Формирование дисперсного игольчатого феррита в структуре хладостойких сварных швов в условиях температур до –70°С при ручной дуговой сварке на монтаже металлоконструкций из стали 10ХСНД. Часть 1

Представлен анализ металлургических приемов, обеспечивающих улучшение качества электродов для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых низколегированных хладостойких сталей. Показано, что повысить технологические и эксплуатационные свойства сварных соединений при сверхнизких климатических температурах до –70°C до уровня мировых аналогов можно путем осуществления микролегирования металла шва азотом, титаном, оксидом церия и наночастицами алмаза детонационного происхождения. Выявлен состав вводимой в покрытие электрода модифицирующей смеси. Установлено совокупное влияние входящих в нее компонентов на ударную вязкость металла сварного шва на стали 10ХСНД при испытаниях в диапазоне температур от –20 до –70°С. Структура металла шва состоит преимущественно из дисперсного игольчатого феррита, упрочненного наночастицами предположительно нитридов и карбонитридов титана и алюминия. Показано, что центрами кристаллизации для игольчатого феррита служат микроразмерные неметаллические включения, сформировавшиеся на ультрадисперсных нитридах титана. Выявлено, что ударная вязкость металла сварного шва при отрицательных климатических температурах превышает ее значения для швов, сваренных с использованием массово импортируемых электродов LB-52U японской фирмы KOBELCO. Результаты выполненного исследования дают возможность повысить хладостойкость сварных конструкций нефтехимического и специального назначений, базирующихся в районах Крайнего Севера РФ.

покрытый электрод, модифицирующая смесь, сварные швы, микролегирование, игольчатый феррит, ударная вязкость, хладостойкость

1. Горынин И. В., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Рыбин В. В. Хладостойкие стали для технических средств освоения арктического шельфа // Вопросы материаловедения. – 2009. – No 3 (59). – С. 108–126.

2. Сидлин З. А. О конкурентоспособности российских сварочных электродов // Сварочное производство. – 2016. – No 8. – С. 32–38.

3. Грабин В.Ф. Металловедение сварки плавлением. – Киев: Наук. думка, 1982. – 416 с.

4. Походня И. К., Макаренко В. Д., Корсун А. О., Миличенко С. С. Влияние никеля на структуру и механические свойства шва, выполненного электродами с основным покрытием // Автоматическая сварка. – 1986. – No 2. – С. 1–5.

5. Ефименко Н. Г. Применение редкоземельных металлов в покрытиях сварочных электродов // Сварочное производство. – 1980. – No 7. – С. 28–30.

6. Мельников В. П., Михайлов-Смольняков М. С., Мотовилина Г. Д., Хлусова Е. И. Влияние редкоземельных металлов на формирование структуры и свойств низколегированного металла шва // Вопросы материаловедения. – 2011. – No 1 (65). – С. 150–161.

7. Кащенко Д. А., Брусницын Ю. Д., Баранов А. В., Руссо В. А., Карпов И. Г. Разработка электродов для сварки магистральных трубопроводов и морской техники из высокопрочных низколегированных хладостойких сталей // Сварочное производство. – 2017. – No 2. – С. 21–29.

8. Pu J., Yu S., Li Y. Role of inclusions in flux aided backing submerged arc welding // Journal of Material Processing Technology. – 2017. – V. 240. – P. 145–153. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec. 2016.09.016

9. Мороз А.С., Ковалев М.А. Об эффекте металлургического воздействия композиционной сварочной проволоки с частицами LaF3 – LaBe на свойства и микроструктуру сварных соединений из высокопрочной стали // Сварка и диагностика. – 2016. – No 4. – С. 17–20.

10. Srinivasan G., Bhaduri A. K., Albert S. K. Addition of cerium oxide in the flux formulations of a basic-coated stainless steel electrode // Welding in the World. – 2013. – V. 57, Is. 1. – P. 55–63. https://doi.org/10.1007/s40194-012-0002-6

11. Гольдштейн М. И., Фарбер В. М. Дисперсионное упрочнение сталей нитридами. – М.: Металлургия, 1979. – 208 с.

12. Bramfitt B. L. The effect of carbide and nitride addition on the heterogeneous nucleation behavior of liquid iron // Metallurgical Transactions. – 1970. – V. 1. – P. 1987–1995. https://doi.org/10.1007/BF02642799

13. Рабинович А. В., Трегубенко Г. Н. Бубликов Ю. А. Разработка и производство конструкционных сталей с карбонитридным упрочнением на основе комплексного микролегирования N– Ti–Al // Металлофизика. Новейшие технологии. – 2012. – Т. 34, No 10. – С. 1385–1395.

14. Ilman M. N., Cochrane R. S., Evans G. M. The development of acicular ferrite in reheated Ni–B–Al–N-type steel weld metals containing various levels of aluminum and nitrogen // Welding in the World. – 2015. – V. 59, Is. 4. – P. 565–575. https://doi.org/10.1007/s40194-015-0231-6

15. Соколов Г. Н., Лысак В. И., Зорин И. В., Артемьев А. А., Дубцов Ю. Н., Харламов В. О., Антонов А. А. Феноменологическая модель формирования центров кристаллизации в металлическом расплаве при сварке под влиянием ультрадисперсных тугоплавких компонентов // Вопросы материаловедения. – 2015. – No 4 (84) – С. 159–168.

16. Соколов Г. Н., Трошков А. С., Лысак В. И., Самохин А. В., Благовещенский Ю. В., Алексеев Н. В., Цветков Ю. В. Влияние нанодисперсных карбидов WC и никеля на структуру и свойства наплавленного металла // Сварка и Диагностика. – 2011. – No 3. – С. 36–38.

17. Соколов Г. Н., Лысак В. И, Зорин И. В., Артемьев А. А., Дубцов Ю. Н., Трошков А. С. Влияние ультрадисперсных компонентов на свойства металла сварных соединений металлоконструкций для работы в условиях отрицательных температур // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2015. – No 4. – С. 45–48.

18. Fattahi M., Nabhani N., Hosseini M., Arabian N., Rahimi E. Effect of Ti-based inclusions on the nucleation of acicular ferrite and mechanical properties of multipass weld et. al. // Micron. – 2013. – V. 45. – P. 107–114. https://doi.org/10.1016/j.micron.2012.11.004.

19. Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение // Успехи химии. – 2001. – Т. 70, No 7. – С. 3 –11.

20. Верещагин А.А., Юрьев Г. С. Структура детонационных алмазов // Неорганические материалы. – 2003. – Т. 39, No 3. – С. 1–7.

21. Тырышкина Л. Е., Чиганова Г. А., Абкарян А. К. Влияние наноалмазов на микроструктуру никелевых покрытий // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2014. – No 2. – С. 54–58.