Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д
Рассмотрены особенности реакции аустенитной стали 10Х13Г18Д в виде холоднодеформированного проката на термодеформационный цикл дуговой сварки. Показан характер фазовых превращений в зоне сплавления стали 10Х13Г18Д в однородных и разнородных соединениях ее со сталью 09Г2С. Снижение погонной энергии с...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99381 |
| 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: | Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д / А.И. Гедрович, А.Н. Ткаченко, С.А. Ткаченко, А.Т. Зельниченко, И.И. Алексеенко, В.Л. Бондаренко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 23-27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99381 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гедрович, А.И. Ткаченко, А.Н. Ткаченко, С.А. Зельниченко, А.Т. Алексеенко, И.И. Бондаренко, В.Л. 2016-04-27T19:12:21Z 2016-04-27T19:12:21Z 2007 Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д / А.И. Гедрович, А.Н. Ткаченко, С.А. Ткаченко, А.Т. Зельниченко, И.И. Алексеенко, В.Л. Бондаренко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 23-27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99381 621.791.052:669.017.3 Рассмотрены особенности реакции аустенитной стали 10Х13Г18Д в виде холоднодеформированного проката на термодеформационный цикл дуговой сварки. Показан характер фазовых превращений в зоне сплавления стали 10Х13Г18Д в однородных и разнородных соединениях ее со сталью 09Г2С. Снижение погонной энергии сварки в значительной мере предупреждает разупрочнение металла в зоне сплавления сварных соединений и снижает вероятность выделения в ней δ-феррита. Peculiarities of the reaction of austenitic steel 10Kh13G18D in the form of cold-rolled stock to the thermal-deformation cycle of arc welding are considered. The character of phase transformations in the zone of fusion of steel 10Kh13G18D in similar and dissimilar joints with steel 09G2S is shown. Decrease in welding heat input prevents to a considerable degree the weakening of metal within the fusion zone of welded joints and reduces the probability of precipitation of δ-ferrite in this zone. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д Peculiarities of formation of structure and properties of fusion zone of steel 10Kh13G10D Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д |
| spellingShingle |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д Гедрович, А.И. Ткаченко, А.Н. Ткаченко, С.А. Зельниченко, А.Т. Алексеенко, И.И. Бондаренко, В.Л. Научно-технический раздел |
| title_short |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д |
| title_full |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д |
| title_fullStr |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д |
| title_full_unstemmed |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д |
| title_sort |
особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10х13г18д |
| author |
Гедрович, А.И. Ткаченко, А.Н. Ткаченко, С.А. Зельниченко, А.Т. Алексеенко, И.И. Бондаренко, В.Л. |
| author_facet |
Гедрович, А.И. Ткаченко, А.Н. Ткаченко, С.А. Зельниченко, А.Т. Алексеенко, И.И. Бондаренко, В.Л. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Peculiarities of formation of structure and properties of fusion zone of steel 10Kh13G10D |
| description |
Рассмотрены особенности реакции аустенитной стали 10Х13Г18Д в виде холоднодеформированного проката на термодеформационный цикл дуговой сварки. Показан характер фазовых превращений в зоне сплавления стали 10Х13Г18Д в однородных и разнородных соединениях ее со сталью 09Г2С. Снижение погонной энергии сварки в значительной мере предупреждает разупрочнение металла в зоне сплавления сварных соединений и снижает вероятность выделения в ней δ-феррита.
