Свариваемость современных сталей lvan Hrivnak Department of Materials Science, Faculty of Metallurgy, Technical University, Letna 9, Kosice, Slovakia. E-mail:
[email protected]
Современные стали контролируемой прокатки, в том числе и HSLA стали являются отличными конструкционными материалами во многих областях прлмышленности. Применение нескольких механизмов упрочнения позволяет понизить содержание углерода и легирующих элементов, а, следовательно, заметно улучшить свариваемость. С другой стороны для повышения эффективности сварки требуются все большее и большее тепловложение, которое в свою очередь способствует получению в ЗТВ продуктов превращения, таких как верхний или гранулярный бейнит. Рост зерна и присутствие М-А составляющей в подобной структуре являются главными причинами ухудшения вязкости. В работе проводится анализ по влиянию роста зерна и микроструктуры на вязкость сварных соединений непосредственно после сварки и послесварочной термической обработки. 1.
Введение
При сварке и соединении материалов подобных сталям выделяют множество переменных и параметров, оказывающих влияние на процесс. Одной из них при сварке плавлением является интенсивность источника тепла, которая для большинства металлов в среднем составляет 100 Вт/см2. Термический цикл сварки, генерируемый подвижным источником тепла, приводит к изменению физического состояния материала, росту зерна, металлургическим превращениям, а также появлению временных термических и остаточных напряжений, искажениям. Физические несплошности, подобные трещинам, возникают в условиях кратковременного термического воздействия. Структурные превращения происходят под действием трех градиентов: термического, концентрационного и напряжений. Для анализа проблем трещинообразования и охрупчивания необходима временнáя термическая модель. Определяющими должны быть быстрое затвердевание и охлаждение сварного соединения с минимальным тепловложением в допустимом диапазоне скоростей сварки. Сварные швы приемлемого качества при сварке современных сталей обычно могут производится без предварительного или послесварочного подогрева, а также применения специальной техники сварки. Необходимость предварительного подогрева определяется не только содержанием углерода, но и на основе совокупности других легирующих элементов совместно с различными видами разделки кромок и толщины. Стали HSLA могут свариваться любым способом дуговой сварки. Однако высокая погонная энергия может привести к значительному росту зерна и выделению микролегирующих элементов в виде частиц, что вызывает снижение механических свойств.
1
2.
Рост зерна в ЗТВ
Одним из важных факторов при сварке сталей, влияющим на механические свойства, является рост зерна и микроструктурные превращения. Зерно вблизи валика сварного шва имеет значительно большие размеры по сравнению с зерном основного металла. Степень роста зерна зависит от параметров термического цикла – скорости нагрева, времени нахождения при высокой температуре, и химического состава стали. Вплоть до полного превращения α→γ зерно не находится в равновесии относительно поверхностной энергии γgb границ зерна. Более крупные зерна поглощают мелкие, что приводит к их росту. Размер зерна можно выразить следующей формулой: ⎡ tTf ⎛ ⎞⎤ Q d = ⎢∑ A exp⎜⎜ − t 8 / 5 ⎟⎟⎥ ⎝ RT (t ) ⎠⎦ ⎣ tTs
1/ n
,
где tTs, tTf – температруры при которых начинается и заканчивается превращение α→γ. В сталях контролируемой прокатки, включая