Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях
Для повышения уровня надежности сварных конструкций, выполненных дуговыми способами сварки, требуется создание новых комбинаций низколегированной стали–сварочного флюса–порошковой проволоки, обеспечивающих оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости, особенно при отрицательных т...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96664 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях / Г.М. Григоренко, В.А. Костин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1 (110). — С. 33-39. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860125542130384896 |
|---|---|
| author | Григоренко, Г.М. Костин, В.А. |
| author_facet | Григоренко, Г.М. Костин, В.А. |
| citation_txt | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях / Г.М. Григоренко, В.А. Костин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1 (110). — С. 33-39. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Для повышения уровня надежности сварных конструкций, выполненных дуговыми способами сварки, требуется создание новых комбинаций низколегированной стали–сварочного флюса–порошковой проволоки, обеспечивающих оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах. Введение в жидкий металл элементов, заметно влияющих на кинетику распада аустенита при кристаллизации и охлаждении металла шва, позволяет управлять микроструктурой металла шва, формируя комплекс высокопрочных и высоковязких микроструктур. Цель данной работы состояла в анализе влияния металлургических факторов на формирование микроструктуры при кристаллизации и охлаждении металла высокопрочных низколегированных сталей из жидкого состояния и создании регрессионной модели структурообразования на основе температур образования фаз. В работе использовались методики световой, растровой микроскопии, имитации термодеформационных процессов сварки на установке Gleeble 3800. Установлено влияние легирования жидкой ванны марганцем и титаном, активности сварочных флюсов на микроструктуру швов, определено влияние этих параметров на температуры образования фаз. Установлено, что для дуговой сварки под флюсом легирование металла жидкой ванны марганцем и титаном целесообразно проводить при использовании керамического флюса основного типа (lgπ₀ = - l,70) для получения оптимального соотношения продуктов промежуточного превращения (игольчатого феррита и нижнего бейнита). Создана компьютерная программа и получены регрессионные уравнения температур образования структурных составляющих в металле швов. Данная работа представляет практическую ценность для специалистов, занимающихся разработкой новых сварочных материалов и изучением свариваемости высокопрочных низколегированных сталей.
To improve the level of reliability of welded structures, made by arc methods of welding, the development of new combinations of low-alloy steel-welding flux- flux-cored wire, providing an optimal combination of strength, ductility and toughness, especially at low temperatures, is required. Adding of elements into molten metal, significantly affecting the kinetics of the austenite decay during solidification and cooling of the weld metal, allows control the weld metal microstructure, forming a complex of high-strength and high-tough microstructures. The aim of this work was to analyze the influence of metallurgical factors on the formation of microstructure during crystallization and cooling of metal of high-alloy steels from the molten state and to create a regression model of structure formation on the basis of temperatures of phases formation. The methods of light, scanning microscopy, a technique of simulation of thermal deformational processes of welding in Gleeble 3800 unit were used in the work. The effect of molten pool alloying with manganese and titanium and influence of welding fluxes on the microstructure of welds were found, and the influence of these parameters on the temperature of phases formation was determined. It was found that for submerged arc welding the alloying of molten pool metal with manganese and titanium is rational in use of ceramic flux of a basic type (lgπ₀ = -1.70) to obtain the optimum ratio of products of intermediate transformation (acicular ferrite and lower bainite). A computer program was developed and regression equations of temperatures of formation of structural components in weld metal were obtained. This work is of practical value to professionals working in the field of development of new welding materials and studying the weldability of high-strength low-alloy steels.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:41:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.2
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР ФАЗОВЫХ
ПРЕВРАЩЕНИЙ В ВЫСОКОПРОЧНЫХ
НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ
Г. М. Григоренко, В. А. Костин
Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины
03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Для повышения уровня надежности сварных конструкций, выполненных дуговыми способами сварки, требуется создание
новых комбинаций низколегированной стали–сварочного флюса–порошковой проволоки, обеспечивающих оптимальное со-
четание прочности, пластичности и ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах. Введение в жидкий металл
элементов, заметно влияющих на кинетику распада аустенита при кристаллизации и охлаждении металла шва, позволяет
управлять микроструктурой металла шва, формируя комплекс высокопрочных и высоковязких микроструктур. Цель данной
работы состояла в анализе влияния металлургических факторов на формирование микроструктуры при кристаллизации и
охлаждении металла высокопрочных низколегированных сталей из жидкого состояния и создании регрессионной модели
структурообразования на основе температур образования фаз. В работе использовались методики световой, растровой мик-
роскопии, имитации термодеформационных процессов сварки на установке Gleeble 3800. Установлено влияние легирования
жидкой ванны марганцем и титаном, активности сварочных флюсов на микроструктуру швов, определено влияние этих пара-
метров на температуры образования фаз. Установлено, что для дуговой сварки под флюсом легирование металла жидкой ванны
марганцем и титаном целесообразно проводить при использовании керамического флюса основного типа (lgπo = – l,70) для
получения оптимального соотношения продуктов промежуточного превращения (игольчатого феррита и нижнего бейнита).