Peculiarities of the reaction of austenitic steel 10Kh13G18D in the form of cold-rolled stock to the thermal-deformation cycle of arc welding are considered. The character of phase transformations in the zone of fusion of steel 10Kh13G18D in similar and dissimilar joints with steel 09G2S is shown. Decrease in welding heat input prevents to a considerable degree the weakening of metal within the fusion zone of welded joints and reduces the probability of precipitation of δ-ferrite in this zone.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99381 |
| citation_txt |
Особенности формирования структуры и свойств зоны сплавления стали 10Х13Г18Д / А.И. Гедрович, А.Н. Ткаченко, С.А. Ткаченко, А.Т. Зельниченко, И.И. Алексеенко, В.Л. Бондаренко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 23-27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gedrovičai osobennostiformirovaniâstrukturyisvoistvzonysplavleniâstali10h13g18d AT tkačenkoan osobennostiformirovaniâstrukturyisvoistvzonysplavleniâstali10h13g18d AT tkačenkosa osobennostiformirovaniâstrukturyisvoistvzonysplavleniâstali10h13g18d AT zelʹničenkoat osobennostiformirovaniâstrukturyisvoistvzonysplavleniâstali10h13g18d AT alekseenkoii osobennostiformirovaniâstrukturyisvoistvzonysplavleniâstali10h13g18d AT bondarenkovl osobennostiformirovaniâstrukturyisvoistvzonysplavleniâstali10h13g18d AT gedrovičai peculiaritiesofformationofstructureandpropertiesoffusionzoneofsteel10kh13g10d AT tkačenkoan peculiaritiesofformationofstructureandpropertiesoffusionzoneofsteel10kh13g10d AT tkačenkosa peculiaritiesofformationofstructureandpropertiesoffusionzoneofsteel10kh13g10d AT zelʹničenkoat peculiaritiesofformationofstructureandpropertiesoffusionzoneofsteel10kh13g10d AT alekseenkoii peculiaritiesofformationofstructureandpropertiesoffusionzoneofsteel10kh13g10d AT bondarenkovl peculiaritiesofformationofstructureandpropertiesoffusionzoneofsteel10kh13g10d |
| first_indexed |
2025-11-24T21:19:34Z |
| last_indexed |
2025-11-24T21:19:34Z |
| _version_ |
1850497844876673024 |
| fulltext |
УДК 621.791.052:669.017.3
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
ЗОНЫ СПЛАВЛЕНИЯ СТАЛИ 10Х13Г18Д
А. И. ГЕДРОВИЧ, д-р техн. наук (Восточноукр. гос. ун-т им. В. Даля),
А. Н. ТКАЧЕНКО, С. А. ТКАЧЕНКО, инженеры (ОАО «ХК «Лугансктепловоз»),
А. Т. ЗЕЛЬНИЧЕНКО, канд. физ.-мат. наук, И. И. АЛЕКСЕЕНКО, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
В. Л. БОНДАРЕНКО, инж. (ООО «Фрониус Украина», с. Княжичи, Киевская обл.)
Рассмотрены особенности реакции аустенитной стали 10Х13Г18Д в виде холоднокатаного проката на термодефор-
мационный цикл дуговой сварки. Показан характер фазовых превращений в зоне сплавления стали 10Х13Г18Д в
однородных и разнородных соединениях ее со сталью 09Г2С. Снижение погонной энергии сварки в значительной
мере предупреждает разупрочнение металла в зоне сплавления сварных соединений и снижает вероятность выделения
в ней δ-феррита.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, хромомарганцевая
сталь, сварные соединения, зона сплавления, фазовые прев-
ращения, δ-феррит, разупрочнение, погонная энергия сварки
Аустенитная хромомарганцевая сталь 10Х13Г18Д
(ДИ61) была разработана [1] с целью применения
в качестве коррозионностойкого материала при
изготовлении товаров народного потребления, ме-
дицинского оборудования, изделий пищевого ма-
шиностроения, теплообменной аппаратуры и дру-
гих изделий, находящихся в контакте со слабо-
агрессивными средами. В Украине имеется опыт
ее применения в виде тонколистового холодно-
катаного проката при обшивке вагонов дизель-
и электропоездов в ОАО «ХК «Лугансктепловоз»
[2]. В процессе ходовых испытаний вагонов, а
также эксплуатации их на железных дорогах в
условиях воздействия знакопеременных и дина-
мических нагрузок были выявлены случаи воз-
никновения и развития трещин в зоне сплавления
(ЗС) сварных соединений как стали 10Х13Г18Д,
так и ее соединений со сталью 09Г2С (со стороны
стали 10Х13Г18Д ). В результате в участки раз-
рушения проникает атмосферная влага, наблюда-
ется развитие местной коррозии и нарушение эс-
тетики металлоизделия.
