Обеспечение качества и свойств сварных соединений высокопрочных сталей целенаправленным формированием бейнитных структур зернистой морфологии

Сейдуров, Михаил Николаевич

Технология и машины сварочного производства

автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Обеспечение качества и свойств сварных соединений высокопрочных сталей целенаправленным формированием бейнитных структур зернистой морфологии

кандидата технических наук: Сейдуров, Михаил Николаевич
город: Барнаул
год: 2009
специальность ВАК РФ: 05.03.06

Диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении на тему «Обеспечение качества и свойств сварных соединений высокопрочных сталей целенаправленным формированием бейнитных структур зернистой морфологии»

Автореферат диссертации по теме "Обеспечение качества и свойств сварных соединений высокопрочных сталей целенаправленным формированием бейнитных структур зернистой морфологии"

На правах рукописи

Сейдуров Михаил Николаевич

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА И СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ БЕЙНИТНЫХ СТРУКТУР ЗЕРНИСТОЙ МОРФОЛОГИИ

Специальность 05.03.06 «Технологии и машины сварочного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 2009

003482234

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова» на кафедре «Малый бизнес в сварочном производстве».

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Чепрасов Дмитрий Петрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Околович Геннадий Андреевич

кандидат технических наук, доцент Советченко Борис Федорович

Ведущее предприятие - ОАО «Алтайский научно-исследовательский институт технологии машиностроения»

с-*-'

Защита состоится 27 ноября 2009 г. в ^/¿р на заседании диссертационного совета Д 212.004.01 при ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ) по адресу: 656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова».

Автореферат разослан октября 2009 г.

Ваш отзыв на автореферат (в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью) просим направлять в адрес Университета на имя ученого секретаря совета, тел/факс: 8-(3852)-36-82-64 или по электронной почте: аг gac@mail.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета

-----------

кандидат технических наук, доцент ^_ Ю.О. Шевцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Прогресс при производстве технических устройств для опасных производственных объектов и особенно, таких как нефтегазодобывающее, котельное, газовое, подъемно-транспортное оборудование, при изготовлении которых применяются сварочные технологии, напрямую связан с широким внедрением высокопрочных материалов, сочетающих в себе высокие технико-эксплуатационные свойства, удовлетворительную свариваемость и сравнительно низкую стоимость. В связи с этим в последнее время в России и за рубежом возрос интерес к изготовлению сварных конструкций из высокопрочных низколегированных сталей бейнитного класса. С одной стороны, он продиктован необходимостью снижения металлоемкости, с другой - возможностью формирования в сварном соединении промежуточных структур зернистой морфологии (мезоферрита и зернистого бейнита), которые по сравнению с другими неравновесными структурами (мартенситом, верхним и нижним бейнитом) обеспечивают высокий комплекс механических свойств.

Промежуточные структуры зернистой морфологии являются продуктами распада аустенита в верхнем интервале температур бейнитной области при его непрерывном охлаждении после нагрева стали на 30-50 °С выше критической точки Асз- Однако эти данные были получены без учета высокотемпературных термодеформационных циклов сварки (ТДЦС), которые имеют место в околошовной зоне (ОШЗ) сварного соединения и, несомненно, будут оказывать влияние на кинетику и механизм распада аустенита в промежуточной области.

Учитывая изложенное, представляется необходимым и целесообразным комплексное изучение строения и особенностей формирования бейнит-ных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений из высокопрочных низколегированных сталей, что позволит управлять их структурой и свойствами, обеспечивая требуемое качество при производстве сварных конструкций ответственного назначения.

Актуальность настоящей работы подтверждается ее выполнением в рамках гранта по Программе «У.М.Н.И.К. 08-13» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, выделенного на инновационный проект: «Разработка способа получения на-ноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы в процессе термодеформационного воздействия на металл». Кроме того, комплексные исследования проводились в соответствии с программами хоздоговорных тем с промышленными предприятиями и фирмами Алтайского края (темы № 17-03, 29-07,4-08; 2006...2009 гг.).

Цель работы. Повышение стойкости сварных соединений из высокопрочных сталей бейнитного класса к образованию холодных трещин и комплекса физико-механических свойств за счет целенаправленного формирования в околошовной зоне микро- и нанокристаллических бейнитных структур зернистой морфологии.

Для достижения указанной цели в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику исследования и установить кинетику, строение и условия формирования промежуточных микро- и нанокристаллических структур зернистой морфологии в околошовной зоне под действием термодеформационных циклов сварки;

2. Построить математическую модель и провести оптимизацию основных технологических факторов воздействия термодеформационных циклов сварки на формирование в околошовной зоне микро- и нанокристаллических структур зернистой морфологии;

3. Изучить фазовый состав, общую и тонкую нанокристаллическую структуру, морфологические особенности строения мезоферрита и зернистого бейнита в околошовной зоне, сформировавшихся под действием термодеформационных циклов сварки;

4. Разработать и освоить опытно-промышленную технологию автоматической сварки под флюсом высокопрочных сталей бейнитного класса, обеспечивающую получение в околошовной зоне промежуточной структуры зернистой морфологии, стойкой к образованию холодных трещин и с требуемыми физико-механическими свойствами.

Научная новизна. Установлены условия обеспечения качества и физико-механических свойств сварных соединений из высокопрочных сталей бейнитного класса посредством получения в околошовной зоне микро- и нанокристаллической структуры зернистой морфологии под действием термодеформационных циклов сварки.

1. Показано, что при дуговой сварке плавлением высокопрочных сталей бейнитного класса в околошовной зоне формируется своеобразная промежуточная микро- и нанокристаллическая структура, представляющая собой многофазную композицию с характерным зернистым строением, состоящую из фрагментированной мезоферритной, дислокационной бейнит-ной а-фазы, остаточного аустенита и глобулярных ультрадисперсных частиц спецкарбида типа Ме2зС6.

2. Выявлено, что при дуговой сварке плавлением условия образования промежуточной структуры зернистой морфологии и ее фазовый состав определяются температурой и временем аустенизации, характером развития упругопластической деформации. При этом термические и термодеформационные циклы сварки по-разному влияют на кинетику и продукты распада аустенита в околошовной зоне. Повышение температуры и времени аустенизации металла околошовной зоны приводит к сужению, вплоть до полного вытеснения, скоростного диапазона распада аустенита на промежуточные микро- и нанокристаллические (мезоферрит и зернистый бейнит) структуры зернистой морфологии и к формированию перисто-игольчатого бейнита и мартенсита. Термодеформационные циклы сварки, наоборот, расширяют скоростной диапазон распада аустенита на промежуточные структуры зер-

нистой морфологии. Наибольшее расширение происходит в сторону высоких скоростей охлаждения.

3. Обнаружено, что строение участка перегрева околошовной зоны определяется размером зерна и гомогенностью аустенита, зависящих от параметров режима сварки и погонной энергии. При размере зерна не более № 6 - 5 образуется мезоферрит и зернистый бейнит, при более крупном зерне - игольчатые бейнито-мартенситные структуры.

4. Установлено, что формирование в околошовной зоне промежуточных структур зернистой морфологии обеспечивает устойчивое сопротивление образованию холодных трещин, в то время как наличие игольчатых бейнито-мартенситных структур неизменно приводит к их появлению. Ведущую роль в предотвращении очагов замедленного разрушения играют глобулярные спецкарбиды диаметром около 10-20 нм.

Практическая значимость. На основании установленных закономерностей распада аустенита в околошовной зоне под действием термодеформационных циклов сварки на промежуточные структуры зернистой морфологии с наноразмерными глобулярными спецкарбидами:

1. Сформулированы основные принципы управления структурообразо-ванием, которые могут быть использованы при проектировании технологических процессов дуговой сварки плавлением высокопрочных сталей бей-нитного класса, обеспечивающих получение в околошовной зоне промежуточной микро- и нанокристаллической структуры зернистой морфологии, стойкой к образованию холодных трещин и с требуемым нормативно-технической документацией комплексом физико-механических свойств;

2. Разработаны рекомендации по определению условий образования наноразмерных глобулярных спецкарбидов в околошовной зоне сварных соединений;

3. Разработана программа для ЭВМ «Среда моделирования автоматической сварки (А\¥8)» - свидетельство о регистрации № 2007612876, предназначенная для расчета режимов сварки и прогнозирования механических свойств сварных соединений, выполненных автоматической сваркой под флюсом с заданным тепловложением;

4. Получены два патента РФ на изобретения №№ 2318879 и 2348701, позволяющие сформировать промежуточную структуру зернистой морфологии, обеспечивающую высокий комплекс физико-механических свойств металла околошовной зоны сварных соединений;

5. Разработана методика исследований и экспериментальная установка для физического моделирования термодеформационных циклов сварки, усовершенствованы методика и комплекс сбора и обработки данных для получения и регистрации экспериментальной информации;

6. Установлены рациональные режимы дуговой сварки под флюсом металла толщиной до 12 мм из высокопрочных сталей класса прочности 390 -440 в диапазоне значений погонной энергии qп от 20500 до 27500 Дж/см, при которых создаются условия получения в околошовной зоне бейнитных

структур зернистой морфологии с высоким комплексом механических свойств.

Реализация результатов работы. В результате проведенных исследований была разработана и опробована в ОАО «Алтайгеомаш» технология дуговой сварки под флюсом стыковых соединений верхних силовых балок портала рамы самоходной буровой установки УКБ-5СА из профильного проката сталей марок 24Х2НАч и 28Х2НАч с толщиной стенок 4-9 мм. Разработанная технология позволила получать промежуточные структуры зернистой морфологии в ОШЗ сварного соединения.

Подобраны режимы однопроходной автоматической сварки под слоем флюса на погонных энергиях, способствующих формированию структуры мезоферрита и зернистого бейнита как на участке перегрева, так и на участке полной перекристаллизации, стойкой к возникновению холодных трещин при охлаждении на спокойном воздухе при окружающей температуре до -10 °С. Требуемая нормативными документами ударная вязкость ОШЗ при температуре -60 °С в пределах 30 Дж/см2, обеспечивается непосредственно после окончания сварки без применения местной термической обработки.

