В работе [4] разработан метод оценки ударной вязкости низколегированных сталей, основанный на определении приведенного обобщенного отношения степеней металличности и ковалентности межатомных связей, применимый для расчета ударной вязкости наплавленного низколегированными сварочными проволоками металла.

В соответствии с [4] ударная вязкость низколегированной стали со структурой сорбита, полученной после закалки и высокого отпуска, определяется по уравнению регрессии

, (1)

где k_KCU, а - коэффициенты линейного уравнения регрессии, табл.1; - приведенное обобщенное отношение степеней металличности и ковалентности межатомных связей.

Таблица 1

Коэффициенты уравнения (1) [4]

Параметр определяется по уравнению:

, (2)

где i, j - индексы атомов соответственно замещения и внедрения; Х_эi, Х_эj - мольная доля соответственно i-го и j-го компонентов стали; , - экспериментальные зависимости, учитывающие влияние содержания соответственно i-го и j-го элементов на величину ударной вязкости; - температурная зависимость линейного коэффициента термического расширения i-го элемента в температурном интервале от +20^оС до - 60^оС; - значение линейного коэффициента термического расширения i-го элемента при +20^оС.

Зависимости и , полученные на основе обработки экспериментальных данных [5 - 8], представлены на рис.1, 2.

Рис.1. Влияние ряда химических элементов на ударную в'язкість в зависимости от их мольной доли в стали

Рис.2. Влияние P, S, B, Zr, Nb, O и N на ударную вязкость в зависимости от их мольной доли в стали

Температурные зависимости ряда легирующих химических элементов, образующих в сталях твердые растворы замещения в интервале температур от +20^оС до - 60^оС получены путем обработки экспериментальных данных [9] с помощью программы Origin и приведены в табл.2.

Таблица 2

Температурные зависимости линейных коэффициентов теплового расширения ряда элементов в интервале температур от +20^оС до - 80^оС

Представленные на рис.1, 2 и в табл.1 зависимости получены при массовом содержании легирующих элементов, указанном в табл.3.

Оценка ударной вязкости наплавленного металла проводилась для ряда стальных сварочных проволок сплошного сечения.

Стальные низколегированные сварочные проволоки для сварки в среде активных защитных газов должны обеспечивать требуемую ударную вязкость металла шва при температурах эксплуатации сварных соединений не ниже указанных в соответствующих руководящих документах. Как правило, это +20^оС, 0^оС, - 20^оС, - 30^оС, - 40^оС, - 50^оС, - 60^оС и - 70^оС.

Таблица 3

Области массовых концентраций элементов, для которых справедливы уравнения (1) - (2)

В табл.4 приведены данные по минимальной допустимой температура эксплуатации сварных соединений, выполненных сварочной проволокой Св-08Г2С различных производителей и рядом других низколегированных стальных сварочных проволок, применяемых при сварке низколегированных сталей по данным [10 - 12].

Таблица 4

Минимальная допустимая температура эксплуатации сварных соединений T_мин для ряда используемых низколегированных стальных сварочных проволок при сварке сталей типа 09Г2С

Химический состав указанных в табл.4 сварочных проволок приведен в табл.5 (номера сварочных проволок в табл.4 соответствуют номерам строк в табл.5).

Химический состав сварочной проволоки №15 (табл.4, табл.5) принят по данным работы [12].

Химический состав сварочных проволок № 1 - 14, 16 и 17 определялся с помощью стационарного многоосновного оптико-эмиссионного анализатора "FOUNDRY-MASTER UVR". С этой целью, в соответствии с рекомендацией поставщика данных приборов в РФ (ООО "Синерком"), изготавливались образцы из многократно скрученной в несколько рядов сварочной проволоки, которые затем подвергались холодной пластической деформации (расплющиванию) и плоскому шлифованию контролируемой поверхности. На контролируемой поверхности образца, рис.3, проводилось определение химического состава проволоки. Окончательные результаты измерений химического состава данных сварочных проволок, представленные в табл.4, вычислялись как среднее арифметическое 5 измерений содержания химических элементов для каждого образца.

Таблица 5

Химический состав указанных в табл.4 сварочных проволок, %масс.

Рис.3. Внешний вид образца для определения химического состава стальной сварочной проволоки после проведения измерения

Химический состав наплавленного металла оценивался с учетом табл.5 и использованных, в первом приближении, данных по коэффициентам перехода основных элементов при полуавтоматической дуговой сварке стальными низколегированными проволоками сплошного сечения в среде CO₂+Ar [7], табл.6.

Таблица 6

Коэффициенты перехода основных элементов в наплавленный металл [7]

Ударную вязкость наплавленного металла и металла сварного шва различные нормативные документы регламентируют измерять на образцах Менаже [10] или на образцах Шарпи [11].

Из-за различного напряженного состояния в образцах Менаже и Шарпи, разного вклада работы изгиба образца единой связи между KCU и KCV не существует [13]. Известно, что при различной термической обработке одной и той же стали можно получить одинаковые значение временного сопротивления и KCU, но результаты по KCV при этом будут сильно различаться [13].

Учитывая, что образец Менаже более чувствителен к хрупкости от ослабления границ зерна, строчечности, и ликвационной неоднородности [13] в данной работе проводилась оценка KCU наплавленного металла.

1. Сварка и свариваемые материалы: справочник. В 3 т. / Под общ. ред.В.Н. Волченко. Т1: Свариваемость материалов / Под ред. Э.Л. Макарова. М.: Металлургия, 1991.528 с.

2. Сварка в машиностроении: справочник. В 4-х т. /Редкол.: Г.А. Николаев и [др.]. Т 2/Под ред.А.И. Акулова. 1978.462 с.

3. Касаткин О.Г., Миходуй Л.И. Выбор системы легирования шва при сварке высокопрочных сталей // Автоматическая сварка. 1992. №5.С. 19-25.

4. Протопопов Е.А. Оценка ударной вязкости низколегированных сталей // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. №10. С.35-38.

5. Степанов С.А., Гуляев Б.Б. Влияние легирующих добавок на механические свойства малоуглеродистой стали // Основы образования литейных сплавов. Труды XIV совещания по теории литейных процессов. М.: Наука, 1970. С.228-233.

6. Болховитинов Н.Ф. Металловедение и термическая обработка / Н.Ф. Болховитинов. М.: Машгиз, 1958.431 с.

7. Grong O. Metallurgical Modelling of Welding / University of Trondheim, The Norwegian Institute of Technology, 1994.581 p.

8. Венец Ю.С., Трегубенко Г.Н., Тарасьев М.И., Рабинович А.В. Экономно-легированная никелем азотосодержащая коррозионно-стойкая сталь // Вопросы атомной науки и техники (Украина). 2000. №4. С.149-152.

9. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974.292 с.

10. ОСТ 26 291-94. Сосуды и аппараты стальные сварные: Общие технические условия. - Измененная редакция, Изм. № 1; введ. 1996-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2005.152 с.

11. Сварочные материалы производства ESAB: каталог 2008-2009/ООО "Газстройсервис", ООО "ЭСАБ". М.: Газстройсервис, 2009.152 с.

12. Сурков А.В., Кипиани П.Н., Волобуев Ю.С., Яковлев В.В. Электродная проволока Св-08Г2С-С для сварки в газовых смесях на основе аргона и углекислого газа // Сварочное производство. 2009. №5. С.33-37.

13. Штремель, М.А. Информативность измерений ударной вязкости / М.А. Штремель // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2008. - N 11. - С.37-51.

Размещено на Allbest.ru