Ранее отмечалось [3], что в ЗС сварных сое-
динений холоднодеформированных листов из ста-
ли 10Х13Г18Д, выполненных механизированной
сваркой в CO2 аустенитной проволокой Св-
08Х20Н9Г7, наблюдается образование α-мартен-
сита в количестве 1…2 об. %. Его появлению спо-
собствуют значительные остаточные напряжения
растяжения в зоне сварки, возникающие под воз-
действием сварочного термодеформационного
цикла [3]. По мере вылеживания сварных заго-
товок отмечалось снижение содержания α-мар-
тенсита в металле ЗТВ соединений в результате
релаксации в них напряжений и потери стабиль-
ности геометрических размеров. Следствием
структурных превращений при сварке являются
одновременно пониженные прочностные и плас-
тические свойства металла в ЗС. Так, угол загиба
сварных соединений не превышает 90…100°, а
место разрушения разрывных образцов приходит-
ся на ЗС. Повысить отмеченные свойства удается
лишь в условиях ускоренного охлаждения сое-
динений при сварке, достигаемого с помощью спе-
циальных охлаждающих реагентов и приспособ-
лений [3]. В этом случае обеспечивается снижение
доли α-мартенсита в металле ЗС до 0,5 % и по-
вышение пластичности соединений. К сожалению,
из отмеченного не ясно в результате чего наб-
людается одновременное снижение прочностных
и пластических свойств металла в ЗС соединений
под воздействием термического цикла сварки (по-
явление α-мартенсита в ЗС должно сопровождать-
ся повышением прочностных характеристик ме-
талла в этом участке).
Цель настоящей работы — углубление пред-
ставлений о причинах охрупчивания сварных со-
единений стали 10Х13Г18Д и на этой основе пред-
ложение путей оптимизации технологии сварки.
Вначале были проанализированы свойства и
особенности применения аустенитной стали
10Х13Г18Д. После оптимальной термической об-
работки (закалка с температурой нагрева
1000…1050 °С и охлаждением в воде) по техно-
логичности она не уступает хромоникелевым ста-
лям типа 18-10 [1]. Снижение температуры за-
калки (например, до 860 °С) увеличивает σв с 670
до 780 МПа, σ0,2 с 300 до 360 МПа, уменьшает
показатели пластичности и вязкости. Подобным
образом влияет и степень пластической дефор-
мации закаленной стали при холодной прокатке
© А. И. Гедрович, А. Н. Ткаченко, С. А. Ткаченко, А. Т. Зельниченко, И. И. Алексеенко, В. Л. Бондаренко, 2007
4/2007 23
на тонкий лист. Например, при степени обжатия
20 % σв достигает 910, σ0,2 — 790 МПа при δ =
= 30 %. Увеличение степени пластической дефор-
мации может быть причиной мартенситного прев-
ращения в стали и резкого снижения пластичес-
ких свойств.
Таким образом, использование высоких проч-
ностных свойств холоднодеформированных лис-
тов из стали 10Х13Г18Д априори является прив-
лекательным для конструкторов и проектировщи-
ков с точки зрения реализации снижения массы
сварных конструкций. Вместе с тем в таком ис-
ходном состоянии металла при дальнейшем тех-
нологическом переделе можно ожидать наруше-
ния стабильности твердого раствора аустенита, что,
в свою очередь, может влиять на физико-механи-
ческие свойства сварных соединений стали, их тех-
нологичность и эксплуатационные свойства.
С учетом изложенных выше предпосылок в ра-
боте исследовали однопроходные стыковые свар-
ные соединения нагартованной стали 10Х13Г18Д
толщиной 1,5 мм следующего химического состава,
мас. %: 0,11 C; 0,45 Si; 17,01 Mn; 13,22 Cr; 1,39 Ni;
0,022 S; 0,030 P; 0,80 Cu. Выполняли также одноп-
роходные нахлесточные соединения этой стали тол-
щиной 1,5 мм со сталью 09Г2С толщиной 2,5 мм.
Разновидности использованных технологий свар-
ки приведены в табл. 1. Значение погонной
энергии сварки определяли расчетным методом
[4], остаточные напряжения в сварных соедине-
ниях — с использованием электронной спекл-ин-
терферометрии [5].