Достоверность результатов. Использовались современные методы изучения кинетики, фазового состава, структуры и свойств металла ОШЗ, такие как световая микроскопия (ЫЕОРНОТ-32), рентгеноструктурный анализ (ДРОН-2,0 и ДРОН-5,0), просвечивающая электронная микроскопия методом реплик (УЭМВ-ЮОК) и тонких фольг (ЭМ-125 и ЭМ-125К), а также специальные методы контроля физико-механических свойств сварных соединений. Был проведен полный комплекс исследований, включая математическое планирование экспериментов, физическое и компьютерное моделирование, сварку контрольных стыков и промышленную апробацию.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований тонкой структуры и фазового состава продуктов промежуточного превращения в высокотемпературных участках ЗТВ сварных соединений высокопрочных сталей бейнитного класса;

2. Особенности формирования промежуточных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений;

3. Условия образования наноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы в ОШЗ сварных соединений и ее роль в предотвращении образования очагов замедленного разрушения;

4. Результаты испытаний механических свойств сварных соединений с промежуточной структурой зернистой морфологии в ОШЗ с оценкой склонности к образованию холодных трещин;

5. Технологические основы сварки под флюсом конструкций ответственного назначения из высокопрочных сталей бейнитного класса.

«Современные технологические системы в машиностроении» (г. Барнаул, 2006), «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 2007; г. Омск, 2008), «Высокотемпературный синтез новых перспективных наноматериалов» (г. Барнаул, 2008), «Виртуальные и интеллектуальные системы» (г. Барнаул, 2008), «Сварка и родственные технологии в третье тысячелетие» (г. Киев, 2008); Всероссийских конференциях «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2005; 2006; 2009), «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2006; 2008), «Проблемы социального и научно-технического развития в современном мире» (г. Рубцовск, 2009); научно-практической конференции «Барнаул на рубеже веков: итоги, проблемы, перспективы» (г. Барнаул, 2005); Всероссийском молодежном образовательном форуме «Селигер» (оз. Селигер, Тверская область, 2009); Международном молодежном инновационном форуме «Интерра» (г. Новосибирск, 2009).

С инновационным проектом: «Разработка способа получения наност-руктурной карбидной составляющей глобулярной формы в процессе термодеформационного воздействия на металл», вошедшим в 100 лучших на «Зворыкинском проекте», в 20 лучших на «Селигере-2009», в 12 лучших в области «Индустрия наносистем и новые материалы» (отобранных корпорацией «Росснано») можно ознакомиться на сайте http://zv.innovaterussia.ru.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, из них: 3 статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 2 патента РФ на изобретение; 1 свидетельство РФ об официальной регистрации программного продукта; 12 статей в журналах и сборниках научных трудов; 13 тезисов докладов в материалах научных конференций; 2 отчета о выполнении НИОКР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 125 наименований, приложения, в котором представлен акт промышленного внедрения работы.

Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста с 70 рисунками и 24 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен аналитический обзор отечественных и зарубежных публикаций по заявленной проблематике. Показано, что наиболее перспективными сталями для изготовления сварных конструкций ответственного назначения являются высокопрочные стали бейнитного класса, способные к формированию в сварном соединении промежуточных структур зернистой морфологии - мезоферрита и зернистого бейнита, а необходимым условием для их образования является наличие в сталях высоких температур бейнитного превращения.

Отмечено, что на свойства сварных соединений высокопрочных сталей решающее влияние оказывает структура ОШЗ и условия ее формирования под действием ТДЦС. Однако нет сведений о получении при сварке в высокотемпературных участках ЗТВ мезоферрита и зернистого бейнита, доста-

точных для объяснения условий и особенностей их формирования. Сведения о тонкой структуре и фазовом составе промежуточных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварного соединения отсутствуют, равно как и сведения о механических свойствах сварных соединений высокопрочных сталей бейнитного класса с рассматриваемой структурой. Полученные данные касаются продуктов промежуточного распада при отпуске или при имитации участков ЗТВ под действием термических циклов в условиях печного нагрева до температур несколько выше критической точки АСз, не учитывающих влияния упруго-пластических деформаций.

В настоящее время стало возможным изучение влияния наноразмер-ных карбидов на структуру и свойства сварных соединений. Тем не менее, на данный момент, роль мелкодисперсных карбидов, образующихся в ЗТВ при сварке высокопрочных сталей бейнитного класса, не определена.

По результатам литературного обзора были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе сделан обоснованный выбор основных и сварочных материалов, принятых в экспериментах. В качестве основного материала, как наиболее яркие представители сталей бейнитного класса, были выбраны стали 20Х2НАч, 24Х2НАч, 28Х2НАч и ЗОХНЗА промышленных плавок (горячекатаный прокат толщиной 6...8 мм с исходной феррито-перлитной структурой). Автоматическую сварку под слоем флюса АН-47 стыковых соединений типа С4 и С47 по ГОСТ 8713-79 выполняли сварочными проволоками Св-08ХНМ, Св-ЮНМА диаметром 3 мм. Использовался сварочный трактор ТС-17М и трансформатор ТДФЖ-1002.

Подробно изложена разработанная методика изучения условий формирования мезоферрита и зернистого бейнтита в ЗТВ под действием ТДЦС. Особое внимание уделено усовершенствованной методике и комплексу сбора и обработки данных, описанию экспериментальной установки для физического моделирования термодеформационного воздействия на металл, методикам рентгенографических исследований кристаллических структур при неразрешающихся дифракционных дублетах и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии тонких фольг.

Комплексные исследования выполняли как непосредственно на сварных соединениях, так и на образцах-имитаторах. Стыковые сварные соединения деталей, закрепленных в жесткой раме, выполняли за один проход. Термические циклы сварки (ТЦС) регистрировались термопарами по 4 шт. от оси шва с каждой стороны свариваемых пластин, расположенных на расстоянии 2,0 мм друг от друга с использованием измерителя-регулятора «ОВЕН ТРМ 202 у2.025». Для обработки экспериментальных данных и построения полных кривых нагрева и охлаждения применялась программа «Гу^егБСАБА». По точкам перегиба определялась температура начала и конца распада аустенита. Средняя скорость охлаждения - соб/5 рассчитывалась в диапазоне температур наименьшей устойчивости аустенита (600...500 °С). Управление процессом структурообразования осуществля-

лось за счет охлаждения металла с различными скоростями %5 при изменении погонной энергии сварки.

Образцы-имитаторы подвергались воздействию как ТЦС, так и ТДЦС (а именно, поперечных сварочных напряжений и упруго-пластических деформаций, возникающих в ОШЗ) с помощью экспериментальной установки. Скорость нагрева в интервале температур фазовых превращений составляла 150 °С/с. Диапазон исследованных скоростей охлаждения ю6/5 от 0,35 до 17,0 °С/с полностью охватывал весь спектр структур от феррито-перлитной до мартенситной. Температура нагрева образца задавалась от 860 до 1350 °С с шагом 50 °С. Данные о развитии напряжений в образце при испытании получали при помощи системы тензодатчиков сопротивления с передачей результатов на компьютер.

Описана методика расчета параметров режима автоматической сварки под флюсом стыковых соединений пластин по заданному скоростному диапазону распада аустенита на мезоферрит и зернистый бейнит в ЗТВ, а также определения физико-механических свойств сварных соединений с промежуточными структурами в ЗТВ. Приведены сведения об авторской программе «Среда моделирования автоматической сварки (AWS)», предназначенной для подбора режимов сварки и прогнозирования механических свойств сварного соединения посредством математического моделирования процессов автоматической сварки под флюсом.

В третьей главе приведены результаты исследований по изучению влияния ТДЦС на формирование мезоферрита и зернистого бейнита в ОШЗ сварных соединений из высокопрочных сталей бейнитного класса.

В результате оптимизации условий формирования промежуточных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений (Xi -температура аустенизации, Х2 - скорость охлаждения, Х3 - время аустенизации, Х4 - уровень внутренних растягивающих напряжений) было выявлено, что модель, построенная для ОШЗ в целом, является неадекватной. Это связано с тем, что участкам полной перекристаллизации и перегрева присущи свои особенности структурообразования, следовательно, необходимо рассматривать их раздельно.

Основным фактором, определяющим содержание промежуточных структур зернистой морфологии на участке полной перекристаллизации является скорость охлаждения: Y=25+20X2-3,75X4, а на участке перегрева -время аустенизации: Y=7,5-7,5X3. По результатам регрессионного анализа были проведены дополнительные экспериментальные исследования, которые подтвердили правильность математических моделей, полученных при планировании.

Установлено, что ТЦС и ТДЦС по-разному влияют на формирование промежуточных структур зернистой морфологии в ОШЗ. Фазовые и структурные изменения иллюстрировались диаграммами анизотермического распада аустенита (АРА) и структурными диаграммами (Обозначения: сом2, шмь Шфп2 - критические скорости охлаждения, соответствующие образованию

: У

Н§МФ|

90% и 5% мартенсита (М) и 100% феррито-перлита (ФП), Ао- аустенит остаточный, ВБ - верхний бейнит, ЗБ - зернистый бейнит, НБ - нижний бей-нит, МФ - мезоферрит, 8д - структурная доля). Полученные результаты изучались раздельно.

При температуре аустенизации -свыше Ас3 - 1100 "С, что соответствует зоне полной перекристаллизации ОШЗ, мезоферрит и зернистый бейнит, как наиболее благоприятная структура сварного соединения (рисунок 1, а), формируется под действием ТЦС в сравнительно узком интервале скоростей охлаждения со6/5 - от 5,2 до 1,85 °С/с.

Как показали рентгеноструктур-ный анализ и электронно-микроскопические исследования, по своему строению промежуточные структуры зернистой морфологии представляют собой многофазную композицию, состоящую из добейнит-ной (мезоферритной), бейнитной и мар-тенситной а-фазы, остаточного аусте-

а)

rt-Fe :

! (НО) t lirn 1 ООис

Да

7-Fe (III)

: Ме3 С (420) ("2) : ¡

II '

2«" ? -12

ДИ

blulliu.

I : 137*4 36: , 35«Э

б)

Рисунок 1 Участок полной перекристаллизации ОШЗ стали 24Х2НАч, со6/5 = 2,9 °С/с: а) микроструктура; б) рентгеновская дифракционная картина, снятая на Си-Кр излучении карбид железа (Бе, Сг, Мп)3С, известный как цементит. Спецкарбид хрома имеет глобулярную форму и составляет вместе с а-фазой основу зернистого бейнита.

