Физико-химические основы управления природой δ-феррита при сварке аустенитно-ферритными материалами

На примере металла шва, полученного с применением сварочных материалов на основе стали 10Х19Н11М4Ф, используемых в настоящее время для сварки высокопрочных низколегированных сталей, показано влияние ее химического состава на поведение δ-феррита во всем температурном интервале его существования. На основе этих исследований показаны перспективы использования стали 10Х19Н11М4Ф для сварки высокоазотистых коррозионно-стойких сталей с сохранением их немагнитности, в том числе в области сварного соединения. С помощью термодинамического моделирования найдены критические параметры, определяющие поведение δ-феррита при кристаллизации и последующем охлаждении твердой стали. Показано, что наиболее важными среди них являются: глубина δ-ферритного превращения и максимальная равновесная температура аустенитизации, которые были использованы для интерпретации экспериментальных данных, полученных при горячем физическом моделировании сварки. Найдены и изображены на фрагменте усовершенствованной диаграммы Шеффлера–Шпайделя области перспективных составов металла шва при сварке низколегированных высокопрочных и высокоазотистых коррозионно-стойких сталей без горячих трещин и обеспечением, при необходимости, немагнитности шва.

1. Костина М. В., Мурадян С. О., Калинин Г. Ю., Фомина О. В., Блинова Е. Н., Костина В. C. Структура и свойства толстолистовых сварных соединений новой аустенитной азотистой стали для работы в условиях высоких статических и знакопеременных нагрузок, коррозионной среды // Вопросы материаловедения. – 2015. – №1(81). – С. 95–108.

2. Lippold J. C. Recent developments in weldability testing for advanced materials // Joining of advanced and speciality materials VII (05116G). – The Ohio state university, Columbus, OH, USA., 2005. – P. 1.

3. Ланин А. А., Ананьева М. А., Галяткин С. Н., Зеленин Ю. В. Природа и методы определения стойкости против хрупких разрушений сварных соединений// Вопросы материаловедения. – 2007. – №3 (51). – С. 320–326.

4. Kujanpaa V. P., David S. A., White C. L. Formation of hot cracks in austenitic stainless steel welds – solidification cracking // Welding research supplement. – 1986. – 204-s, August. – P. 203–212.

5. Brooks J. A., Thompson A. W., Williams J. C. A fundamental study of the beneficial effects of δ-ferrite in reducing weld cracking // Welding Journal. – 1984. – N 63. – P. 71–83.

6. Brooks J. A. Weldability of high N, high-Mn austenitic stainless steel // Welding Journal. – 1975. – N 54. – P. 189–195.

7. Brooks J. A., Thompson A. W. Microstructural development and solidification cracking susceptibility of austenitic stainless steel welds // Journal International Materials Reviews. – 1991. – V. 36. – P. 16–44.

8. Priceputu I. L., Moisa B., Chiran A., Nicolescu G., Bacinschi Z. Delta ferrite influence in AISI 321 stainless steel welded tubes // The Scientific Bulletin of Valahia University: Materials and Mechanics. – 2011. – N 6 (year 9). – P. 87–96.

9. Schaffler A. I. Constitution diagram for stainless steel weld metal // Metal Progress. – 1949. – N 56. – P. 680–680B.

10. De Long W. T., Ostorm G. A., Szumachowski E. R., Measurement and calculation of ferrite in stainless steel weld metal // Welding Journal. – 1956. – N 35 (11). – P. 521–528.

11. Speidel M. High Nitrogen Steels // Proceedings ofthe 10th International Conference on High Nitrogen Steels. – 2009. – P. 121.

12. Казаков А. А., Шахматов А. В., Колпишон Э. Ю. Литая структура и наследственность высокохромистой стали с азотом // Тяжелое машиностроение. – 2015. – №1–2. – C. 19–24.

13. Казаков А. А., Орыщенко А. С., Фомина О. В., Житенев А. И., Вихарева Т. В. Управление природой δ-феррита в азотсодержащих хромоникельмарганцевых сталях // Вопросы материаловедения. – 2017. – №1(89). – P. 7–12.

14. Vitek J. M., David S. A. The Sigma Phase Transformation in Austenitic Stainless Steels // Welding research. Supplement to the Welding Journal. – 1986, April. – P. 106–112.

15. Hsieh C., Wu W. Overview of Intermetallic Sigma (σ) Phase Precipitation in Stainless Steels // International Scholarly Research Network ISRN Metallurgy Volume 2012, pp.1–15

16. Padilha A., Tavaresb C., Martorano M. Delta Ferrite Formation in Austenitic Stainless Steel Castings // Materials Science Forum. – 2013. – V. 730–732. – P. 733–738. Doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.730–732.733

17. Липпольд Д., Котеки Д. Металлургия сварки и свариваемость нержавеющих сталей. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 467 с.

18. Fukumoto S., Iwasaki Y., Motomura H., Fukuda Y. Dissolution behavior of ferrite in continuously cast slabs of SUS304 during Heat Treatment // ISIJ International. – 2012. – V. 52, N 1. – P. 74–79.

19. Inoue H., Koseki T. Clarification of Solidification Behaviors in Austenitic Stainless Steels Based on Welding Process // Nippon Steel TechnicalReport. – 2007. – N 95, January. – P. 62–70.

20. Shakhmatov A. V., Badrak R. P., Kolesov S. S. Influence of structure on the corrosion properties of high manganesehigh nitrogen stainless steel // Proceedings of the European corrosion congress “Eurocorr 2015”, Graz, Austria, 2015. – P. 1–10.