Образцы поперечных сечений соединений
предварительно разрезали по центру шва для от-
деления участка соединения со стороны стали
09Г2С. Подготовленные микрошлифы подвергали
электролитическому травлению в растворе 5%-й
H2SO4. Металлографические исследования прово-
дили с использованием светового микроскопа
«Неофот-32» и микротвердометра ПМТ-3. Оценку
структурной неоднородности и фазового состава
соединений выполняли с помощью растрового
электронного микроскопа JSM-840 фирмы
«JEOL», оборудованного платой захвата изобра-
жений MicroCapture с последующей регистрацией
изображения на экране компьютера, и феррометра
«Ferritgehaltmesser 1.53» (диапазон измерений
0…1, 0…3 и 0…12 об. %).
Экспериментальные результаты. Результаты
испытаний образцов на растяжение приведены в
табл. 1. Наименьшее сопротивление разрушению
демонстрируют сварные однородные
(10Х13Г18Д+10Х13Г18Д) и разнородные
(10Х13Г18Д+09Г2С) соединения, выполненные
полуавтоматической сваркой в CO2. В обоих слу-
чаях разрушение локализуется в ЗС, причем во
втором — со стороны стали 10Х13Г18Д. Заметное
повышение прочностных свойств наблюдается
при выполнении технологического валика по ЗС
металла шва со сталью 10Х13Г18Д, а также при
использовании технологий сварки с низкой по-
гонной энергией (импульсная сварка и процесс
холодного переноса металла — СМТ). Отмечается
определенная корреляция между содержанием
Т а б л и ц а 1. Технологии и режимы сварки при выполнении экспериментальных однопроходных соединений
Номер
соединения
Свариваемая сталь
(стали)
Вид соединения, технология сварки (режимы сварки)
и погонная энергия
Среднее усилие
разрыва соедине-
ний, МПа
Место
разрушения
1 10Х13Г18Д+
+10Х13Г18Д
Стыковое, полуавтоматическая в CO2 проволокой
Св-08Х20Н9Г7 ∅1,2 мм (Iсв = 110…120 А; Uд = 20…21 В;
vсв = 16…18 м/ч); qсв = 3350 Дж/см
15293 ЗC
2 10Х13Г18Д+09Г2С Нахлесточное, полуавтоматическая в CO2 проволокой
Св-08Х20Н9Г7 ∅1,2 мм (Iсв = 110…120 А; Uд = 20…21 В;
vсв = 16…18 м/ч); qсв = 3350 Дж/см
17262 ЗС со стороны
10Х13Г18Д
3 10Х13Г18Д+09Г2С Нахлесточное, то же + технологический валик с неплавя-
щимся электродом в среде аргона по линии сплавления ме-
талла шва со сталью 10Х13Г18Д с лицевой стороны соедине-
ния (Icв = 60…65 А, Uд = 10…12 В, vсв = 17…18 м/ч)
18023 Основной ме-
талл 09Г2С
4 10Х13Г18Д+09Г2С Нахлесточное, автоматическая импульсная сварка в аргоне на
роботизированном комплексе TRS 5000 СМТ фирмы «Фро-
ниус» (Iсв = 178 А; Uд = 19,8 В; vсв = 90 м/ч; vп.э = 4 м/мин);
qсв = 1190 Дж/см
18000 ЗТВ со стороны
стали 09Г2С
5 10Х13Г18Д+09Г2С Нахлесточное, автоматическая «холодная» сварка (СМТ-про-
цесс [6]) в CO2 на роботизированном комплексе TRS 5000
СМТ (Iсв = 99 А; Uд = 24,6 В; vсв = 46,8 м/ч; vп.э = 4 м/мин);
qсв = 1320 Дж/см
1826 Металл шва
6 10Х13Г18Д+09Г2С Нахлесточное, полуавтоматическая «холодная» сварка (СМТ-
процесс [7]) в аргоне на полуавтомате TRS 2700 СМТ фирмы
«Фрониус» (Iсв = 106 А; Uд = 15,9 В; vп.э = 3,2 м/мин; vсв =
= 38,2 м/ч); qсв = 1105 Дж/см
1863 Основной ме-
талл 10Х13Г18Д
вдали от ЗТВ
24 4/2007
магнитной составляющей в ЗС соединений, уси-
лием разрыва образцов и погонной энергией свар-
ки. Минимальному усилию разрушения соедине-
ний № 1 и 2 табл. 1 соответствует большее со-
держание магнитной фазы в ЗС (4, 5 и 2,5 об. %)
и большее значение погонной энергии
(3350 Дж/см). В условиях импульсной сварки и
СМТ-процесса содержание магнитной фазы в ЗС
составляет соответственно 0,1…0,2 и 0,5…0,8
об. %. В самой стали 10Х13Г18Д вдали от зоны
сварки магнитная фаза отсутствует и лишь в ло-
кальных участках ее содержится до 0,01 об. %.