___ ____Таблица 1

нита и карбидов (рисунок 1,6, таблица 1). Карбидная фаза характеризуется наличием двух типов: Ме2зСб - спецкарбид хрома (Ре, Сг)23С6 и Ме3С -

Структурная составляющая ТЦС | ТДЦС

Температура аустенизации, °С

860 | 1250 | 860 | 1250

Содержание, % / Скалярная плотность дислокаций рХЮ10, см-2

Смесь мезо- и бейнитного феррита 45/2,5 19/4,2 56/2,5 30/4,0

Аустенит остаточный 18/1,0 5/2,5 15/1,0 12/2,0

Карбиды Ме23С6 2,0 - 4,0 1,0

Ме3С 0,1 3,0 0,1 2,0

Верхний и нижний бейнит 20/4,3 43/6,0 20/4,3 35/5,5

Мартенсит 15/7,4 30/6,5 5/7,4 20/7,0

Примечание. Сталь 24Х2НАч, скорость охлаждения сОб/5 = 2,9 °С/с

Рисунок 2 Микроструктура участка перегрева ОШЗ стали 24Х2НАч, со6/5 = 2,9 °С/с

Нагрев стали свыше 1100 °С, что соответствует участку перегрева ОШЗ, и последующее охлаждение со скоростями со6/5 в диапазоне от 17,0 до 0,35 °С/с приводит к изменению структуры (рисунок 2) и фазового состава образцов (таблица 1). Происходит постепенное сужение скоростного диапазона образования зернистого бейнита, смещение на диаграмме АРА области его формирования в сторону меньших скоростей охлаждения со6/5 - от 2,0 до 0,9 °С/с (рисунок 3) и при температуре аустенизации, соответствующей 1350 °С - полное исчезновение бейнитной структуры зернистой морфологии.

Рентгеновские и электронно-микроскопические исследования показали, что в структуре стали присутствуют только две морфологические составляющие а-фазы. Это — игольчатый бейнит и мартенсит, пропорции, которых изменяются в зависимости от температуры аустенизации и скорости охлаждения. На частотных кривых распределения микротвердости (рисунок 4) исчезают перегибы, характерные для многофазной композиции зернистого бейнита, формирующегося на участке полной перекристаллизации ОШЗ.

По мере повышения температуры аустенизации при переходе от бейнита зернистой морфологии к игольчатой возрастает скалярная плотность дислокаций, уменьшается объемная доля карбида типа Ме2зС6, но увеличивается - типа Ме3С (таблица 1). Кроме того, повышается и амплитуда локальных полей внутренних напряжений от 240 до 420 МПа, измеренная по кривизне-кручению кристаллической решетки. Изменяется как процентное содержание, так и морфология остаточного аустенита: от отдельных сравнительно 11

200 17.5 2.5 11,2

<А». '-с/с

Рисунок 3 Диаграмма АРА (а) и структурная диаграмма (б) участка перегрева ОШЗ стали 24Х2НАч. Температура аустенизации - 1250 °С. В затемненной области: пунктирные - ТЦС, сплошные - ТДЦС

крупных кристаллов по границам зерен мезоферрита до тонких прослоек между рейками и пластинами бейнитной а-фазы.

Совместное действие термических и деформационных циклов изменяет как кинетику, так и процентное содержание фазовых составляющих распада аустенита, как на участке полной перекристаллизации, так и на участке перегрева. Прежде всего, происходит расширение скоростного диапазона образования промежуточных структур зернистой морфологии как в сторону меньших, так и в сторону больших скоростей охлаждения (рисунок 3). При этом смещение в сторону высоких скоростей охлаждения является более значительным, что связано с ускорением бейнитного превращения на начальном этапе и его торможением на завершающем этапе под влиянием ТДЦС.

При охлаждении в жесткозакреп-ленном образце происходит упругая деформация, и возникают напряжения растяжения. Дальнейшее охлаждение приводит к появлению пластической деформации, связанной с уменьшением удельного объема металла. При образовании игольчатых структур распад аустенита происходит в нижнем интервале температур промежуточной области (рисунок 3), что вызывает высокий уровень внутренних напряжений (рисунок 5, кривая 1), поскольку микропластическая деформация переохлажденного аустенита затруднена. Интенсивное развитие микропластических деформаций происходит по границам ау-стенитных зерен. Это приводит к возникновению очагов замедленного разрушения.

При формировании бейнитных структур зернистой морфологии распад аустенита протекает в высокотемпературном интервале промежуточной области (рисунок 3), что резко изменяет общую картину развития деформаций. Имеет место плавное и непрерывное нарастание микропластической деформации, приводящее к значительному снижению уровня внутренних напряжений (рисунок 5, кривая 2) и подавлению склонности к образованию микротрещин.

24« 3011 360 4:0 480

Рисунок 4 Частотные кривые распределения микротвердости ОШЗ стали 24Х2НАч в зависимости от температуры аустенизации, °С: 1 - 860; 2 -1350. Количество измерений для каждого участка 500, нагрузка на ин-дентор 0,098 Н

т,°с

Рисунок 5 Графики развития внутренних напряжений в ОШЗ стали 24Х2НАч при формировании промежуточных структур: 1 - игольчатые бейнито-мартенситные; 2 - бейнит-ные зернистой морфологии

Дополнительными исследованиями показано, что время аустенизации является основным фактором, существенно влияющим на формирование ме-зоферрита и зернистого бейнита на участке перегрева ОШЗ. Установлено, что в результате распада аустенита от температур 1100 - 1350 °С и выше благоприятная промежуточная структура

, _ , зернистой морфологии, стойкая к обра-

Рисунок 6 Структура верхнего (а) и холодных трещин, формиру-

нижнего (б) беинита, электронная 1 ^ ' 4 *

микроскопия, сталь 20Х2НАч: час- ется ПРИ условии низких скоростей ох-тицы цементита отмечены стрелками лаждения ((0б/5 от 0,7 до 2,9 °С/с) и кратковременного пребывания выше 1350 °С (до 15 с), в противном случае происходит формирование игольчатых бейнито-мартенситных структур.

Образованию холодных трещин предшествует зарождение очагов замедленного разрушения под действием ТДЦС. При высоких скоростях развития пластических деформаций (соответствующих со6/5 > 2,9 °С/с) происходит формирование игольчатых бейнито-мартенситных структур с карбидной фазой типа Ме3С.

Карбиды железа типа Ме3С имеют вытянутую пластинчатую форму и располагаются по границам и внутри реек и пластин бейнитной а-фазы, что характерно для перисто-игольчатых бей-нитных структур. В ходе ТДЦС имеет место локальная пластическая деформация. Этот процесс идет по границам зерен, где расположены пластинчатые карбиды (рисунок 6, а). Кроме того, присутствуют участки с расположением частиц цементита внутри феррит-ных пластин, создающие большие микронапряжения (рисунок 6, б). Это приводит к нарушению строения границ зерен и, как следствие, к возникновению очагов замедленного разрушения (рисунок 7, а).

5мкм

г У: ^

б)

Рисунок 7 Бейнито-мартенситная структура с пластинчатой карбидной фазой типа Ме3С, расположенной по границам аустенитных зерен: а - зарождение микротрещины (указано стрелками), б - развитие локальных трещин. Сталь 28Х2НАч

0,2 мкм

__ . -я 1 ^

Рисунок 8 Структура зернистого бейнита, электронная микроскопия, сталь 24Х2НАч: крупные (а) и мелкие (б) глобулярные карбиды хрома (Ре,Сг)2зС6 отмечены предками

Зародышевые микротрещины подрастают и развиваются в холодные трещины (рисунок 7, б). Вероятность разрушения возрастает, если границы зерен, по которым преимущественно развиваются микротрещины, и межфазные границы «а-фаза - карбид» совпадают.

При более медленных скоростях развития пластических деформаций (соответствующих ю6/5 от 2,9 до 0,7 °С/с), основной объем фазовых превращений происходит в высокотемпературном интервале промежуточной области и сопровождается непрерывным нарастанием пластической деформации, вызывая активизацию распада аустенита. Формируются промежуточные структуры зернистой морфологии. Благодаря наличию дефектов кристаллического строения, возникающих в переохлажденном аустените под действием ТДЦС, вместе с мезоферри-том выделяется глобулярный спецкарбид типа Ме2зС6, различающийся по размерам и месту положения, соответ-7 ' ственно.

, ■-, '7'. У'" Крупные частицы диаметром

приблизительно 200 нм расположены, в основном, в стыках и на границах фрагментированного феррита и мезо-феррита (рисунок 8, а). Их объемная доля в отдельных локальных участках достигает 10 %.

Мелкие спецкарбиды глобулярной формы диаметром около 10-20нм расположены преимущественно на ... . I дислокациях внутри всех структурных

к/. . ] составляющих а-фазы (рисунок 8, б).

Не смотря на то, что объемная доля мелких карбидов типа Ме2зС6 не превышает 0,2 %, их наличие благоприятно влияет на деформационную способность металла и является основным фактором предотвращения зарождения очагов замедленного разрушения, ведущих к образованию холодных трещин. 14

АшЗЯШт

б)

Рисунок 9 Тонкая структура в локальных участках: а) фрагментиро-ванный мезо- и бейнитный феррит; б) ферритные зерна с ультрадисперсными глобулярными спецкарбидами. Сталь 24Х2НАч

Микропластическая деформация развивается как по границам зерен ау-стенита (место расположения крупных карбидов), так и внутри них (место расположения мелких карбидов), что значительно облегчает процесс перестройки зерен при общей пластической деформации и способствует повышению дисперсности формирующейся структуры. Релаксация структурного состояния происходит путем фрагментации и выделения глобулярных нано-частиц спецкарбидов хрома (Ре,Сг)2зС6, при этом внутренние напряжения убывают, не достигнув критического уровня, что способствует повышению сопротивления хрупкому разрушению конечной структуры.

При формировании промежуточных структур зернистой морфологии под влиянием ТДЦС образуется фраг-ментированная структура, состоящая из смеси мезо- и бейнитного феррита (рисунок 9, а) с развитой субструктурой и плотностью дислокаций р = 2,5х1010см'2, увеличиваются углы кристаллографической разориенти-ровки на границах фрагментов. По телу ферритных зерен происходит равномерное выделение ультрадисперсных глобулярных карбидов размером порядка 10 - 20 нм (рисунок 9, б), обеспечивающих не только дополнительное упрочнение, но и способствующих улучшению ударной вязкости. Высокопрочная низколегированная сталь с рассматриваемой высокодисперсной и изотропной структурой мезоферрита и зернистого бейнита обладает высоким сопротивлением хрупким разрушениям при температурах до -60 °С по сравнению со сталью со структурой реечного бейнита (рисунок 10).