Создана компьютерная программа и получены регрессионные уравнения температур образования структурных составляющих
в металле швов. Данная работа представляет практическую ценность для специалистов, занимающихся разработкой новых
сварочных материалов и изучением свариваемости высокопрочных низколегированных сталей. Библиогр. 12, табл. 3, ил. 6.
К лю ч е в ы е с л о в а : низколегированные стали; сварочная ванна; керамический флюс; фазовые превращения; микро-
структура; феррит; бейнит; уравнения регрессии
Для обеспечения длительного ресурса работы морских
буровых платформ, мостовых ферм, магистральных
нефте- и газопроводов, корпусов морских судов требу-
ются разработка и внедрение новых высокопрочных
низколегированных сталей и способов их соединения,
основным из которых при производстве конструкций из
этих сталей является электродуговая сварка под флю-
сом. Для повышения уровня надежности сварных кон-
струкций, выполненных дуговыми способами сварки,
необходимо создание новых комбинаций низколегиро-
ванной стали (сварочного флюса–порошковой проволо-
ки), обеспечивающих оптимальное сочетание прочнос-
ти, пластичности и ударной вязкости, особенно при от-
рицательных температурах.
В настоящее время для этих целей широко применя-
ются высокопрочные низколегированные стали
10ХСНД, 14ХГНДЦ, 12ХН2МДФ (АБ1). Большинство
сталей этого класса получают по режиму контролируе-
мой прокатки и контролируемой прокатки с ускоренным
охлаждением в интервале температур от 1200…1100 до
700…780 °С. В результате формирования в них мелко-
зеренной феррито-перлитной и феррито-бейнитной
структур обеспечивается высокий уровень механичес-
ких и вязких свойств.
Большое количество работ посвящено металлурги-
ческому влиянию флюсов на расплавленный металл сва-
рочной ванны [1–3]. С учетом концепции, предложен-
ной в работе [4], об активном металлургическом вли-
янии флюса на расплавленный металл разработаны
флюсы, в которых кремнийвосстановительные реакции,
вызывающие снижение механических свойств металла
швов, подавляются за счет введения таких непрочных
оксидов, как FeO (плавленый флюс АН-17 и агломери-
рованные флюсы АНК-47, АНК-561) или TiO2 и ZrO2
(плавленый флюс АН-47). Флюсы этого типа отличаются
хорошими сварочно-технологическими свойствами, обес-
печивают достаточно высокую стойкость металла против
образования холодных трещин и пониженное содержа-
ние диффузионного водорода в наплавленном металле [5].
Одним из путей снижения интенсивности кремний-
восстановительных процессов может служить введение
© Г. М. ГРИГОРЕНКО, В. А. КОСТИН, 2013
33
в состав флюса веществ (бор, титан, церий, цирконий,
калий, кальций, магний), характеризующихся повышен-
ной поверхностной активностью на границе металл–
шлак. К флюсам такого типа можно отнести, например,
агломерированный флюс 48АНК-54 (ТУ ИЭС-455–84
DIN 32 522: BFB 155 DC 8 НР 5). Его уникальные метал-
лургические характеристики позволили специалистам
ЦНИИ КМ «Прометей» рекомендовать флюс для изготов-
ления конструкций плавучих буровых установок [6].
Введение в жидкий металл элементов, заметно вли-
яющих на кинетику распада аустенита при кристалли-
зации и охлаждении металла шва, позволяет управлять
микроструктурой металла шва, формируя комплекс высо-
копрочных и высоковязких микроструктур (игольчатый
феррит и нижний бейнит), обеспечивающих оптимальное
сочетание физико-механических свойств и приближаю-
щихся к свойствам основного металла, что способствует
созданию качественных неразъемных соединений.
В последнее время при исследовании кинетики рас-
пада аустенита у разных классов сталей и сплавов ши-
рокое применение нашли уникальные комплексы моде-
лирования фазовых превращений Gleeble [7]. Использо-
вание комплексов Gleeble 3800 позволяет моделировать
широкий диапазон металлургических процессов —
кристаллизации, сварки, прокатки, термообработки. Эта
система дает возможность имитировать реальное пове-
дение металла при нагреве и охлаждении металла по тер-
мическому циклу сварки с построением диаграмм струк-
турно-фазовых превращений.