Металл шва при использовании проволоки Св-
08Х20Н9Г7 во всех вариантах технологий содер-
жит магнитную составляющую в виде δ-феррита
в количестве от 0,7…1,2 (соединение № 1) до
0,7…10,0 об. % (соединение № 3 табл. 1).
Из образцов, разрушенных по ЗС (соединение
№ 2 табл. 1), были изготовлены микрошлифы для
оценки как состава твердого раствора металла у
границы разрушения, так и его отдельных струк-
турных фаз с локальностью 1 мкм (рис. 1). Ре-
зультаты оценки распределения легирующих эле-
ментов в соединении, сведенные в табл. 2, сви-
детельствуют о том, что образец разрушается по
ЗС металла шва с прилегающим к нему высоко-
температурным участком ЗТВ стали 10Х13Г18Д.
В последнем под влиянием термоцикла сварки об-
наруживаются выделения второй фазы, обогащен-
ной хромом, что позволяет ее идентифицировать
как высокотемпературный δ-феррит. Как уже от-
мечалось выше, интенсивность выделения второй
фазы в ЗС коррелирует с погонной энергией свар-
ки (рис. 2). Наблюдаемые в локальных участках
стали 10Х13Г18Д (обычно
вдоль строчек проката) выде-
ления (рис. 3) также являются
δ-ферритом и свидетельствуют
об определенной металлурги-
ческой предыстории металла.
Выполнение технологичес-
кого валика (соединение № 3
табл. 1) неплавящимся элект-
родом в аргоне по линии сплав-
Рис. 1. Микроструктура металла стыкового соединения стали 10Х13Г18Д после испытаний на растяжение со стороны металла
шва (а), 400 и со стороны стали (б), 1500: 1–3 — участки фазового анализа
Т а б л и ц а 2. Содержание легирующих элементов (мас. %) в структурных сост-
авляющих металла ЗС соединений 10Х13Г18Д+09Г2С со стороны аустенитной
стали
Объект анализа Cr Ni Mn Cu
Твердый раствор аустенитной матрицы:
участок 1, рис. 1, а 12,26 5,92 4,26 0,323
участок 2, рис. 1, б 13,35 1,16 16,19 0,755
Фазовое выделение (участок 3, рис. 1, б) 23,08 1,06 13,10 0,580
Рис. 2. Микроструктура металла в ЗС стали 10Х13Г18Д соединений 10Х13Г18Д+09Г2С с различной интенсивностью выде-
лений δ-феррита: а — механизированная сварка в CO2, 1000; б — СМТ-процесс, 500
4/2007 25
ления металла шва со сталью 10Х13Г18Д вносит
определенные коррективы в формирование струк-
турной неоднородности (рис. 4). Судя по трави-
мости металла ЗС на микрошлифе, высокотемпе-
ратурный δ-феррит возникает в ЗС как основного
шва, так и технологического. Ширина зоны вы-
делений составляет 0,1…0,25 мм.