Таким образом, обязательным условием предотвращения зарождения микротрещин является формирование в структуре фрагментированного мезоферрита и глобулярных спецкарбидов типа Ме23Сб- При этом, ультрадисперсные карбиды хрома глобулярной формы диаметром около 10-20нм, расположенные преимущественно на дислокациях внутри а-фазы играют ведущую роль в предотвращении очагов замедленного разрушения в процессе фазового превращения в условиях развития локальных пластических деформаций.

Четвертая глава посвящена подбору режимов и определению механических свойств сварных соединений с промежуточными структурами зер-

Струкгура

Рисунок 10 Влияние структуры сварного соединения стали 24Х2НАч на механические свойства в зависимости от морфологии: а) мезоферрит и зернистый бейнит (зернистая); б) верхний и нижний бейнит (перисто-игольчатая); в) нижнего бейнит и мартенсит (игольчатая). Предел прочности ав, МПа - белая область; ударная вязкость КСи, Дж/см2 при температуре испытаний -60 °С - серая область

нистой морфологии в ОШЗ с оценкой сопротивляемости к образованию холодных трещин.

Установлено, что на формирование мезоферрита и зернистого бейнита особое влияние оказывают величина зерна аустенита, его микрохимическая неоднородность и предел текучести. Так при автоматической сварке под флюсом пластин из стали 24Х2НАч толщиной 8 мм была выявлена зависимость характера формирующейся структуры высокотемпературного участка ОШЗ от времени пребывания металла выше предельных температур нагрева (таблица 2).

Таблица 2

Номер режима Погонная энергия сварки q„, Дж/см Время пребывания металла при температуре свыше 1250 °С, с Размер аустенитного зерна, № по ГОСТ 5639-82 Структура ОШЗ

1 41896 28,8 3-2 Бейнит игольчатой морфологии

2 35050 20,2 4-3

3 27712 12,6 6-5 Мезоферрит и зернистый бейнит

4 20584 7,0 9-8

Подбор оптимальных параметров режима сварки и прогнозирование механических свойств сварного соединения осуществляли посредством компьютерного моделирования с помощью специально разработанной программы «Среда моделирования автоматической сварки (АWS)».

В условиях сварки на погонных энергиях qn от 41896 до 35050 Дж/см в ОШЗ сварного соединения сформировалась переходная зона между ферри-то-перлитной структурой и верхним бейнитом, по границам бывших аусте-нитных зерен четко видна оторочка из доэвтектоидного феррита (рисунок 11, а). Снижение погонной энергии q„ до 27712 Дж/см приводит к переходу структуры в зернистый бейнит.

При сварке на погонных энергиях q„ от 27712 до 20584 Дж/см металл ОШЗ приобретает строение, характерное для промежуточных структур зернистой морфологии (рисунок 11, б). При этом размер аустенитного зерна изменялся от № 2 - 3 до № 8 - 9 соответственно. При действительном ау-стенитном зерне 2-4 номера по ГОСТ 5639-82 зернистый бейнит не обна-

Рисунок 11 Микроструктура ОШЗ, полученная при сварке стали 24Х2НАч на погонных энергиях Я,„ Дж/см: а) 35000; б) 20500

Рисунок 12 Микроструктура с наличием холодных трещин в ОШЗ сварного соединения из стали ЗОХНЗА

руживался. Следовательно, при длительном пребывании металла шва и ЗТВ при температурах интенсивного роста зерна аустенита и формирования высокой его гомогенности, образование промежуточных структур зернистой морфологии затруднено.

Последующее снижение погонной энергии приводит к формированию в ОШЗ преимущественно игольчатых бейнито-мартенситных структур с наличием отдельных участков зернистого бейнита. При этом доля промежуточных структур зернистой морфологии стремительно снижается с увеличением мартенситной составляющей, что неизбежно приводит к возникновению холодных трещин (рисунок 12).

При оценке сопротивляемости металла ОШЗ к образованию холодных трещин установлено, что промежуточные структуры зернистой морфологии являются наиболее предпочтительными. Ударные образцы изготавливались с надрезом по линии сплавления. Испытания проводили при температуре от +20 до -60 °С с интервалом 20 °С. Хладостойкость сварных соединениний с наличием наноструктурных карбидных составляющих глобулярной формы в металле ОШЗ возрастает в несколько раз, несмотря на высокие показатели прочности (рисунок 10), что объясняется наличием мелкодисперсных карбидов глобулярной формы в матрице бейнитной а-фазы.

В пятой главе приведены сведения, связанные с практическим использованием результатов исследований применительно к буровой установке УКБ-5СА, предназначенной для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от +40 °С до -40 °С.

На основании полученных экспериментальных данных разработаны режимы автоматической сварки под флюсом на пониженных погонных энергиях стыковых соединений верхних силовых балок портала рамы самоходной буровой установки УКБ-5СА из профильного проката сталей марок 24X2НАч и 28Х2НАч с толщиной стенок 4-9 мм: 1 = 650- 750 А, и = 38 - 40 В, qп = 20500 + 27500 Дж/см, Усв = 20-35 м/ч, обеспечивающие получение в ОШЗ промежуточной структуры зернистой морфологии с требуемыми нормативно-технической документацией физико-механическими свойствами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. При сварке высокопрочных сталей бейнитного класса применяемая технология должна предусматривать меры, способствующие образованию в ОШЗ промежуточных структур зернистой морфологии. Формирование фрагментированного мезоферрита (добейнитной а-фазы) и зернистого бей-

нита с наноразмерным спецкарбидом типа Ме2зСб глобулярной формы обеспечивает высокий комплекс физико-механических свойств сварных соединений и устойчивое сопротивленце образованию холодных трещин, в то время как наличие игольчатых мартенсито-бейнитных структур неизменно приводит к их появлению.

2. Установлено, что термические и термодеформационные циклы оказывают различное влияние на формирование промежуточных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений. В отличие от термических циклов термодеформационное воздействие изменяет как кинетику, так и процентное содержание фаз при распаде переохлажденного аустенита в высокотемпературных участках ОШЗ и оказывает положительное влияние на расширение скоростного диапазона формирования промежуточных структур зернистой морфологии при допустимом уровне временных напряжений.

3. Определены особенности макро- и нанокристаллР1ческого строения промежуточных структур зернистой морфологии, сформировавшихся в ОШЗ под действием ТДЦС. Указанные структуры представляют собой многофазную композицию с характерным зернистым строением, состоящую из фрагментированной мезоферритной, дислокационной бейнитной и мартен-ситной а-фазы, остаточного аустенита и карбидов двух типов: Ме2зСб -спецкарбид хрома (Ре, Сг)2зСб и Ме3С - карбид железа (Ре, Сг, Мп)3С. На дислокациях внутри матрицы бейнитной а-фазы происходит равномерное выделение ультрадисперсных глобулярных спецкарбидов размером порядка 10-20нм, что благоприятно влияет на деформационную способность металла ОШЗ и способствует улучшению ударной вязкости сварных соединений.

4. Построена математическая модель и проведена оптимизация основных технологических факторов воздействия ТДЦС на формирование в ОШЗ нанокристаллических структур зернистой морфологии с установлением веса каждого фактора и экспериментальной проверкой адекватности полученных результатов. Определены условия формирования наноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы в процессе термодеформационного воздействия на металл ОШЗ.

5. Установлено, что основным фактором, определяющим содержание , промежуточных структур зернистой морфологии на участке полной перекристаллизации является скорость охлаждения, а на участке перегрева ОШЗ - время пребывания аустенита при высоких температурах ТДЦС.

Строение участка перегрева ОШЗ определяется величиной зерна и гомогенностью аустенита, напрямую зависящих от параметров режима сварки и погонной энергии. При зерне не более № 6 - 5 образуется мезоферрит и зернистый бейнит, при более крупном зерне - игольчатые структуры.

ры зернистой морфологии с требуемыми нормативно-технической документацией физико-механическими свойствами. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии в серийное производство составил 3981 руб. в расчете на одну установку.

Основные положения диссертации отражены в 33 работах, наиболее зиачи-мыми из которых являются:

Статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. патенты:

1. Чепрасов Д.П. Особенности формирования бейнитных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений из высокопрочных низколегированных сталей / Д.П. Чепрасов, М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский // Сварочное производство. - 2009. - № 7. - С. 7-11.

2. Чепрасов Д.П. Влияние термодеформационных циклов на формирование зернистого бейнита в околошовной зоне при дуговой сварке стали 24Х2НАч / Д.П. Чепрасов, М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский // Ползуновский вестник. - 2008. - № 4. - С. 89-94.

3. Исследование процессов сварки и наплавки с использованием современной методики сбора и обработки экспериментальных данных / М.В. Радченко, Д.П. Чепрасов, Ю.О. Шевцов, A.A. Иванайский, А.П. Борисов, М.Н. Сейдуров, П.С. Черемисин// Обработка металлов.-2008.-№ 1.-С. 7-10.

4. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007612876. Среда моделирования автоматической сварки (АWS) / Е.А. Иванайский, A.A. Иванайский, В.В. Иванайский, М.Н. Сейдуров / Заявка № 2007611916. дата поступления 14 мая 2007 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 4 июля 2007 г.

5. Патент на изобретение № 2318879. Способ сфероидизирующей термической обработки стали/ Д.П. Чепрасов, A.A. Иванайский, Е.А. Иванайский, М.Н. Сейдуров/ Заявка № 2006118596. Приоритет изобретения 29 мая 2006 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 марта 2008 г.

6. Патент на изобретение № 2348701. Способ термической обработки конструкционных сталей / В.В. Свищенко, Д.П. Чепрасов, М.В. Радченко, Ю.А. Филатов, М.Н. Сейдуров / Заявка № 2007115377. Приоритет изобретения 23 апреля 2007 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 марта 2009 г.

Статьи в журналах н сборниках научных трудов

1. Сейдуров М.Н. Повышение эксплуатационной надежности основных несущих сварных узлов буровых установок из высокопрочных сталей бейнитного класса / М.Н. Сейдуров, Д.П. Чепрасов, A.A. Иванайский // Ползуновский альманах. - 2008. - № 3. - С. 187-188.

2. Чепрасов Д.П. Структурно-фазовое состояние продуктов бейнитного превращения зернистой морфологии, образованных под действием термодеформационных циклов в околошовной зоне сварных соединений из высокопрочных сталей / Д.П. Чепрасов, М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский // Ползуновский альманах. - 2008. - № 3. - С. 87-88.

3. Иванайский A.A. Разработка и внедрение инженерного программного комплекса по оценке и прогнозированию механических свойств сварных соединений на основе сбора и обработки экспериментальной информации и компьютерного моделирования / A.A. Иванайский, М.Н. Сейдуров // Ползуновский альманах. - 2008. - № 2. - С. 112-114.

