АО «Русский научно-исследовательский институт трубной промышленности», Челябинск, Россия¹ ; ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет», Челябинск, Россия2:

И. И. Сулейманова, инженер лаборатории прочности и сварки труб¹, аспирант кафедры оборудования и технологии сварочного производства², эл. почта: suleimanova@rosniti.ru
Д. И. Дербенев, младший научный сотрудник лаборатории прочности и сварки труб¹, аспирант кафедры оборудования и технологии сварочного производства²

АО «Русский научно-исследовательский институт трубной промышленности», Челябинск, Россия:

В. Д. Квашнин, начальник участка технологии сварки лаборатории прочности и сварки труб
Д. С. Яковлев, заведующий лабораторией прочности и сварки труб, канд. техн. наук

В работе принимала участие инженер лаборатории металловедения и термической обработки Н. В. Елистратова.

Исследованы особенности формирования структуры околошовной зоны (ОШЗ) в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного соединения трубной стали категории прочности Х100 в зависимости от скорости охлаждения после сварки путем имитации термических циклов сварки на испытательном комплексе физического моделирования Gleeble 3800. Построена термокинетическая диаграмма (ТКД) распада аустенита в металле ОШЗ стали категории прочности Х100, позволяющая изучить структуру и кинетику фазовых превращений при воздействии термического цикла сварки. Установлено, что в диапазоне скоростей охлаждения от 0,1 до 150 ºC/с распад аустенита сопровождается бейнитным и мартенситным превращениями. С увеличением скорости охлаждения бейнитная структура меняет свою морфологию c глобулярной и грубой игольчатой на дисперсную игольчатую с выраженной организацией пакета и реечной морфологией; островки мартенситно-аустенитной составляющей, имеющие остроугольную форму и распределенные на границах между рейками, пакетами и внутри них, постепенно трансформируются в тонкие прослойки. При скорости охлаждения более 15 ºC/с появляется мартенситная структура, несмотря на это в ней можно наблюдать крупные блоки (кристаллы) бейнита с мартенситно-аустенитной составляющей. Значения твердости изменяются от 245–285 до 307–353 HV с появлением и увеличением доли мартенситной структуры.

1. Эфрон Л. И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. — М. : Металлургиздат, 2012. — 696 с.
2. Gu Y., Tian P., Wang X., Han X., Liao B., Xiao F. Non-isothermal prior austenite grain growth of a high-Nb X100 pipeline steel during a simulated welding heat cycle process // Materials and Design. 2016. Vol. 89. P. 589–596.
3. Столяров В. И., Пышминцев И. Ю., Ефименко Л. А., Елагина О. Ю., Морозов Ю. Д. и др. Свариваемость высокопрочных сталей для газопроводных труб большого диаметра // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2008. № 3. С. 39–47.
4. Шабалов И. П., Филиппов В. Г., Чевская О. Н., Баева Л. А. Направление совершенствования конструкционных материалов для газо- и нефтепроводов // Металлург. 2017. № 6. С. 48–55.
5. Khudyakov A., Korobov Y., Danilkin P., Kvashnin V. Finite element modeling of multiple electrode submerged arc welding of large diameter pipes // Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 681. No. 1. P. 012025.
6. Шоршоров М. Х., Белов В. В. Фазовые превращения и изменения свойств стали при сварке. Атлас. — М. : Наука, 1965. — 337 с.
7. Рингинен Д. А., Частухин А. В., Хадеев Г. Е., Эфрон Л. И., Степанов П. П. Изучение свариваемости стали класса прочности Х100 // Металлург. 2013. № 12. С. 68–74.
8. Струин А. О. Повышение сопротивления разрушению труб большого диаметра классов прочности К60, К65 из малоуглеродистых феррито-бейнитных сталей: дис. … канд. техн. наук. — Челябинск, 2014. — 151 с.
9. Huang G., Wan X., Wu K., Zhao H., Misra R. D. K. Effects of small Ni addition on the microstructure and toughness of coarse-grained heat-affected zone of high-strength low-alloy steel // Metals. 2018. Vol. 8. 12 p.
10. Wang X., Chen X., Wen F., Guo P., Yang L., Yan Q., Di H. Effect of cooling time t8/5 on microstructure and toughness of Nb – Ti – Mo microalloyed C – Mn steel // Journal of Iron and Steel Research International. 2018. Vol. 25. P. 1078–1085.
11. Xie H., Du L.-X., Hu J., Sun G.-S., Wu H.-Y., Misra R. D. K. Effect of thermomechanical cycling on the microstructure and toughness in the weld
CGHAZ of a novel high strength low carbon steel // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 639. P. 482–488.
12. Пышминцев И. Ю., Вятчинников В. В., Мозговой А. В., Худяков А. О., Данилкин П. А. и др. Изучение влияния термического цикла сварки на свойства основного металла труб на комплексе Gleeble 3800 // Труды XXI международной научно-практической конференции «Трубы – 2014». — Челябинск : ОАО «РосНИТИ», 2014. С. 235–241.
13. ГОСТ 5639–82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983. — М. : Издательство стандартов, 1982.
14. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 01.07.1976. — М. : Издательство стандартов, 1975.

15. Смирнов М. А., Пышминцев И. Ю., Борякова А. Н. Классификация микроструктур низкоуглеродистых трубных сталей // Металлург. 2010. № 7. С. 45–51.
16. Лившиц Л. С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей). — М. : Машиностроение, 1979. — 253 с.
17. Liu Y., Yang L., Feng B., Baid S., Xu Ch. Physical simulation on microstructure and properties for weld HAZ of X100 pipeline steel // Materials Science Forum. 2013. Vol. 762. P. 556–561.
18. Chen X., Qiao G., Han X., Wang X., Xiao F., Liao B. Effects of Mo, Cr and Nb on microstructure and mechanical properties of heat affected zone for Nb bearing X80 pipeline steels // Materials and Design. 2014. Vol. 53. P. 888–901.