Появление δ-феррита обусловлено структур-
ной нестабильностью твердого раствора аустенита
в стали 10Х13Г18Д при нагреве (даже кратков-
ременном) выше температуры 1200…1250 °С. В
то же время из рис. 4 видно, что там, где тех-
нологический шов (состав которого соответствует
стали 10Х13Г18Д, литое состояние) пересекает ос-
новной (выполнен с использованием проволоки
Св-08Х20Н9Г7), ЗС не наблюдается. Обнаружен-
ные особенности свиде-
тельствуют о том, что
под влиянием термоде-
формационного цикла
сварки при выполнении
технологического вали-
ка в литом хромоникель-
марганцевом аустенито-
ферритном шве измене-
ний в фазовом составе не
происходит, в отличие от превращений γ→γ + δ
в металле ЗС со сталью 10Х13Г18Д. Распреде-
ление микротвердости в металле поперек участков
фазовой нестабильности (участки 1-1, 2-2 и 3-3
на рис. 4) приведены в табл. 3. При уменьшении
нагрузки до 25 г HV 0,2 на участке скопления вы-
делений δ-феррита составляет 203…258, а в мат-
рице (твердом растворе аустенита) — 172…190.
Характерно, что при выполнении технологи-
ческого валика обеспечивается снижение остаточ-
ных напряжений в сварных соединениях
10Х13Г18Д+09Г2С вблизи зоны сварки (рис. 5).
Обсуждение экспериментальных данных.
Между охрупчиванием сварных соединений стали
10Х13Г18Д при эксплуатации и потерей прочнос-
тных свойств соединений при неблагоприятных
условиях сварки может быть установлена, на наш
взгляд, причинно-следственная связь. Металл хо-
лоднокатаного проката стали 10Х13Г18Д в зави-
симости от исходного химического состава, ре-
жима аустенитизации, степени деформирования
при прокатке, т. е. своей металлургической пре-
дыстории, приобретает различную степень метас-
табильности. Она проявляется как в формиро-
вании строчечных выделений δ-феррита в аусте-
нитной матрице основного металла, так и в раз-
бросе прочностных и пластических свойств про-
ката, поступающего на ОАО «ХК «Лугансктеп-
ловоз». Так, согласно сертификатам на поставля-
емый лист σв в них колеблется в диапазоне
670…850, σ0,2 — 390…430 МПа, а относительное
Рис. 3. Микроструктура металла разрывного образца соеди-
нения 10Х13Г18Д+09Г2С со строчечными выделениями δ-
феррита, 300
Рис. 4. Макроструктура фрагмента сварного соединения 10Х13Г18Д+09Г2С с основным швом и технологическим валиком
(а), 60 и микроструктура металла ЗС технологического валика со сталью 10Х13Г18Д (б), 500: 1-1, 2-2, 3-3 — участки
замера микротвердости
Т а б л и ц а 3. Распределение микротвердости (HV 0,5) поперек участков фазовой неста-
бильности
Участок замера
микротвер-
дости (рис. 4)
Шов
ЗС Основной ме-
талл
Строчечное вы-
делениеосновной технологичес-
кий
1-1 — 232...260 216...241 232...241 —
2-2 229...280 — 232...274 221...244 —
3-3 — — — 232...234 171...183
26 4/2007
удлинение δ5 — 54…64 %. В условиях дуговой
сварки даже при кратковременном нагреве стали
выше температуры 1200…1250 °С активно про-
текает фазовое превращение γ→γ + δ за счет диф-
фузионного характера перераспределения хими-
ческих элементов и прежде всего хрома. В ре-
зультате наблюдается стабильное существование
второй фазы (δ-феррита). Появление δ-феррита в
аустенитной основе, особенно в количестве 2…8
об. %, обычно не сказывается на физико-меха-
нических свойствах металла. Более того, наличие
δ-феррита в аустенитной структуре металла шва
резко подавляет возможность появления в нем го-
рячих трещин [8], что собственно и достигается
использованием проволоки Св-08Х20Н9Г7 при
сварке стали 10Х13Г18Д и ее соединений со
сталью 09Г2С. Однако появление δ-феррита в ме-
талле ЗС соединений стали 10Х13Г18Д имеет оп-
ределенную специфику. Так как прочностные
свойства стали 10Х13Г18Д в литом состоянии (ме-
талл технологического шва) и металла шва, по-
лученного с использованием проволоки Св-
08Х20Н9Г7, ниже, чем у деформированного про-
ката стали 10Х13Г18Д, то появление δ-феррита
в металле ЗС говорит о процессе разупрочнения
металла проката и релаксации в нем напряжений.