Представляет определенный интерес для прогнози-
рования влияния термического цикла охлаждения на
микроструктуру металла шва и ЗТВ высокопрочных
низколегированных сталей построение термокинети-
ческих диаграмм распада аустенита (диаграмм АРА) со
скоростями W8/5 примерно 1…60 °С/с (в интервале тем-
ператур фазовых превращений 800…500 °С), характер-
ных для режимов контролируемой прокатки, прокатки
с ускоренным охлаждением и дуговых способов сварки
под флюсом.
Нахождение оптимального сочетания основного ме-
талла, проволоки и сварочных флюсов оказывается дос-
таточно трудоемкой и материалозатратной задачей.
Вместе с тем помощь в ее решении могут оказать мате-
матические методы прогнозирования структурно-фазо-
вого состава металла сварных швов.
Цель данной работы заключалась в анализе влияния
металлургических факторов (химического состава, ско-
рости охлаждения, активности флюсов) на формирование
микроструктуры при кристаллизации и охлаждении ме-
талла высокопрочных низколегированных сталей из жид-
кого состояния и создании регрессионной модели струк-
турообразования на основе температур образования фаз.
В качестве объекта исследования выбрана высоко-
прочная низколегированная сталь 12ХН2МДФ, допол-
нительно легированная марганцем и титаном.
С точки зрения минимизации энерго- и ресурсозат-
рат микроструктуру сварных швов получали по следу-
ющей методике.
Сварку выполняли на постоянном токе (полярность
обратная) по режиму: Iсв = 700…720 А; Uд = 35…36 В;
vсв = 6,9…7,0 мм/с. Погонная энергия сварки Qп состав-
ляла 8,4…9,0 кДж/см. В жидкий металл сварочной ван-
ны марганец и титан вводили через порошковую прово-
локу Св-08Г1НМА диаметром 4 мм, в сердечник кото-
рой подавали металлический порошок ферромарганца
или ферротитана.
Расплавленный металл ванны взаимодействовал с
керамическими флюсами различной окислительной
способности (кислым lgπo = – 0,83; нейтральным lgπo =
= – 1,25 и основным — lgπo = – 1,70).
Кислородный потенциал флюса рассчитывали в со-
ответствии с формулой [8]:
π0 = – RT lnPO2
,
где R и T — универсальная газовая постоянная
(8,31 Дж/моль⋅К) и температура (К); PO
2
— парциальное
давление кислорода над расплавом шлака.
Химический состав основного металла и сварочной
проволоки приведен в табл. 1
Из закристаллизовавшегося металла жидкой ванны
вырезали поперечные образцы для исследования мик-
роструктуры, фазового состава и построения диаграмм
АРА (рис. 1).
Т а б л и ц а 1 . Химический состав основного металла и сварочной проволоки, мас. %
Материал C Si Mn Ni Mo Cu Cr V Al S P
Основной металл
12ХН2МДФ 0,12 0,253 0,44 2,16 0,27 0,47 0,8 0,02 0,01 0,005 0,010
Сварочная проволока
Св-08Г1НМА 0,10 0,050 1,01 Н/о Н/о Н/о Н/о Н/о Н/о 0,012 0,009
П р и м е ч а н и е . Здесь Н/о — не обнаружено.
Рис. 1. Схема вырезки образцов-имитаторов для испытания на уста-
новке Gleeble: 1 — место вырезки образца; 2 — сварной шов; 3 —
свариваемые пластины
34
Химический состав металла исследованных образ-
цов приведен в табл. 2. В образцах № 1–3 жидкую ванну
легировали марганцем через порошковую проволоку,
сердечник которой состоял из ферромарганца. В образ-
цах № 4–6 ванну легировали титаном, ее сердечник состоял
из ферротитана. В образцах 7…9 жидкую ванну одновре-
менно легировали марганцем и титаном путем исполь-
зования двух порошковых проволок различного состава.
Металлографические исследования проводили при
помощи светового микроскопа «Neophot-32» при увели-
чении 500. Микроструктуру определяли путем трав-
ления в нитале (4%-м растворе азотной кислоты в спирте).
Твердость измеряли на твердометре системы «Виккерс»
при нагрузке 50 Н. Подсчет структурных составляющих
осуществляли методом полей по ГОСТ 8233–56.
