ся высокой зернограничной плотностью дислока-
ций (ρ ~ (2…3)·1011 см–2) вдоль границ реечной
структуры и наибольшей насыщенностью в этой
области фазовыми выделениями, обусловлено
возрастанием дислокационного и дисперсионного
упрочнений (рис. 5).
Как видно из приведенных результатов иссле-
дования, введение в сварочную ванну дисперсо-
идных инокулянтов сопровождается изменением
морфологии карбидной фазы, что должно способ-
ствовать стабилизации структуры и повышению
свойств металла [12]. присутствие в затвердева-
ющем металле швов тугоплавких дисперсоидов
вызывает частичную замену выделений цемен-
тита на границах зерен легированными карбида-
ми типа ме7с3, ме23с6 и ме3с2, что позволяет
снизить неоднородность распределения плотно-
сти дислокаций на границах зерен. в тех случа-
ях, когда увеличение субструктурного упрочнения
обеспечивается формированием мелкозернистой
фрагментированной субструктуры, при равномер-
ном распределении плотности дислокаций, ча-
стицы фазовых выделений имеют равномерное
распределение, отсутствуют участки в виде ско-
плений и цепочек выделений по границам зерен
и в некоторых объемах реечной
структуры (ZrO2).
неравномерное распределе-
ние частиц фазовых выделений
приводит к возрастанию дислока-
ционной плотности в локальных
микрообъемах вблизи самих вы-
делений и по границам зерен, что
способствует повышению показа-
телей прочности и снижению уровня вязкости ме-
талла шва (швы «0» и «Ti»). снижение температу-
ры начала бейнитного превращения способствует
неравномерному перераспределению дефектов
кристаллической решетки при различной их плот-
ности. в результате наблюдается возрастание дис-
локационной плотности ρ примерно от (4…6)·1010
см–2 (в объеме реек) до (2…3)·1011 см–2 в локаль-
ных микрообъемах (вблизи фазовых выделений) и
формирование зон локализации деформации, что
способствует неравномерному уровню механиче-
ских свойств и снижению трещиностойкости ме-
талла (табл. 4).
расчетные методы оценки внутренних напря-
жений в локальных структурных зонах, основан-
ные на экспериментальных данных анализа тон-
кой структуры [13, 14], позволили установить, что
максимальные локальные внутренние напряжения
концентрируются вдоль границ верхнего бейнита
(швы «Ti», «SiC» и «TiC») и являются потенци-
альными источниками зарождения распростра-
нения трещин, т.е. процессов трещинообразова-
ния (значения этих величин примерно в 2…3 раза
выше, чем в структурах нижнего бейнита (рис. 6).
повышенный уровень локальных напряже-
ний (τл/вн), характерный для структуры верхне-
го бейнита, позволяет обеспечить определенный
уровень показателей прочности металла сварных
швов, в то время как присутствие в составе струк-
туры нижнего бейнита позволяет повысить пока-
затели их вязкости. обеспечение требуемого ком-
плекса механических свойств металла швов при
рис. 5. изменение интегрального значения предела текуче-
сти (Σσт), дифференцированного вклада структурных состав-
ляющих (Δσт) в расчетную величину предела текучести (а)
и процентное соотношение структурного вклада (зеренного,
субзеренного, дислокационного, дисперсионного) в общее
изменение предела текучести в металле шва при введении
дисперсных включений (б–ж): б — «0»; в — Ti; г — TiN;
д — SiC; е — ZrO2; ж — TiC
рис. 6. результаты расчетной оценки внутренних напряже-
ний в локальных структурных зонах (1 — верхний бейнит;
2 — нижний)
Т а б л и ц а 4 . Механические свойства металла швов
наименова-
ние шва σв, мпа σ0,2,
мпа d, % y, % Sk,
мпа
KCV, Дж/см2
20 ос –20 ос
«0» 775 738 16 54 1384 61 43
«Ti» 746 689 19 60 1865 60 57
«SiC» 726 650 21 62 1910 85 65
«ZrO2» 645 556 21 60 1612 116 98
«TiC» 728 665 19 61 1867 82 63
S k — истинное сопротивление разрыву.
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
8 ISSN 0005-111X АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, №7 (754), 2016
сварке низколегированных высокопрочных сталей
в каждом случае достигается за счет установления
определенного баланса между этими двумя мор-
фологическими формами феррита. приведенные
на рис. 6 и 7 результаты показывают, что введение
в сварочную ванну дисперсоидных инокулянтов
позволяет повышать вязкость металла швов при
одновременном сохранении уровня прочности.
Выводы
1. введение в сварочную ванну дисперсоидных
инокулянтов сопровождается изменением темпе-
ратуры начала бейнитного превращения (Bs) в ме-
талле сварных швов, что оказывает влияние на оп-
тимальное преобразование структурно-фазовых
составляющих, характер распределения дислока-
ций, изменение состава и распрелеления фазовых
выделений — карбидных фаз.