4. Иванайский Е.А. Технологические основы сварки высокопрочных хладостойких сталей бейнитного класса / Е.А. Иванайский, М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский // Ползуновский альманах. - 2005. - № 3. - С. 146-147.

5. Промежуточные структуры зернистой морфологии в сварных соединениях низкоуглеродистых низколегированных сталей / Д.П. Чепрасов, Е.А. Иванайский, A.A. Иванайский, М.Н. Сейдуров// Вестник алтайского государственного технического университета. - 2005.-№3-4.-С. 88-89.

6. Рентгеноструктурный анализ промежуточных зернистых структур низкоуглеродистых низколегированных сталей / Д.П. Чепрасов, Б.Ф. Демьянов, A.A. Иванайский, М.Н. Сейдуров // Вестник алтайского государственного технического университета. - 2005.- № 3-4.- С. 100102.

7. Влияние исходного структурного состояния металла на хладостойкость зоны сплавления стали 24Х2НАч/ Д.П. Чепрасов, В.А. Ряполов, Е.А. Иванайский, A.A. Иванайский, М.Н. Сейдуров // Ползуновский альманах. - 2006. - № 3. - С. 40-41.

8. Иванайский A.A. Разработка технологии изготовления сварных корпусов силовых трансформаторов из профилированного листа высокопрочной стали / A.A. Иванайский, М.Н. Сейдуров, Е.А. Иванайский // Вестник алтайской науки. - 2009. - № 2. - с. 132-134.

Тезисы докладов в материалах научных конференций

1. Чепрасов Д.П. Условия формирования зернистого бейнита в ОШЗ при дуговой сварке низкоуглеродистых низколегированных сталей / Д.П. Чепрасов, М.Н. Сейдуров // Сварка и родственные технологии в третье тысячелетие: Тез. стенд, докл./ Ин-т электросварки им. Е.О. Па-тона HAH Украины. - Киев, 2008. - С. 117-118.

2. Сейдуров М.Н. Особенности формирования мезоферрита и зернистого бейнита под действием термодеформационных циклов при дуговой сварке стали 24Х2НАч / М.Н. Сейдуров, Д.П. Чепрасов, A.A. Иванайский // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕ-СУРС-14-2008); Доклады (материалы) 14-й Междунар. науч.-практ. конф. Омск, 6-8 окт. 2008 г./ Томск.: САН ВШ; B-Спектр. - 2008. - С. 51 -54.

3. Сейдуров М.Н. Роль типа и размера карбидной фазы в образовании очагов замедленного разрушения в условиях развития локальных пластических деформаций / М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский // Высокотемпературный синтез новых перспективных наноматериалов: тезисы докладов IV международной школы-семинара «СВС-2008»/ Под ред. В.В. Евстигнеева, A.B. Еськова, Д.А. Харина. - Барнаул. - 2008. - С. 26-29.

4. Влияние термических циклов на формирование зернистого бейнита в околошовной зоне при дуговой сварке стали 24Х2НАч/ М.Н. Сейдуров, Д.П. Чепрасов, В.Г. Радченко, A.A. Иванайский// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-13-2007): Доклады (материалы) 13-й Междунар. науч.-практ. конф. Кемерово, 1-3 окт. 2007 г./ Томск.: САН ВШ; B-Спектр. - 2007. - С. 65-68.

5. Установка для имитации термодеформационных циклов сварки / М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский, А.Г. Иванов, Е.В. Ноздрачев // 6-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь». Секция «Машиностроительные технологии и оборудование». Подсекция «Сварочное производство». - Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://edu.secna.ru/publish/gorizonty_obrazovania/2009/nl 1/, свободный. - С. 21 -24.

Подписано в печать 23.10.2009. Формат 60x84 1/16. Печать - цифровая. Усл.п.л. 1,16 Тираж ЮОэкз. Заказ 2009 - 580

Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 тел.: (8-3852) 36-84-61

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД №28-35 от 15.07.97 г.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Сейдуров, Михаил Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ МЕЗОФЕРРИТА И ЗЕРНИСТОГО БЕЙНИТА В ЗТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Высокопрочные стали бейнитного класса для сварных конструкций ответственного назначения.

1.2 Свариваемость высокопрочных сталей бейнитного класса в условиях сварки плавлением.

1.3 Промежуточное превращение аустенита на структуры зернистой морфологии в сталях бейнитного класса в условиях термодеформационных циклов сварки.

1.4 Тонкая структура и фазовый состав продуктов промежуточного распада аустенита зернистой морфологии в ЗТВ сварных соединений из высокопрочных низкоуглеродистых низколегированных сталей бейнитного класса.

1.5 Свойства сварных соединений с промежуточными структурами зернистой морфологии.

1.6 Наноструктуры в ЗТВ и их влияние на свойства сварных соединений.

1.7 Цель и задачи исследования. 4Г

ГЛАВА 2. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Основные и сварочные материалы, принятые в экспериментах.

2.2 Разработка методики изучения условий формирования мезоферрита и зернистого бейнтита в ЗТВ под действием термодеформационных циклов.

2.3 Рентгенографический и электроннооптический анализ фазового состава и кристаллических структур при неразрешающихся дифракционных дублетах.

2.4 Расчет параметров режима автоматической сварки под флюсом стыковых соединений пластин по заданному скоростному диапазону распада аустенита на мезоферрит и зернистый бейнит в ЗТВ.

2.5 Определение физико-механических свойств сварных соединений с промежуточными структурами в ЗТВ.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫХ ЦИКЛОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СТРУКТУР ЗЕРНИСТОЙ МОРФОЛОГИИ В ЗТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА.

3.1 Оптимизация условий формирования промежуточных структур зернистой морфологии в околошовной зоне сварных соединений.

3.1.1 Математическая модель и оптимизация основных технологических факторов воздействия термодеформационных циклов на фазовый состав и структуру участка полной перекристаллизации.

3.1.2 Математическая модель и оптимизация основных технологических факторов воздействия термодеформационных циклов на фазовый состав и структуру участка перегрева.

3.2 Особенности формирования промежуточных структур зернистой морфологии в околошовной зоне сварных соединений.

3.2.1 Влияние температуры аустенизации на формирование промежуточных структур зернистой морфологии.

3.2.2 Совместное влияние температуры аустенизации и упругопластической деформации на формирование промежуточных структур зернистой морфологии.

3.2.3 Влияние величины зерна и гомогенности аустенита на формирование промежуточных структур зернистой морфологии.

3.3 Строение и условия формирования наноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы на участках ЗТВ сварных соединений и ее роль в предотвращении образования очагов замедленного разрушения.

3.4. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПОДБОР РЕЖИМОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ СТРУКТУРАМИ ЗЕРНИСТОЙ МОРФОЛОГИИ В ОШЗ С ОЦЕНКОЙ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ К ОБРАЗОВАНИЮ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН .131 4.1 Экспериментальная проверка диапазона погонной энергии дуговой сварки под флюсом стали 24Х2НАч, обеспечивающего формирование промежуточных структур зернистой морфологии в

4.2. Механические свойства сварных соединений со структурой зернистого бейнита в ОШЗ.

4.3 Хладостойкость сварных соединений с промежуточной структурой зернистой морфологии в ОШЗ.

4.4 Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ БУРОВЫХ УСТАНОВОК ИЗ СТАЛЕЙ 24Х2НАч И 28Х2НАч.

5.1 Общие сведения о буровой установке УКБ-5С.

5.2 Практическое использование результатов исследований.

5.3 Выводы по главе 5.

Введение 2009 год, диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении, Сейдуров, Михаил Николаевич

Актуальность темы. Прогресс при производстве технических устройств для опасных производственных объектов и особенно, таких как нефтегазодобывающее, котельное, газовое, подъемно-транспортное оборудование, при изготовлении которых применяются сварочные технологии, напрямую связан с широким внедрением высокопрочных материалов, сочетающих в себе высокие технико-эксплуатационные свойства, удовлетворительную свариваемость и сравнительно низкую стоимость. В связи с этим в последнее время в России и за рубежом возрос интерес к изготовлению сварных конструкций из высокопрочных низколегированных сталей бейнитного класса. С одной стороны, он продиктован необходимостью снижения металлоемкости, с другой — возможностью формирования в сварном соединении промежуточных структур зернистой морфологии (мезоферрита и зернистого бейнита), которые по сравнению с другими неравновесными структурами (мартенситом, верхним и нижним бейнитом) обеспечивают высокий комплекс механических свойств.

Учитывая изложенное, представляется необходимым и целесообразным комплексное изучение строения и особенностей формирования бейнитных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений из высокопрочных низколегированных сталей, что позволит управлять их структурой и свойствами, обеспечивая требуемое качество при производстве сварных конструкций ответственного назначения.

Актуальность настоящей работы подтверждается ее выполнением в рамках гранта по Программе «У.М.Н.И.К. 08-13» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, выделенного на инновационный проект: «Разработка способа получения наноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы в процессе термодеформационного воздействия на металл». Кроме того, комплексные исследования проводились в соответствии с программами хоздоговорных тем с промышленными предприятиями и фирмами Алтайского края (темы № 17-03, 29-07, 4-08; 2006.2009 гг.).

Дель работы. Повышение стойкости сварных соединений из высокопрочных сталей бейнитного класса к образованию холодных трещин и комплекса физико-механических свойств за счет целенаправленного формирования в околошовной зоне микро- и нанокристаллических бейнитных структур зернистой морфологии.

Для достижения указанной цели в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

1. Показано, что при дуговой сварке плавлением высокопрочных сталей бейнитного класса в околошовной зоне формируется своеобразная промежуточная микро- и нанокристаллическая структура, представляющая собой многофазную композицию с характерным зернистым строением, состоящую из фрагментированной мезоферритной, дислокационной бейнитной а-фазы, остаточного аустенита и глобулярных ультрадисперсных частиц спецкарбида типа Ме2зСб

3. Обнаружено, что строение участка перегрева околошовной зоны определяется размером зерна и гомогенностью аустенита, зависящих от параметров режима сварки и погонной энергии. При размере зерна не более № 6-5 образуется мезоферрит и зернистый бейнит, при более крупном зерне — игольчатые бейнито-мартенситные структуры.