Для анализа влияния марганца и титана на структурные
превращения, а также последующего создания регрес-
сионной модели кинетики распада аустенита в процессе
непрерывного охлаждения металла швов высокопрочных
низколегированных сталей использовали установку моде-
лирования термического цикла сварки Gleeble 3800.
Характер изменения температур фазовых превраще-
ний изучали на цилиндрических образцах диаметром 6
и длиной 86 мм, которые нагревали в установке Gleeble
3800 до температуры 1350 °С со скоростью 150 °С/c.
После выдержки в течение 10 мин их охлаждали в соот-
ветствии с заданными термическими циклами, харак-
терными для базовых режимов дуговой сварки высоко-
прочных низколегированных сталей под керамически-
ми флюсами со скоростями от W8/5 = 1, 5 и 10 °С/c.
Обработку результатов дилатометрического анализа
и построение диаграмм производили по общепринятой
методике. Количественный расчет соотношения про-
дуктов превращения выполняли по дилатометрическим
кривым методом отрезков [9].
Количество структурных составляющих приведено
в табл. 3. Микроструктура отдельных исследованных
образцов представлена на рис. 2.
На основании полученных результатов построены тер-
мокинетические диаграммы распада аустенита для швов с
различным содержанием марганца и титана, определены
температуры фазовых превращений (рис. 3).
Т а б л и ц а 2 . Химический состав металла образцов, легированных марганцем и титаном, мас. %
№
образца C Mn Si S P Al Ti Cr Mo Ni Cu(V) Nb O Тип флюса
1 0,072 0,66 0,323 0,009 0,010 0,008 <0,002 0,24 0,19 1,23 0,41 <0,002 0,112 Кислый
2 0,060 0,85 0,174 0,010 0,010 0,011 <0,002 0,24 0,18 1,22 0,40 <0,002 0,056 Нейтральный
3 0,069 0,93 0,135 0,007 0,011 0,016 <0,002 0,27 0,19 1,27 0,42 <0,002 0,035 Основной
4 0,078 0,43 0,437 0,008 0,009 0,012 0,027 0,24 0,19 1,22 – <0,002 0,101 Кислый
5 0,073 0,48 0,227 0,007 0,010 0,019 0,084 0,25 0,19 1,24 – <0,002 0,054 Нейтральный
6 0,075 0,54 0,181 0,006 0,009 0,028 0,127 0,25 0,19 1,23 – <0,002 0,032 Основной
7 0,087 1,38 0,453 0,009 0,010 0,021 0,013 0,24 0,10 0,38 0,013 0,013 0,152 Кислый
8 0,081 1,45 0,331 0,004 0,010 0,026 0,017 0,25 0,11 0,39 0,017 0,015 0,035 Нейтральный
9 0,087 1,59 0,247 0,002 0,010 0,033 0,021 0,27 0,12 0,37 0,04 0,020 0,023 Основной
Т а б л и ц а 3 . Количество структурных составляющих в образцах, легированных марганцем и титаном, %
№
образца
Тип
легирования
Тип
флюса
Ферриты
Игольчатый Полигональный
Пластинчастый
Полиэдричес-
кий
Видманштетто-
выйС неупорядочен-
ной 2-й фазой
С упорядоченной
2-й фазой
1 Марганец Кислый 49,5 2,0 17,0 5,0 26,5 –
2 Нейтральный 48,0 9,5 9,0 3,5 30,0 –
3 Основной 81,5 13,5 3,0 – 2,0 –
4 Титан Кислый 15,0 13,0 30 ,0 6,0 16,0 20
5 Нейтральный 10,0 20,0 – – 50,0 16
6 Основной 23,5 10,5 21,5 7,5 29,0 8
7 Марганец +
титан
Кислый 12,0 11,0 5,0 5,0 17,0 29
8 Нейтральный 18,0 10,0 6,0 6,0 7,0 18
9 Основной 20,0 10,0 6,0 7,0 18,0 24
П р и м е ч а н и е . Содержание перлита в образце № 5 составляет 4 %.
35
Установлено влияние содержания марганца и титана
на область ферритных и бейнитных превращений (рис. 4).
Анализ полученных результатов показал, что во всех
исследованных образцах превращение переохлажден-
ного аустенита происходит в ферритной и бейнитной об-
ластях, однако в образцах с повышенным содержанием
марганца (образец № 9) температура превращения
сдвигается в мартенситную область, а в образцах с ти-
таном — повышается аномально высоко.
Установлено влияние характера раскисления ванны
металла на формирование микроструктуры.