Снижение удельного тепловложения при свар-
ке, либо использование других (например, тех-
нологических) приемов сокращения времени
пребывания металла в перегретом состоянии бу-
дет способствовать сохранению фазовой стабиль-
ности основного металла в ЗС со швом и
соответственно сохранению более высоких проч-
ностных свойств. Это относится также и к плас-
тическим свойствам металла ЗС соединений. Нап-
ротив, появление δ-феррита и связанное с ним
перераспределение хрома в структуре металла ЗС
может сопровождаться появлением микрохими-
ческой неоднородности (обеднение хромом приг-
раничных участков зерен аустенита, прилегающих
к зернам δ-феррита). Последнее может провоци-
ровать нарушение стабильности аустенита в этих
участках зерен и приводить к появлению вторич-
ного мартенсита, способного снизить пластичес-
кие свойства металла в этой зоне.
Выводы
1. Установлено, что холоднокатаный прокат в ви-
де листа из стали 10Х13Г18Д характеризуется ме-
тастабильным состоянием.
2. Под влиянием высокотемпературного (выше
1200…1250 °С) нагрева в ЗС стали 10Х13Г18Д
наблюдается выделение δ-феррита, сопровожда-
емое разупрочнением металла в этой зоне.
3. Ограничение удельного тепловложения при
сварке и сокращение времени перегрева стали по-
вышает физико-механические свойства сварных
соединений.
4. Выдвинуты предположения о причинно-
следственной связи между свойствами ЗС соеди-
нений после сварки и эксплуатационными свойст-
вами сварных конструкций.
1. Ульянин Е. А. Коррозионностойкие стали и сплавы. —
М.: Металлургия, 1991. — 256 с.
2. Ткаченко А. Н., Гедрович А. И., Гальцов И. А. Примене-
ние метастабильной коррозионностойкой стали
10Х13Г18Д в качестве обшивки вагонов электро- и ди-
зельпоездов // Материалы междунар. конф. «Сварка и
родственные технологии 2002». — Киев: НТК ИЭС им.
Е. О. Патона, 22–26 апр. 2002. — С. 56–57.
3. Гальцов И. А. Повышение качества металлоконструкций
из аустенитной метастабильной стали 10Х13Г18Д путем
сварки с принудительным охлаждением: Автореф. дис.
… канд. техн. наук. — Мариуполь, 2005. — 20 с.
4. Справочник сварщика / Ю. А. Денисов, Г. Н. Коченева,
Ю. А. Маслов и др.; Под ред. В. В. Степанова. — 4-е
изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1982. —
560 с.
5. Оперативное определение остаточных напряжений с ис-
пользованием электронной спекл-интерферометрии /
Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, В. В. Савицкий и др. // В
мире неразрушающего контроля. — 2005. — № 1. —
С. 10–13.
6. Дуговая сварка с импульсной подачей электродной про-
волоки — процесс СМТ, предложенный фирмой «Фро-
ниус» // Автомат. сварка. — 2004. — № 12. — С. 55–58.
7. Экономичность прежде всего // Weld+Vision. — 2006. —
С. 16–17.
8. Медовар Б. И. Сварка аустенитных сталей и сплавов. —
Киев: Техніка, 1966.
Peculiarities of the reaction of austenitic steel 10Kh13G18D in the form of cold-rolled stock to the thermal-deformation
cycle of arc welding are considered. The character of phase transformations in the zone of fusion of steel 10Kh13G18D
in similar and dissimilar joints with steel 09G2S is shown. Decrease in welding heat input prevents to a considerable
degree the weakening of metal within the fusion zone of welded joints and reduces the probability of precipitation of
δ-ferrite in this zone.
Поступила в редакцию 18.01.2007
Рис. 5. Продольные напряжения в поперечном направлении
нахлесточных сварных соединений 10Х13Г18Д+09Г2С после
сварки (1) и после выполнения технологического валика (2)
4/2007 27
|