АО «Выксунский металлургический завод», Выкса, Россия

С. В. Жарков, главный специалист центра исследовательских лабораторий инженерно-технологического центра
П. П. Степанов, директор инженерно-технологического центра, канд. техн. наук
О. А. Багмет, заведующий лабораторией центра исследовательских лабораторий инженерно-технологического центра, канд. техн. наук

АО «Выксунский металлургический завод», Выкса, Россия¹ ; Выксунский филиал НИТУ «МИСиС», Выкса, Россия²:
Л. И. Эфрон, научный руководитель инженерно-исследовательского центра¹, профессор², докт. техн. наук, эл. почта: Lefron@omk.ru

Целью работы является изучение влияния скорости охлаждения на формирование структуры и ударную вязкость сварного соединения низкоуглеродистой трубной стали типа 07ХГ2Б. Варьирование скорости охлаждения w_8/5 от 0,9 до 12,4 °С/с в интервале температур 800–500 °C осуществляли путем изменения погонной энергии сварки, ширины разделки и температуры свариваемых на лабораторном сварочном стенде пластин толщиной 22 мм. Проведенные исследования подтверждают ранее сделанные выводы о том, что снижение погонной энергии сварки и, как следствие, увеличение скорости охлаждения сварного соединения w_8/5 сопровождается ростом ударной вязкости. Для исследуемой стали значимый прирост ударной вязкости KCV^–40 (более чем в 2,5 раза) происходит в интервале скоростей охлаждения w_8/5 от 0,9 до 7,3 °C/с и характерен не только для испытаний по линии сплавления, но и по центру шва. Показано, что с повышением скорости охлаждения сварного соединения в структуре металла шва снижается максимальная длина и ширина, а вместе с тем и доля кристаллитов зернограничного феррита. При высоких скоростях охлаждения матрица структуры шва полностью состоит из игольчатого феррита, что благоприятно с точки зрения повышения плотности высокоугловых границ зерен, вязкости и хладостойкости. В околошовной зоне (ОШЗ) с увеличением скорости охлаждения уменьшается максимальный и средний размер зерен аустенита, устраняется зернограничный и видманштеттов феррит, формируется полностью бейнитная структура и повышается доля реечного бейнита, что также приводит к росту плотности высокоугловых границ и способствует увеличению ударной вязкости, возрастает доля мартенситно-аустенитной (МА) составляющей в структуре шва и ОШЗ. Предполагается, что повышение скорости охлаждения одновременно с благоприятным влиянием на структуру шва и ОШЗ снижает время для процессов, происходящих в сварочной ванне, что может быть неблагоприятным фактором с точки зрения ударной вязкости шва.

1. Seyffarth P. Schweiβ-ZTU-Schaubilder. — Deutscher Verlag für Schweiβtechnik GmbH. Duesseldorf. 1982. — 173 р.
2. Heisterkamp F., Hulka К., Batte D. Metallurgy welding and qualification of microalloyed (HSLA) steel weldments. — Miami : AWS, 1990. P. 659–681.
3. Грабин В. Ф., Денисенко А. В. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. — Киев : Наукова думка, 1978. — 276 с.
4. Гривняк И. Свариваемость сталей. — М. : Машиностроение, 1984. — 216 с.
5. Франтов И. И., Пермяков И. Л., Борцов А. Н. Кинетика фазовых превращений аустенита в околошовной зоне и в зоне термического влияния при сварке микролегированных трубных сталей // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2011. № 3. С. 1–12.
6. Степанов П. П., Зикеев В. Н., Эфрон Л. И., Франтов И. И., Морозов Ю. Д. Улучшение свариваемости стали для толстостенных газопроводных труб большого диаметра путем оптимизации химического состава // Металлург. 2010. № 11. С. 62–67.
7. 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.

8. Величко А. А., Орлов В. В., Пазилова У. А., Сулягин Р. В., Хлусова Е. И. Оптимизация структуры и свойств зоны термического влияния сварных соединений высокопрочных трубных сталей // Сварочное производство. 2014. № 9. С. 8–13.
9. Frantov I. I., Velichko A. A., Bortsov A. N., Utkin I. Yu. Weldability of niobiumcontaining high-strength steel for pipelines // Welding Journal. 2014. Vol. 93. No. 1. P. 23–29.
10. Ефименко Л. А., Пономаренко Д. В., Уткин И. Ю., Рамусь Р. О. Исследование влияния склонности к росту зерна аустенита на ударную вязкость ЗТВ сварных соединений малоуглеродистых низколегированных сталей // Металлург. 2020. № 4. С. 62–65.
11. Reichert J. M., Militzer M., Poole W. J., Collins L. A new approach using EBSD to Quantitatively distinguish complex transformation products along the HAZ in X80 linepipe steel // International Pipeline Conference. 2014. Vol. 3. P. 1–7.
12. Воркачев К. Г., Степанов П. П., Эфрон Л. И., Кантор М. М., Частухин А. В. и др. Влияние микроструктуры на вязкость сварного соединения высокопрочных низколегированных сталей при имитации грубозернистой области зоны термического влияния // Металлург. 2020. № 9. С. 90–97.
13. Jorgea J. C. F., de Souzaa L. F. G., Mendesa M. C. et al. Microstructure characterization and its relationship with impact toughness of C–Mn and high strength low alloy steel weld metals – a review // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 10. P. 471–501.
14. Loder D., Michelic S. K., Bernhard C. Acicular ferrite formation and its influencing factors – a review // Journal of Materials Science Research. 2017. Vol. 6, No. 1. P. 24–43.
15. Ilić A., Ivanović L., Stojanović B., Josifović D., Desnica E. Impact toughness of high strength low alloy steel welded joints // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 3. P. 98–104.
16. ГОСТ 6996–66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. — Введ. 01.01.1967. — М. : Стандартинформ, 1966.
17. DNV-OS-F101. Submarine Pipeline Systems. URL: https://rules.dnv.com/docs/pdf/DNVPM/codes/docs/2013-10/OS-F101.pdf (дата обращения: 10.06.2022).