Использование кислого флюса (lgπo = – 0,83) приво-
дит к тому, что увеличение содержания марганца спо-
собствует уменьшению массовой доли феррита (от 39
до 24 %), а повышение содержания титана увеличивает
количество феррита. В образцах, легированных марган-
цем, зафиксировано низкотемпературное (мартенсит-
ное) превращение с температурой начала около 400 °С.
С возрастанием содержания титана значение температу-
ры начала бейнитного превращения повышается, а окон-
чания — снижается, что приводит к расширению темпе-
ратурного интервала бейнитного превращения.
При использовании нейтрального флюса (lgπo = – 1,25)
увеличение массовой доли марганца в закристаллизо-
вавшемся металле приводит к снижению значений тем-
пературы начала и конца ферритного и бейнитного прев-
ращений, повышению содержания феррита различных
форм (примерно до 40 %) и бейнитной составляющей
(до 60 %). Добавка титана повышает температуру начала
Рис. 2. Микроструктура ( 200) швов, легированных марганцем: а — образец № 2; б — образец № 3; титаном: в — образец № 5; г — образец
№ 6 (световая металлография)
Рис. 3. Диаграмма распада аустенита образцов, легированных марганцем (образец № 2) (а); титаном (образец № 5) (б): 1, 2 — температуры
соответственно начала Fнач и окончания Fконц ферритного; 3, 4 — соответственно начала Bнач и окончания Bконц бейнитного превращений
36
и конца ферритного превращения, температура начала
бейнитного превращения остается практически на том
же уровне, а температура конца бейнитного превраще-
ния — повышается примерно на 50 °С. Количество фер-
рита в образцах с титаном составляет 70…85 %, бейни-
та — приблизительно 10 %.
При использовании основного флюса (lgπo = – 1,70)
значения температуры превращения для всех типов леги-
рования оказываются ниже, чем при использовании кис-
лого или нейтрального. Особенностью при данном спосо-
бе раскисления ванны является то, что ферритное и бей-
нитное превращения не разделяются на дилатометричес-
кой кривой — одно плавно переходит в другое и можно
определить только значения температуры начала феррит-
ного и конца бейнитного превращений.
Другой особенностью превращения аустенита при
этом характере раскисления на образцах, легированных
титаном, является предшествование традиционному прев-
ращению аустенита в феррит с температурой начала около
760…730 °С высокотемпературной стадии ферритного
превращения с интервалом превращения 883…820 °С.
При данном типе раскисления ванны формируется наи-
большая доля игольчатого феррита (примерно 80 %) на
образцах, легированных марганцем.
Полученные результаты легли в основу разработан-
ной нами программы прогнозирования структурно-фа-
зового состава металла высокопрочных легированных
сталей.
Для моделирования диаграмм распада аустенита це-
лесообразно применять регрессионный метод, позволя-
ющий только на основании большого коли-
чества экспериментальных данных строить за-
висимости свойств материала от его состава, а
также от параметров процесса сварки. В дан-
ной работе использован метод линейной рег-
рессии, в котором строится зависимость темпе-
ратур фазовых превращений в стали от состава
легирующих элементов.
В ходе работы предполагали линейную за-
висимость между искомыми параметрами
(температурами фазовых превращений фер-
рита и бейнита) и независимыми переменны-
ми. Уравнение линейной регрессии в таком
случае будет имеет следующий вид:
T̂ = a0 + ∑aixi
i
,
где T — температура фазового перехода; x — массовая
доля примеси или легирующего элемента. Задача сво-
дится к получению таких значений коэффициентов a,
чтобы уравнение давало результаты, наиболее близкие
к экспериментальным. Для этого на практике использу-
ют метод наименьших квадратов, в котором минимизи-
руется сумма квадратов отклонений реальных T от их
оценок T̂, т. е. для N экспериментов
∑
k = 1
N
(Tk – T̂)2 → min .
Для решения задачи минимизации вводится функ-
ция неувязки
η (a→) = ∑
k = 1
N
(Tk – T̂k)
2,
условие минимума которой следующее:
∂η(a→)
∂ai
= 0, i = 1....N.
В качестве одного из xi может выступать некоторая
функция скорости охлаждения, что повысит точность
аппроксимации, а также позволит строить кривые ох-
лаждения для любых значений этой скорости.
Рис. 4. Влияние марганца (а) и титана (б) на область ферритных (1) и бейнитных (2) превращений; — Fs; — Ff; — Bs; — Bf
Рис. 5. Блок-схема программы; Mнач — температура начала мартенситного превра-
щения
37
T̂ = a0 + ∑ aixi + avf(vохл) .
Выбор функции зависит от характера зависимости
T̂ от vохл.