1. Сформулированы основные принципы управления структурообразованием, которые могут быть использованы при проектировании технологических процессов дуговой- сварки плавлением высокопрочных сталей бейнитного-класса; обеспечивающих получение в околошовной зоне промежуточной микро- и нанокристаллической структуры зернистой морфологии, стойкой к образованию холодных трещин и с требуемым нормативно-технической документацией комплексом физико-механических свойств;

3. Разработана программа для ЭВМ «Среда моделирования автоматической сварки (AWS)» — свидетельство о регистрации № 2007612876, предназначенная для расчета режимов сварки и прогнозирования механических свойств сварных соединений, выполненных автоматической сваркой под флюсом с заданным тепловложением;

6. Установлены рациональные режимы дуговой сварки под флюсом металла толщиной до 12 мм из высокопрочных сталей класса прочности 390-440 в диапазоне значений погонной энергии от 20500 до 27500 Дж/см, при которых создаются условия получения в околошовной зоне бейнитных структур зернистой морфологии с высоким комплексом механических свойств.

30 Дж/см , обеспечивается непосредственно после окончания сварки без применения местной термической обработки.

Основные положения, выносимые на защиту:

2. Особенности формирования промежуточных структур зернистой морфологии в ОШЗ сварных соединений;

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на: Международных конференциях «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств» (г. Барнаул, 2005; 2006; 2008), «Молодежь России - науке будущего» (г. Ульяновск, 2006), «Современные технологические системы в машиностроении» (г. Барнаул, 2006), «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 2007; г. Омск, 2008), «Высокотемпературный синтез новых перспективных наноматериалов» г. Барнаул, 2008), «Виртуальные и интеллектуальные системы» (г. Барнаул, 2008), «Сварка и родственные технологии в третье тысячелетие» (г. Киев, 2008); Всероссийских конференциях «Наука и молодежь» (г. Барнаул, 2005; 2006; 2009), «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2006; 2008), «Проблемы социального и научно-технического развития в современном мире» (г. Рубцовск, 2009); научно-практической конференции «Барнаул на рубеже веков: итоги, проблемы, перспективы» (г. Барнаул, 2005); Всероссийском молодежном образовательном форуме «Селигер» (оз. Селигер, Тверская область, 2009); Международном молодежном инновационном форуме «Интерра» (г. Новосибирск, 2009).

С инновационным проектом: «Разработка способа получения наноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы в процессе термодеформационного воздействия на металл», вошедшим в 100 лучших на «Зворыкинском проекте», в 20 лучших на «Селигере-2009», в 12 лучших в области «Индустрия наносистем и новые материалы» (отобранных корпорацией «Росснано») можно ознакомиться на сайте http://zv.innovaterussia.ru.

По теме диссертации опубликовано 33 работы, из них: 3 статьи в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ; 2 патента РФ на изобретение; 1 свидетельство РФ об официальной регистрации программного продукта; 12 статей в журналах и сборниках научных трудов; 13 тезисов докладов в материалах научных конференций; 2 отчета о выполнении НИОКР.

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова» на кафедре «Малый бизнес в сварочном производстве» под руководством кандидата технических наук, профессора Чепрасова Дмитрия Петровича. Автор считает своим приятным долгом выразить ему сердечную благодарность за постоянную помощь и внимание при выполнении работы.

Приношу искреннюю благодарность заведующему кафедрой «Малый бизнес в сварочном производстве», Заслуженному деятелю науки и техники РФ, лауреату Ленинской премии, д.т.н., профессору Радченко Василию Григорьевичу, д.т.н., профессору Радченко Михаилу Васильевичу, а также д.ф-м.н., профессору Демьянову Борису Федоровичу за ценные указания и консультации по отдельным разделам работы.

Автор благодарит научных сотрудников кафедры и университета Иванайского A.A., Иванайского Е.А., Шевцова Ю.О., Пильберга С.Б., Шаханова Д.Д. за помощь в подготовке и проведении ряда экспериментов, а также активное участие в обсуждении результатов работы на научно-технических семинарах механико-технологического факультета.

Заключение диссертация на тему "Обеспечение качества и свойств сварных соединений высокопрочных сталей целенаправленным формированием бейнитных структур зернистой морфологии"

5.3 Выводы по главе 5

На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Сформулированы основные принципы управления структурообразованием, которые могут быть использованы при проектировании технологических процессов дуговой сварки плавлением высокопрочных сталей бейнитного класса, обеспечивающих получение в околошовной зоне промежуточной микро- и нанокристаллической структуры зернистой морфологии, стойкой к образованию холодных трещин и с требуемым нормативно-технической документацией комплексом физико-механических свойств;

2. Установлены рациональные режимы дуговой сварки под флюсом металла толщиной до 12 мм из высокопрочных сталей класса прочности 390 - 440 в диапазоне значений погонной энергии от 20500 до 27500 Дж/см, при которых создаются условия получения в околошовной зоне бейнитных структур зернистой морфологии с высоким комплексом механических свойств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги выполненных исследований, можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. При сварке высокопрочных сталей бейнитного класса применяемая технология должна предусматривать меры, способствующие образованию в ОШЗ промежуточных структур зернистой морфологии. Формирование фрагментированного мезоферрита (добейнитной а-фазы) и зернистого бейнита с наноразмерным спецкарбидом типа Ме2зСб глобулярной формы обеспечивает высокий комплекс физико-механических свойств сварных соединений и устойчивое сопротивление образованию холодных трещин, в то время как наличие игольчатых мартенсито-бейнитных структур неизменно приводит к их появлению;

3. Определены особенности макро- и нанокристаллического строения промежуточных структур зернистой морфологии, сформировавшихся в ОШЗ под действием ТДЦС. Указанные структуры представляют собой многофазную композицию с характерным зернистым строением, состоящую из фрагментированной мезоферритной, дислокационной бейнитной и мартенситной а-фазы, остаточного аустенита и карбидов двух типов: Ме2зС6 - спецкарбид хрома (Бе, Сг)2зС6 и Ме3С - карбид железа (Бе, Сг, Мп)3С. На дислокациях внутри матрицы бейнитной а-фазы происходит равномерное выделение ультрадисперсных глобулярных спецкарбидов размером порядка 10-20 им, что благоприятно влияет на деформационную способность металла ОШЗ и способствует улучшению ударной вязкости сварных соединений;

4. Построена математическая модель и проведена оптимизация основных технологических факторов воздействия ТДЦС на формирование в ОШЗ нанокристаллических структур зернистой морфологии с установлением веса каждого фактора и экспериментальной проверкой адекватности полученных результатов. Определены . условия формирования наноструктурной карбидной составляющей глобулярной формы в процессе термодеформационного воздействия на металл ОШЗ;

5. Установлено, что основным фактором, определяющим содержание промежуточных структур зернистой морфологии на участке полной перекристаллизации является скорость охлаждения, а на участке перегрева ОШЗ - время пребывания аустенита при высоких температурах ТДЦС;

Строение участка перегрева ОШЗ определяется величиной зерна и гомогенностью аустенита, напрямую зависящих от параметров режима сварки и погонной энергии. При зерне не более № 6 — 5 образуется мезоферрит и зернистый бейнит, при более крупном зерне - игольчатые структуры;

6. На основании результатов проведенных исследований разработана и опробована технология автоматической сварки под флюсом основных несущих узлов буровой установки УКБ-5СА из сталей марок 24Х2НАч и 28Х2НАч, обеспечивающая формирование в ОШЗ промежуточной структуры зернистой морфологии с требуемыми нормативно-технической документацией физико-механическими свойствами. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии в серийное производство составил 3981 руб. в расчете на одну установку.

Библиография Сейдуров, Михаил Николаевич, диссертация по теме Технология и машины сварочного производства

1. Ковтуненко В.А. Выбор сталей для ответственных сварных строительных конструкций / В.А. Ковтуненко, A.M. Герасименко, А.А. Гоцуляк // Автоматическая сварка. 2006. - № 11. - С. 32-37.

2. Пат. 2275281 РФ, МПК В23К9/173. Металл сварного шва для соединения высокопрочных низколегированных сталей / Д.П. Фэйрчайлд (US), Д. Коо (US), Н-Р.В. Бангару (US) и др. № 2003106422/02; заявл. 27.12.04; опубл. 27.04. 06, Бюл. № 54. - 38 с.

3. Yang J.R. Reaction of bainitic steels / J.R. Yang, C.Y. Huang, S.C. Wang // Materials & Design. 1992. - № 13(6). - P. 335-338.

4. Hot rolled bainitic steels / C. Mesptont, T. Wateischoot, S. Vandeputte et al. // Thermomeclianical Processing of Steels. 24-26 May 2000; London, IOM Communications. — P. 495-504.

5. Buzzichelli G. Present status and perspectives of European research in the field of advanced structural steels / G. Buzzichelli, E. Anelli // ISIJ Intern. -2002.-№42(12).- 1354-1363.

6. Механические свойства сварного соединения стали 24Х2НАч со структурой зернистого бейнита / Д.П. Чепрасов, В.В. Свищенко, В.П. Петров, А.В Степанов // Сварочное производство. 1999. - №2. - С. 22-25.

7. Иванайский A.A. Исследование структуры, фазового состава, свойств зернистого бейнита и технологии его формирования в сварных соединениях и металлопрокате для сварных конструкций: автореферат дис. . канд. техн. наук. Барнаул, 2006. - 19 с.

8. БлантерМ.Е. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1984.-328 с.

9. Лившиц Л.С. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений/ Л.С.Лившиц, А.Н. Хакимов. — М.: Машиностроение, 1989.-336 с.

10. Малышев Б.Д. Ручная дуговая сварка/ Б:Д. Малышев, В.И. Мельник, И.Г. Гетия Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-17/index.htm, свободный.

11. Касаткин Б.С. Низколегированные стали высокой прочности для сварных конструкций / Б.С. Касаткин, В.Ф. Мусияченко. К.:Техшка, 1970. -188 с.

12. Макара A.M. Сварка высокопрочных сталей/ А.М.Макара, H.A. Мосендз. К.: Техшка, 1971. - 140 с.

13. ГрабинВ.Ф. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей / В.Ф. Грабин, A.B. Денисенко. К.: Наук, думка, 1978. - 276 с.

14. Грабин В.Ф: Металловедение сварки плавлением. К.: Наук, думка, 1982.-416 с.

15. Пат. 4812182 US. МПК С22С38/04. Air-cooling low-carbon bainitic steel / С. Rufa (CN), С. Yankang (CN), C. Ziuyun (CN) et al. Электронный ресурс.- Режим доступа: http://www.lreepatentsonlme.com/4812182.html, свободный.

16. Пат 0136004 ЕР. МПК С22С38/04. Bainitic steels / British Steel Corp (GB), A.E. Allen (GB) Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.freepatentsonline.com/EP0136004.html, свободный.

