ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ЗОНЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ ПРИ СВАРКЕ ФЕРРИТНЫХ, ФЕРРИТНО-БЕЙНИТНЫХ И
МАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ
Коротовская С.В., Хлусова Е.И.
НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург,
Россия, npk3 a cnsm.ru
В связи с масштабным освоением Арктики и круглогодичной эксплуатацией Северного морского пути возникает потребность в обеспечении строительства широкого спектра судов ледового плавания новыми хладостойкими материалами с хорошей свариваемостью. Современные технологии создания судостроительных сталей позволяют обеспечить в листовом прокате стабильный высокий уровень механических свойств и характеристик работоспособности при температурах до минус 60 °С. Однако при сварке кратковременное термическое воздействие оказывает существенное негативное влияние на структуру различных участков зоны термического влияния, что приводит к деградации механических свойств и снижению общей работоспособности готовой конструкции.
Целью работы является исследование структуры и механических свойств в сталях ферритного, ферритно-бейнитного и мартенситного классов в зоне термического влияния после имитации сварки на комплексе «GLEEBLE 3800». При моделировании варьировали температуру нагрева в диапазоне 1300-700 °С, скорость охлаждения (1, 10 и 30 °С/с) и количество циклов нагрева. Из заготовок, подвергнутых нагреву и охлаждению по различным режимам, изготавливали образцы для испытаний на ударный изгиб (KV) и трещиностойкость на малых образцах (CTOD).
Моделирование процессов, происходящих в зоне термического влияния сварных соединений позволило установить, что в сталях ферритного и ферритно-бейнитного класса для минимизации негативного влияния высокоскоростного нагрева необходимо снижать протяженность зоны термического влияния за счет уменьшения тепловложения при сварке и повышения скорости охлаждения. В сталях мартенситного класса высокоскоростной сварочный нагрев не приводит к деградации структуры, что позволяет использовать любые режимы сварки. Также с помощью имитационного моделирования процессов сварки были определены требования к структуре судостроительных марок стали категории прочности от 355 до 960, которая обеспечивает стабильность механических свойств после влияния повреждающих кратковременных высокотемпературных воздействий, характерных для сварки листового проката.
Понимание характера изменения структуры и свойств низколегированных низкоуглеродистых сталей ферритного, ферритно-бейнитного и мартенситного классов в зависимости от параметров кратковременного термического воздействия позволило минимизировать изменение структуры и ухудшение механических свойств в зоне термического влияния при сварке и может быть использовано при назначении режимов сварки в реальных промышленных условиях.