2. с увеличением Bs возрастает доля фазовых
выделений типа легированных карбидов как в
теле бейнитных зерен, так и по их границам, что
сопровождается формированием в зоне межзерен-
ных границ наноразмерных частиц соединений,
инокулированных в сварочную ванну.
3. показано, что резкое и градиентное повы-
шение упрочнения в структурах верхнего бейни-
та обусловлено значительным увеличением плот-
ности дислокаций в приграничных зонах реечных
структур, наиболее насыщенных фазовыми выде-
лениями, что и способствует возрастанию в зерно-
граничных областях доли дислокационного и дис-
персионного упрочнений.
4. использование дисперсоидных инокулянтов
при сварке высокопрочных низколегированных
сталей способствует оптимизации структурно-фа-
зового состава металла шва и его эксплуатацион-
ных свойств.
1. флик а. стратегическая оценка перспектив металлургии
/ а. флик // черные металлы. – 2014. – № 6. – с. 81–84.
2. риттербах Б. основные тенденции развития исследова-
ний в черной металлургии / Б. риттербах // черные ме-
таллы. – 2014. – № 9. – с. 75–78.
3. горынин и. в. Экономнолегированные стали с наномо-
дифицированной структурой для эксплуатации в экстре-
мальных условиях / и. в. горынин // вопросы материа-
ловедения. – 2008. – № 2. – с. 7–12.
4. Mechanical properties and phases derived from TiO2
nanopowder inoculation in low carbon steel matrix / Z.
Amondarain, M. Aribas, J. L. Arana [et al.] // Materials
Transactions. – 2013. – Vol. 54, № 10. – P. 1867–1876.
5. Zhang L. State of the Art in the Control of Inclusions during
Steel Ingot Casting / L. Zhang, B. Thomas // Metallurgical
and materials transactions B. – 2006. – Vol. 37B, № 10. –
P. 733–761.
6. Microstructure control of steels through dispersoid
metallurgy using novel grain refining alloys / о. Grong, L.
Kolbeinsen, C. Eijk [et al.] // ISIJ International. – 2006. –
Vol. 46, № 6. – P. 824–831.
7. орыщенко а. с. принципы легирования и требования к
технологическим процессам производства высокопроч-
ных корпусных сталей нового поколения / а. с. орыщен-
ко, е. и. хлусова, с. а. голосиенко // вопросы материа-
ловедения. – 2014. – № 2(78). – с. 9–25.
8. влияние нанодисперсных порошков на свойства соеди-
нения при сварке углеродистой стали со2-лазером / а. н.
черепанов, ю. в. афонин, а. м. оришич [и др.] // ме-
ханика микронеоднородных материалов и разрушение:
VI всерос. конф.: тезисы докл. – екатеринбург: имаш
Уро ран, 2010. – с. 109.
9. Gregg J. M. Solid-state nucleation of acicular ferrite on
minerals added to molten steel / J. M. Gregg, H.K.D.H.
Bhadeshia // Acta Materialia. – 1997. – Vol. 45, Is. 2. –
P. 739–748.
10. головко в. в. влияние титансодержащих инокуляторов
на структуру и свойства металла швов высокопрочных
низколегированных сталей / в. в. головко, с. н. степа-
нюк, Д. ю. ермоленко // автоматическая сварка. – 2015.
– № 2. – C. 8–15.
11. роль структуры в оптимизации свойств прочности, пла-
стичности, трещиностойкости сварных соединений / л.
и. маркашова, т. а. алексеенко, е. н. Бердникова [и др.]
// строительство, материаловедение, машиностроение:
сб. научн. тр. – вып. 58. – Днепропетровск, гвУз «пга-
са», 2011. – с. 446–452.
12. Концепция карбидного конструирования сталей повы-
шенной хладостойкости / в. и. горынин, с. ю. Кондрать-
ев, м. и. оленин [и др.] // металловедение и термиче-
ская обработка металлов. – 2014. – № 10(712). – с. 32–38.
13. структура и эксплуатационные свойства сварных сое-
динений сложнолегированных сплавов / л. и. маркашо-
ва, а. г. покляцкий, о. с. Кушнарева [и др.]: сб. тезисов
докл. седьмой международной конференции «математи-
ческое моделирование и информационные технологии в
сварке и родственных процессах», иЭс им. е. о. пато-
на нанУ, 15–19 сентября 2014 г., одесса. – К.: 2014. –
с. 19–20.
14. роль технологических параметров лазерного и лазер-
но-плазменного легирования в изменении структуры,
прочностных свойств и трещиностойкости слоев стали
38хн3мфа / л. и. маркашова, в. Д. шелягин, о. с.
Кушнарева [и др.] // автоматическая сварка. – 2015. –
№ 5–6. – с. 131–137.
поступила в редакцию 02.02.2016j
рис. 7. влияние температуры начала бейнитного превраще-
ния на механические свойства металла исследованных швов
|