17. The development of new-typed air-cooled Mn-series bainitic steels/ Fang Hong-Sheng, Tan Zhun-Li, Bai Bing-Zhe, Yang Fu-Bao // Materials science forum. 2007. - vol. 539-43(5). - P. 4497-4502.

18. ГОСТ 2601-84. Основные понятия и терминология в сварочном производстве. М.: Издательство стандартов, 1987. — 52 с.

19. BhadeshiaH.K.D.H. Bainite in steels.- London: The University Press, Cambridge, 2001. 454 p.

20. ГривнякИ. Свариваемость сталей / под ред. Э.Л.Макарова, пер со словацкого Л.С. Гончаренко. -М.: Машиностроение, 1984. 216 с.

21. Теория сварочных процессов / под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1988. - 559 с.

22. Мусияченко В.Ф. Тонкая структура и механические свойства сварных соединений высокопрочной стали 14Х2ГМР / В.Ф. Мусияченко, Л.И. Адеева, В.Ф. Грабин // Автоматическая сварка. 1978. - № 12. - С. 1-6.

23. Касаткин Б.С. Оптимальные термические циклы сварки сталей 14Х2ГМР и 14ХМНДФР / Б.С. Касаткин, В.Ф. Мусияченко, В.Г. Васильев и др. // Автоматическая сварка. — 1972. — № 4. — С. 14-17.

24. Пат. 5523540 US / МПК С22С38/04. Bainitic steel / Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.fi-eepatentsonline.com/5523540.html. свободный.

25. Макара А.М. Природа влияния металла шва на образование трещин в околошовной зоне / А.М. Макара, Н.А. Мосендз // Автоматическая сварка. 1964. - № 9. - С. 1-10.

26. Макара A.M. Об особенностях мартенситного и бейнитного превращений в легированных сталях при сварочных термо-деформационных циклах/ А.М.Макара, Д.П.Новикова// Автоматическая сварка.- 1967.-№ 10.-С. 10-15.

27. Макара A.M. Влияние временных сварочных напряжений на сопротивляемость соединений образованию холодных трещин / A.M. Макара, В.Г. Гордонный, Д.П. Новикова // Автоматическая сварка. -1968.-№7.-С. 1-5.

28. Макара A.M. Об особенностях изотермического превращения аустенита в легированных сталях при сварочных термо-деформационных циклах / A.M. Макара, Д.П. Новикова, В.Ф. Грабин, A.B. Белоцкий // Автоматическая сварка. 1970. — № 2. - С. 1-6.

29. Грабин В.Ф. Превращение аустенита при фазовых переходах в легированных сталях под воздействием сварочных термодеформационных циклов/ В.Ф. Грабин, Д.П.Новикова// Сварочное производство.- 1974.-№4.-С. 1-2.

30. Макара A.M. Исследование природы холодных околошовных трещин при сварке закакливающихся сталей / Автоматическая сварка. — 1960. № 2. — С.9-33.

31. Чепрасов Д.П. Условия формирования структуры зернистого бейнита при сварке стали 24Х2НАч / Д.П. Чепрасов, В.В. Свищенко // Сварочное производство. 1996. - №11. -С. 27-30.

32. КремневЛ.С. Строение и механизм формирования зернистого бейнита в стали 20Х2НАч / JI.C. Кремнёв, В.В. Свищенко, Д.П. Чепрасов // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1997. — №9. С. 6-9.

33. Кремнев JI.C. Скоростной диапазон образования зернистого бейнита при распаде аустенита стали 20Х2НАч / JI.C. Кремнёв, В.В. Свищенко, Д.П. Чепрасов // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1998.-№5.-С. 17-19.

34. Кремнев JI.C. Влияние температуры аустенитизации стали 20Х2НАч на строение бейнита / JI.C. Кремнев, В.В. Свищенко, A.B. Степанов, Д.П. Чепрасов // Металловедение и термическая обработка металлов.-1999.-№ 11.-С. 15-17.

35. СвищенкоВ.В. Образование мезоферрита и зернистого бейнита в низкоуглеродистой низколегированной стали / В.В. Свищенко, Д.П. Чепрасов, О.В. Антонюк // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. - № 8. - С. 7-11.

36. Фазовый состав и тонкая структура зернистого бейнита в низкоуглеродистой низколегированной стали / Д.П. Чепрасов, В.В. Свищенко, Э.В. Козлов, A.A. Иванайский // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. — №5. - С. 3-7.

37. Чепрасов Д.П. Структура и фазовый состав зернистого бейнита на участке полной перекристаллизации ЗТВ сварного соединения из низкоуглеродистых низколегированных сталей / Сварочное производство. — 2006.-№2.-С. 3-8.

38. Григорьянц А.Г. Воспроизведение на образце условий деформирования металла при сварке / А.Г. Григорьянц, В.А. Винокуров // Автоматическая сварка. 1977. - № 10. - С. 8-11.

39. ЭнтинР.И. Превращение аустенита в стали. — М.: Металлургиздат, 1960.-252 с.

40. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

41. Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. — М.: Машиностроение, 1990. 528 с.

42. Новиков И.И. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1986.-480 с.

43. Геллер Ю.А. Материаловедение / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. М.: Металлургия, 1983. —384 с.

44. Лебедев Д.Б. Бейнитно-мартенситные структуры в металле низколегированных швов/ Сварочное производство.— 1974.— № 10.— С. 16-17.

45. Акритов A.C. Влияние термического цикла сварки и термообработки на структуру и свойства металла ЗТВ сварных соединений из улучшенной стали 09Г2СБФ / A.C. Акритов, A.A. Колечко,

46. М.Х.Шоршоров, В.В.Белов// Сварочное производство.- 1989.- № 11.— С. 8-10.

47. Малевский Ю.Б. Влияние термического цикла сварки на превращение аустенита в околошовной зоне соединения стали 16Г2АФ/ Ю.Б. Малевский, В.Г. Васильев, В.А. Довженко и др. // Автоматическая сварка. 1977. - № 1. - С. 6-9.

48. Иващенко Г.А. Влияние термического цикла на структуру зоны термического влияния стали 15Г2АФ с низким содержанием кремния/ Г.А. Иващенко, А.Е. Денис, Л.И. Маркашова // Автоматическая сварка. —1982.-№ 7.-С. 22-25.

49. Zhang С. Влияние микроструктуры на свойства зоны перегрева сварных соединений из сталей типов Т-1 / С. Zhang, С. Zhou, H. Cai // Chine Weld. Inst. 1992. - № l.-P. 13-20.

50. Довженко B.A. Тонкая структура участка перегрева зоны термического влияния сварных соединений стали 16Г2АФ / В.А. Довженко, В.Г.Васильев, Ю.Б. Малевский и др.// Автоматическая сварка.- 1981. — №2.-С. 38-40.

51. Влияние микроструктуры зоны термического влияния на склонность к образованию трещин при повторном нагреве Сг-Мо-стали/ Nakamura Mitsuru, Enjo Toshio, Kikuchi YasuShi // Quart. J. Jap. Weld. Soc. -1991. -№ 3. — C. 398-404.

52. Касаткин О.Г. Расчетная оценка ударной вязкости металла шва / Автоматическая сварка. 1983. -№ 3. - С. 7-13.

53. Касаткин О.Г. Регрессионные модели для оценки доли волокнистой составляющей, в изломе металла шва/ Автоматическая сварка.- 1983.— №5.-С. 8-14.

54. Касаткин О.Г. Влияние легирующих элементов и термического цикла сварки на пластичность металла шва / Автоматическая сварка. —1983.-№9.-С. 6-10, 19.

55. Habraken L.J. Transformations and Hardenability in Steels / L.J. Habraken, M. Economopolus // Climax Molybdenum, Ann Arbor, Michigan, USA. 1967. - № 19. - P. 69-107.

56. Ridal K.A. Physical Properties of Martensite and Bainite / K.A. Ridal, J. McCann// Special Report 93.- London: Iron and Steel Institute, 1965.— P. 147-148.

57. Hillert M. Diffusion and Interface Control of Reactions in Alloys / Met. Trans. 1975.- v.6A.-№ l.-P. 5-19.

58. Speich G.R. The Growth Rate of Bainite / G.R. Speich, M. Cohen // Trans. Met. Soc. AIME. 1960. - v.218. - P. 1050-1059.

59. ЛюбовБ.Я. Кинетическая теория фазовых превращений.— М.: Металлургия, 1969. 264 с.

60. Металлография железа. Т. 1. «Основы металлографии» (с атласом микрофотографий) / Перев. с англ. под общей ред. Ф.Н. Тавадзе. М.: Металлургия, 1972. — с. 240.

61. Касаткин Б.Ф. Флюсы для механизированной сварки теплоустойчивой стали 12Х1МФ/ Б.Ф.Касаткин, А.К. Царюк, В.Ф. Мусияченко // Автоматическая сварка. — 1964. — №. С. 26-33.

62. Howell Paul R. Microstructural development in HSLA-100 steels weld metals / Annual progress rept. 1990. -№ 1. - P. 38.

63. JoarderA. Bainite morfologies in 0,2C-l,5Mn steel/А. Joarder, S.P. Subrahmanya // Steel Res. 1992. - 63 №1. - P. 33-38.

64. Umemato M. Morphology and transformation kinetics of bainite in Fe-Ni-C and Fe-Ni-Cr-C alloys / M. Umemato, S. Mando, I. Tamura // Proc. Int. Conf. Martensit. Transform. 1986. - P. 595-600.

65. Ridley N. Phase Transformations in Ferrous Alloys/ TMS-AIME, Warrendale. 1984. - P. 210-236.

66. Spanos G. Influence of Carbon Concentration and Reaction Temperature upon Bainite Morphology in Fe-C-2 Pet Mn Alloys / G. Spanos, H.S. Fang, D.S. Sarma, H.I. Aaronson// Metallurgical Transactions. 1990.- Vol 21 A.-P. 1391-1411.

67. Aaronson H.I. Partition of Alloying Elements Between Austenite and Proeutectoid Ferrite or Bainite / H.I. Aaronson, H.A. Domian // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1966. - P. 781-797.

68. Radcliffe S.V. The Kinetics of the Formation of Bainite in High-Purity Iron-Carbon Alloys / S.V. Radcliffe, E.C. Rollason // Journal of the Iron and Steel Institute. 1959. -P. 56-65.