Матрицы, используемые в данной работе, очень пло-
хо обусловлены. Число их обусловленности составляет
около 1⋅106. Это приводит к тому, что погрешность на-
капливается слишком быстро и сходимость стационар-
ных методов оказывается недостаточной. Поэтому для
решения системы линейных алгебраических уравнений
в программе выбран метод наискорейшего спуска, с по-
мощью которого удалось добиться нужной сходимости
при небольших затратах времени и аппаратных средств.
В процессе исследования решено отказаться от ис-
пользования статистических пакетов обработки данных
в связи с необходимостью создания интерактивной сис-
темы построения диаграмм АРА.
В ходе работы разработали компьютерную програм-
му, которая была реализована в среде программирова-
ния Borland C++ Builder (рис. 5).
В работах [10, 11] широко используют зависимости
характерных температур превращения от состава стали:
Mнач (°С) = 550 – 361 C – 39 Mn – 35 V – 20 Cr –
– 17 Ni – 10 Cu – 5 Mo – 5 W + 16 Co + 30 Al
Fнач (°С) = 952 – 11,4 C – 114,0 Si – 40,0 Mn +
+ 123,5 Ni + 106,9 Mo + 430,9 Ti – 620,2 Cr
Bнач (°С) = 830 – 270 C – 90 Mn – 37 Ni – 70 Cr – 83 Mo.
(1)
Анализ опубликованных диаграмм распада аустени-
та высокопрочных низколегированных сталей [12] по-
казал, что в уравнениях регрессии необходимо учиты-
вать функцию (линейную, обратную и логарифмичес-
кую) скорости охлаждения. Наименьшая ошибка ап-
проксимации возникает при использовании в уравнени-
ях регрессии функции логарифма скорости охлаждения.
На основе разработанной нами программы были по-
лучены коэффициенты в уравнениях регрессии (рис. 6).
С учетом влияния скорости охлаждения уравнения
регрессии для температуры начала Fнач и конца Fконц об-
разования феррита имеют следующий вид:
ФЕРРИТ
Fнач = 951,958 – 11,417 C + 113,979 Si – 40,006 Mn +
+ 123,58 Ni + 106,937 Mo + 430,932 Ti – 620,248 Cr –
– 3505,981 Al + 387,746 S – 13518,463 P – 814,93 O –
– 23,064 ln (vохл);
Fконц = 1777,915 – 511,629 C + 415,446 Si – 41,669 Mn –
– 405,775 Ni – 1490,284 Mo – 397,754 Ti – 308,179 Cr –
– 1157,568 Al – 1356,6 S – 10797,556 P – 2015,366 O –
– 32,985 ln (vохл).
Уравнения регрессии для температуры начала Bнач и
конца Bконц образования нижнего бейнита следующие:
НИЖНИЙ БЕЙНИТ
Bнач = 1505,269 – 941,454 C + 114,576 Si – 36,474 Mn –
– 56,25 Ni – 520,962 Mo + 471,667 Ti – 1333,198 Cr –
– 4561,955 Al + 9684,192 S – 27401,854 P – 1075,393 O –
– 10,712 ln (vохл);
Bконц = 830,261 + 993,152 C + 172,65 Si - 10,501 Mn +
+ 44,4 Ni – 135,229 Mo + 173,277 Ti – 798,445 Cr –
– 2993,493 Al – 5379,603 S – 16087,509 P – 918,007 O +
+ 4,225 ln (vохл).
Сопоставление наших результатов по моделирова-
нию с результатами других исследователей показало их
довольно хорошее соответствие. Погрешность аппрок-
симации не превышает 10 %.
На основании полученных уравнений можно прог-
нозировать структурно-фазовый состав металла шва и
ЗТВ высокопрочных низколегированных сталей в зави-
симости от его химического состава и термического цик-
Рис. 6. Расчет коэффициентов регрессии
38
ла сварки в исследованном диапазоне скоростей охлаж-
дения (1…10 °С/с).
Заключение
В случае дуговой сварки под флюсом легирование ме-
талла жидкой ванны марганцем и титаном целесообраз-
но проводить при использовании керамического флюса
основного типа (lgπo = – 1,70) для получения оптималь-
ного соотношения продуктов промежуточного превра-
щения (игольчатого феррита и бейнита). Повышение
содержания марганца в закристаллизованном металле
приводит к изменению микроструктуры с феррито-пер-
литной на феррито-бейнитную в результате смещения
температур на диаграмме термокинетического превра-
щения в промежуточную область. Легирование металла
титаном вызывает сокращение температурного диапа-
зона ферритного превращения за счет повышения тем-
пературы начала образования бейнитных структур и
расширение области диффузионных процессов. Полу-
ченные регрессионные уравнения температур образова-
ния характерных структурных составляющих в металле
высокопрочных низколегированных сталей также мо-
гут быть использованы для корректировки режимов
контролируемой прокатки — скоростей охлаждения и
температурного интервала термической (700…780 °С)
и термомеханической обработки сталей с целью дальней-
шего улучшения их эксплуатационных характеристик.