69. Aaronson H.I. Sympathetic Nucleation of Ferrite/ H.I. Aaronson, C.Wells// Transactions of the Metallurgical Society of AIME.- 1957.-P. 1216-1223.

70. Hehemann R.F. A debate on the bainite reaction / R.F. Hehemann, K.R. Kinsman, H.I. Aaronson// Metallurgical Transactions.- 1972.- Vol. 3.-P. 1077-1094.

71. Коган JI.И., Усиков М.П., Энтин Р.И. ФММ, 1980, т. 50, вып. 5. -С. 1088-1090.

72. Christian J.W. Simple Geometry and Crystallography Applied to Ferrous Bainits / Metallurgical Transactions. 1990. - vol. 21 A. - P. 799-803.

73. OblakJ.M. Structure and Growth of Widmannstaetten-Ferrite and Bainite In «Transformation and Hardenability in Steels» / J.M. Oblak, R.F. Hehemann // Climax Molybdenum Symposium. — 1967.

74. Бронфин Б.М. Фазовые превращения и структура высокопрочных низкоуглеродистых сталей / Б.М. Бронфин, И.Ю. Пышминцев,

75. B.И. Калымов // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1993.-№4.-С. 2-5.

76. Vidojevic N. The microstructure of high strength low alloyed Mn-Ni-Vsteel dependence on heat treatment / N. Vidojevic, N. Simovic, Z. Acimovic // J. Serb. Chem. Soc. 1993. - № 3-4. - P. 243-250.

77. Smith N.J. Microstructure and mechanical properties of submerged-arc welds deposited in HY 100 steel / NJ. Smith, J.A. Gianetto // CIM Bull. 1982. -№926.-P. 100.

78. Влияние микроструктуры на механические свойства бейнитной стали / Usuki Hideki, Namiki Kinio, Likubo Tomohito // Elec. Furance Steel. -1988. -№ l.-C. 15-26.

79. Кинетика превращения аустенита экономно легированного металла швов с пределом текучести 600-800 МПа / Миходуй Л.И. и др. // Автоматическая сварка. — 1996. -№11. С. 3-10.

80. KluchR.L. Bainite inchromium-molybdenum steel// Proc. int. conf. martensit. Transform (ICOMAT-86), Nara, Aug. 26-30, 1986. Sendai.- 1987.-P. 601-606.

81. Ефименко Л.А. Влияние исходного структурного состояния металла на сопротивление сварных соединений хрупкому разрушению / Л.А. Ефименко, О.В. Коновалова // Сварочное производство. — 1992. № 8.1. C. 9-12.

82. Balaguer J.P. Development of ultra-low carbon bainitic steels with low hazhardness / J.P. Balaguer, E.F. Nipes // Abstr. Pap present 70th AWS Arinu. Meet., Apr. 2-7, 1989. Miami (Fla). 1989. -P. 28-30.

83. Zhou Haosen. Характеристики трещиностойкости зоны термического влияния стали 12Ni3CrMoV / Zhou Haosen, Zhang Jianxun Liu Quanchu // J. Shanghai Jiaotong Univ. 1986. - № 5. - P. 11-20.

84. Филатов Ю.А. Строение и условия формирования промежуточных структур зернистой морфологии в низкоуглеродистых низколегированных сталях бейнитного класса: автореферат дис. . канд. техн. наук. — Барнаул, 2008.-18 с.

85. Касаткин Б.С. Определение термодеформационных зависимостей, характеризующих склонность сталей к образованию холодных трещин при сварке / Б.С. Касаткин, В.И. Бреднев, Г.Н. Стрижиус и др. // Автоматическая сварка. 1988. -№ 3. - С. 1-5.

86. Паспорт устройства измерителя-регулятора «ОВЕН ТРМ 202 v2.025». rem@owen.ru

87. Касаткин Б.С. Особенности механизма образования холодных трещин в сварных соединениях низколегированных высокопрочных сталей / Б.С. Касаткин, В.И. Бреднев // Автоматическая сварка. — 1985. — № 8 — С. 1-6,18.

88. Касаткин Б.С. Структурные превращения в зоне термического влияния при сварке стали 20ХНЗМА / Б.С. Касаткин, А.К. Царюк, Ю.М. Лебедев, Л.П. Кравченко // Автоматическая сварка. 1986. - № 2. -С. 6-9.

89. Бадиян Е.Е. Проведение количественного металлографического анализа с использованием компьютерной технологии / Е.Е. Бадиян и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2005. Том 71.- № 2.— С. 32-34.

90. Садовский В.Д. Структурная наследственность в стали. — М.: Металлургия, 1973. 209 с.

91. Ермаков С.И. Установка для моделирования сварочных термодеформационных циклов / С.И. Ермаков, В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц // Сварочное производство. 1978. - № 2. - С. 56-57.

92. Лебедев Ю.М. Методика моделирования сварочных термодеформационных циклов / Ю.М. Лебедев, Л.П. Кравченко, Н.М. Данилюк // Автоматическая сварка. 1978. - № 12. - С. 31-33.

93. Горелик С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ / С.С.Горелик, Л.Н.Расторгуев, Ю.А. Скаков. М.: Металлургия. -1970.-368 с.

94. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: справочник. — М.: Машиностроение. — 1979. — 134 с.

95. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. — М,: Машгиз.-1951.-296 с.

96. Бублик В.Т. Основные направления развития физических методов исследования материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. - Т. 73. -№ 1. - С. 35-38.

97. Козлов Э.В. Структурно-фазовое состояние сварных соединений паропроводов, отработавших сверхрасчетный срок / Э.В. Козлов, А.Н. Смирнов, H.A. Конева и др. // Сварка и Диагностика. 2008. — № 3. — С. 8-14.

98. МирзаевД.А. Структурный аспект формирования трещин расслоения при ВТМО сталей с ферритной структурой / Д.А. Мирзаев, И.Л. Яковлева, H.A. Терещенко и др. // Физика металлов и металловедение. — 2008.-Т. 106.-№2.-С. 189-198.

99. Васильев Л.С. Кинетика растворения фаз при деформировании наноструктурированных металлов и сплавов / Л.С. Васильев, И.Л. Ломаев, Е.П. Елсуков // Физика металлов и металловедение. — 2009. — Т. 107. — № 2. — С. 152-162.

100. Змиенко Д.С. Идентификация наночастиц карбидов ниобия в стали 10Х13Г12С2Н2Д2Б / Заводская лаборатория. Диагностика материалов.— 2008. Т. 74. - № 6. - С. 40-42.

101. Смирнов А.Н. Субструктура, внутренние поля напряжений и проблема разрушения паропроводов из стали 12Х1МФ / А.Н. Смирнов, Э.В. Козлов. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. - 163 с.

102. Смирнов А.Н. Эволюция структурно-фазового состояния теплоустойчивых сталей и акустический критерий работоспособности металла / Сварка и Диагностика. 2007. - № 6. - С. 13-17.

103. ДмитрикВ.В. Карбидные фазы и повреждаемость сварных соединений паропроводов в условиях ползучести / В.В. Дмитрик, А.К. Царюк, А.И. Конык // Автоматическая сварка. 2008. - № 3. - С. 39-43.

104. Скульский В.Ю. Оценка склонности сварных соединений теплоустойчивой хромистой мартенситной стали к образованию трещин при термической обработке / В.Ю. Скульский, А.К. Царюк, С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2009. — № 1. — С. 5-9.

105. Хулка К., Клинкенберг X. / Черная металлургия. 2005. - № 12. -С. 45-50.

106. Kheirandish Shahram, Kharrazi Yoosof Haaj Karim, Mirdamadi Shamseddin / ISIJ Int. 1997. - V. 37. № 7. - P. 721-725.

107. Van DijkN.H., Offerman S.E., Van der Zwaag S., SietsmaJ. / Ber. Hahn-Meitner-Inst. 2001. - № 584. - P. 195.

108. Штремель M.A., Карабасова JI.B., Чижиков В.И, Водениктов С.И. / Металловедение и термическая обработка металлов.- 1999.- № 4.-С. 16-20.

109. Dobatkin S.V., Krasilnikov N.A., Yanushkevitch K.I. Ultrafme Grained Materials III / Ed. by Y. T. Zhu et at TMS (The Minerals, Metals and Materials Society). -2004. P. 333-338.

110. Исследование влияния исходного состояния высокопрочной стали на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке / Э.Л.Макаров и др.// Труды МВТУ им. Баумана.- 1973.- № 3.-С. 113-118.

111. ЛысовВ.С. Структура и стойкость против образования холодных трещин металла околошовной зоны стали 38ХС / B.C. Лысов, Т.А. Макарова, В. Г. Федоров // Сварочное производство. 1982. - № 6. - С. 19-21.

112. Влияние исходного состояния свариваемого металла на свойства сварных соединений среднеуглеродистых сталей / B.C. Лысов, Е.С.Масленникова, В. Г.Федоров// Сварочное производство.- 1986.— № 2. С. 27-28.

113. ТатанкоИ.А. К вопросу о природе неоднородности закаленной стали / И.А. Татанко, А.И. Махатилова, В.В. Белозеров // Физика металлов и металловедение. 1983. — Вып. 4, т. 57. — С. 795.

114. ЧепрасовД.П. Свойства монтажных сварных соединений мостовых конструкций из сталей 10ХСНДА и 15ХСНДА/ Д.П. Чепрасов, Е.А. Иванайский, А.С.Платонов и др.// Сварочное производство. 1998. — №6.-С. 16-19.

115. Чепрасов Д.П. Влияние термодеформационных циклов на формирование зернистого бейнита в околошовной зоне при дуговой сварке стали 24Х2НАч / Д.П. Чепрасов, М.Н. Сейдуров, A.A. Иванайский // Ползуновский вестник. 2008. - № 4. - С. 89-94.

116. Денисенко A.B. Условия выявления границ бывшего зерна аустенита и их связь с продуктами распада в шве и ЗТВ сварных соединений низколегированных сталей / A.B. Денисенко, В.Ф. Грабин // Автоматическая сварка.- 1997.-№> 1.-С. 51-52.

117. Исследование процессов сварки и наплавки с использованием современной методики сбора и обработки экспериментальных данных/ М.В. Радченко, Д.П. Чепрасов, Ю.О. Шевцов и др. // Обработка металлов. -2008.-№1.-С. 7-10.

118. Рыбин В.В. Технологии создания конструкционных наноструктурированных сталей / В.В. Рыбин, В.А. Малышевский, Е.И. Хлусова // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. -№6.-С. 3-7.

Похожие работы

Обработка конструкционных материалов в машиностроении
05.03.00