1. Патон Е. О. Избранные труды. В 3 т. Т. 3. Сварка под флю-
сом. — Киев: Изд-во АН УССР, 1961. — 557 с.
2. Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавление
электродов / И. К. Походня, В. Н. Горпенюк, С. С. Миличенко и
др. — Киев: Наук. думка, 1990. — 224 с.
3. Головко В. В. Применение агломерированных флюсов при свар-
ке низколегированных сталей (Обзор) // Автомат. сварка. —
2003. — № 6. — С. 37–41.
4. Подгаецкий В. В. Флюсы для механизированных способов свар-
ки, защитные газы и сварочные проволоки сплошного сече-
ния. — Киев: Наук. думка, 1976. — 230 с.
5. Походня И. К., Головко В. В. Флюсы для сварки низколегирован-
ных высокопрочных сталей, разработанные в ИЭС им. Е. О. Пато-
на // Сварщик. — 1999. — № 1. — С. 8–9.
6. Результаты сравнительных испытаний плавленых и керами-
ческих флюсов, применяемых при сварке стали 12ХН2МДФ /
И. К. Походня, Д. М. Кушнерев, С. Д. Устинов и др. // Автомат.
сварка. — 1987. — № 11. — С. 61–68.
7. Григоренко Г. М., Костин В. А., Орловский В. Ю. Современные
возможности моделирования превращений аустенита в сварных
швах низколегированных сталей // Там же. — 2008. — № 3. —
С. 31–34.
8. Казачков Е. А. Расчеты по теории металлургических процес-
сов. — М.: Металлургия, 1988. — 288 с.
9. Steven W., Mayer G. Continuous-cooling transformation diagrams of
steels. Pt. 1 // J. of the Iron and Steel Institute. — 1953. —
Vol. 174. — P. 33–45.
10. Andrews K. W. Empirical formulae for the calculation of somе tran-
sformation temperatures // J. of the Iron and Steel Institute. —
1965. — № 203. — P. 721–727.
11. Liu Y. X. Principle of Heat Treatment // China Mechanical Industry
Press, Beijing. — 1981. — P. 30–38.
12. Попова Л. Е., Попов А. А. Диаграммы превращения аустенита в
сталях и бета-растворах в сплавах титана: Справочник термис-
та. 3-е изд. перераб. и допол. — М.: Металлургия, 1991. — 503 с.
To improve the level of reliability of welded structures, made by arc methods of welding, the development of new
combinations of low-alloy steel-welding flux- flux-cored wire, providing an optimal combination of strength, ductility
and toughness, especially at low temperatures, is required. Adding of elements into molten metal, significantly affecting
the kinetics of the austenite decay during solidification and cooling of the weld metal, allows control the weld metal
microstructure, forming a complex of high-strength and high-tough microstructures. The aim of this work was to analyze
the influence of metallurgical factors on the formation of microstructure during crystallization and cooling of metal of
high-alloy steels from the molten state and to create a regression model of structure formation on the basis of temperatures
of phases formation. The methods of light, scanning microscopy, a technique of simulation of thermal deformational
processes of welding in Gleeble 3800 unit were used in the work. The effect of molten pool alloying with manganese
and titanium and influence of welding fluxes on the microstructure of welds were found, and the influence of these parameters
on the temperature of phases formation was determined. It was found that for submerged arc welding the alloying of
molten pool metal with manganese and titanium is rational in use of ceramic flux of a basic type (lgπ0 = —1.70) to obtain
the optimum ratio of products of intermediate transformation (acicular ferrite and lower bainite). A computer program
was developed and regression equations of temperatures of formation of structural components in weld metal were
obtained. This work is of practical value to professionals working in the field of development of new welding materials
and studying the weldability of high-strength low-alloy steels. Ref. 11, Figs. 4.
K e y w o r d s : low-alloy steel; weld pool; ceramic; flux; phase transformations; microstructure; ferrite; bainite;
regression equations
Поступила 05.12.2012
ХI Международная конференция
«Тi-2013 в СНГ»
г. Донецк, Украина
26—29 мая 2013 г.
Уважаемые коллеги! Межгосударственная ассоциация
«Титан» и Национальная академия наук Украины при-
глашают Вас принять участие в ХI Международной кон-
ференции «Тi-2013 в СНГ», которая состоится 26-29 мая
в г. Донецке в гостинице «Шахтар Плаза»
www.titan-association.com
39
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96664 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:41:41Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Григоренко, Г.М. Костин, В.А. 2016-03-18T21:47:04Z 2016-03-18T21:47:04Z 2013 Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях / Г.М. Григоренко, В.А. Костин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1 (110). — С. 33-39. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96664 669.187.2 Для повышения уровня надежности сварных конструкций, выполненных дуговыми способами сварки, требуется создание новых комбинаций низколегированной стали–сварочного флюса–порошковой проволоки, обеспечивающих оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах. Введение в жидкий металл элементов, заметно влияющих на кинетику распада аустенита при кристаллизации и охлаждении металла шва, позволяет управлять микроструктурой металла шва, формируя комплекс высокопрочных и высоковязких микроструктур. Цель данной работы состояла в анализе влияния металлургических факторов на формирование микроструктуры при кристаллизации и охлаждении металла высокопрочных низколегированных сталей из жидкого состояния и создании регрессионной модели структурообразования на основе температур образования фаз. В работе использовались методики световой, растровой микроскопии, имитации термодеформационных процессов сварки на установке Gleeble 3800. Установлено влияние легирования жидкой ванны марганцем и титаном, активности сварочных флюсов на микроструктуру швов, определено влияние этих параметров на температуры образования фаз. Установлено, что для дуговой сварки под флюсом легирование металла жидкой ванны марганцем и титаном целесообразно проводить при использовании керамического флюса основного типа (lgπ₀ = - l,70) для получения оптимального соотношения продуктов промежуточного превращения (игольчатого феррита и нижнего бейнита). Создана компьютерная программа и получены регрессионные уравнения температур образования структурных составляющих в металле швов. Данная работа представляет практическую ценность для специалистов, занимающихся разработкой новых сварочных материалов и изучением свариваемости высокопрочных низколегированных сталей. To improve the level of reliability of welded structures, made by arc methods of welding, the development of new combinations of low-alloy steel-welding flux- flux-cored wire, providing an optimal combination of strength, ductility and toughness, especially at low temperatures, is required. Adding of elements into molten metal, significantly affecting the kinetics of the austenite decay during solidification and cooling of the weld metal, allows control the weld metal microstructure, forming a complex of high-strength and high-tough microstructures. The aim of this work was to analyze the influence of metallurgical factors on the formation of microstructure during crystallization and cooling of metal of high-alloy steels from the molten state and to create a regression model of structure formation on the basis of temperatures of phases formation. The methods of light, scanning microscopy, a technique of simulation of thermal deformational processes of welding in Gleeble 3800 unit were used in the work. The effect of molten pool alloying with manganese and titanium and influence of welding fluxes on the microstructure of welds were found, and the influence of these parameters on the temperature of phases formation was determined. It was found that for submerged arc welding the alloying of molten pool metal with manganese and titanium is rational in use of ceramic flux of a basic type (lgπ₀ = -1.70) to obtain the optimum ratio of products of intermediate transformation (acicular ferrite and lower bainite). A computer program was developed and regression equations of temperatures of formation of structural components in weld metal were obtained. This work is of practical value to professionals working in the field of development of new welding materials and studying the weldability of high-strength low-alloy steels. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Общие вопросы металлургии Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях Prediction of temperatures of phase transformations in high-strength low-alloy steels Article published earlier |
| spellingShingle | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях Григоренко, Г.М. Костин, В.А. Общие вопросы металлургии |
| title | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях |
| title_alt | Prediction of temperatures of phase transformations in high-strength low-alloy steels |
| title_full | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях |
| title_fullStr | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях |
| title_full_unstemmed | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях |
| title_short | Прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях |
| title_sort | прогнозирование температур фазовых превращений в высокопрочных низколегированных сталях |
| topic | Общие вопросы металлургии |
| topic_facet | Общие вопросы металлургии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96664 |
| work_keys_str_mv | AT grigorenkogm prognozirovanietemperaturfazovyhprevraŝeniivvysokopročnyhnizkolegirovannyhstalâh AT kostinva prognozirovanietemperaturfazovyhprevraŝeniivvysokopročnyhnizkolegirovannyhstalâh AT grigorenkogm predictionoftemperaturesofphasetransformationsinhighstrengthlowalloysteels AT kostinva predictionoftemperaturesofphasetransformationsinhighstrengthlowalloysteels |