1168

УДК 621.791

Е.А. Кривоносова, Е.А. Синкина, О.А. Рудакова

Пермский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СТРУКТУРНЫМ СОСТАВОМ ЗОНЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ

И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ПЛАВОК СТАЛИ ЭП-56

Представлены результаты испытаний коррозии под напряжением зоны термического влияния стали ЭП-56. Установлено, что склонность к коррозионному растрескиванию зависит от исходного состояния, химического состава и параметров термического цикла сварки.

Ключевые слова: коррозия под напряжением, сталь феррито-мартенситного класса, исходный структурный состав, зона темического влияния, термический цикл сварки.

На предприятии «Протон-ПМ» для изготовления ответственных сварных конструкций широко используется сталь ЭП-56 (09Х16Н4Б). Технология сварки этой стали отработана, но периодически в сварных конструкциях по данным цветной дефектоскопии обнаруживались трещины. Исправление поверхностных трещин не гарантирует их отсутствия по всему сечению сварных соединений. В последние годы было несколько случаев разрушения сварных конструкций после гидроиспытаний. Разрушение происходило по зоне термического влияния.

В связи с этим возникла необходимость тщательного изучения влияния режимов термической обработки до и после сварки, а также режимов сварки на свойства сварных соединений. Особый интерес к изучению процессов в околошовной зоне при сварке обусловлен тем, что именно в ней, как правило, происходят наиболее резкие изменения структуры и свойств основного металла, которые в большинстве случаев оказываются решающими при оценке свариваемости данного сплава или стали (снижения пластичности и ударной вязкости вследствие роста зерна, перегрева и полной или частичной закалки, образование горячих и холодных трещин).

Сталь ЭП-56 (09Х16Н4Б) относится к высокопрочным сталям ферритомартенситного класса. Применяется в аэрокосмической, судостроительной промышленностях для изготовления ответственных узлов и конструкций. Сталь ЭП-56 обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях ивряде химических сред благодаря повышенному содержанию хрома.

32

Для проведения работы ОАО «Протон-ПМ» были предоставлены листы из стали ЭП-56 четырех плавок – 1Ш1165, 1Ш1163, 2Ш7219 и 2Ш7588 – в состоянии поставки. Химический состав и механические свойства горячекатаных термически обработанных (нагрев 970 ºС, воздух; отпуск 350 ºС, 2 ч, воздух) листов разных плавок по сертификату качества представлены в табл. 1 [1].

Таблица 1

Химический состав и механические свойства исследуемых плавок стали ЭП-56

Для сравнительного анализа плавок стали были выбраны образцы плавок 1Ш1165 и 2Ш7219. Плавка 1Ш1165 (образцы № 5, 7) показала наименьшую стойкость к коррозионному растрескиванию среди всех испытанных плавок, а плавка 2Ш7219 (образцы № 22, 24) – наибольшую.

33

направленная полосчатая структура, но толщина полос намного меньше, чем у образца №24 плавки 2Ш7219, также не подвергнутого термообработке. Полосчатость пропадает с проведением предварительной термообработки образца № 22, истановится видна зернистая структура (рис. 1, в, г).

Сталь ЭП-56 относится к удовлетворительно свариваемым. При охлаждении после сварки на воздухе склонна к подкаливанию и образованию хрупких структур [3].

Для данной стали применяют предварительную термообработку: нормализация + высокий отпуск. Нормализация (нагрев выше Ас3) способствует растворению карбидов и получению равновесной структуры. Высокий отпуск применяют для преобразования закалочных структур.

Образцы плавок (№ 5, 22), подвергнутые предварительной термической обработке, имеют более крупное зерно в исходном состоянии, чем образцы соответствующих плавок, но термически необработанных. Наблюдаем, что термический цикл не влияет на размер зерна у образцов без термообработки, в то время как у обработанных образцов заметен небольшой рост зерна.

Для исследования склонности к коррозионному растрескиванию ЗТВ выбраны образцы из участков нагрева 800 °С и 1350 °С, что соответствует зонам неполной перекристаллизации и перегрева.

Воспроизведение проводилось по различным термическим циклам: короткому и длинному. Короткий цикл характеризуется меньшей погонной энергией, чем длинный цикл, следовательно, и меньшим временем пребывания выше критической точки Ас3.

Испытания образцов обеих плавок, воспроизводимых по длинному термическому циклу, на коррозионное растрескивание показали, что при режимах сварки, соответствующих данному термическому циклу, зона неполной перекристаллизации не склонна к коррозии под напряжением (ни один образец не разрушился).

Структура образца № 5 после воспроизведения цикла сохраняет зернистый характер (рис. 2, а). Происходит небольшой рост зерна и уменьшение остаточного аустенита Аост. Структура образца М + Ф + Аост. По границам выделяются карбиды.

Образец № 7 теряет слабовыраженную направленность зерен и приобретает равномерную мелкодисперсную структуру с отсутствием скоплений карбидов (рис. 2, б). Структура образца М + Ф.

Полосчатость (чередование темных и светлых полос) образца № 24 сохраняется после воспроизведения цикла (рис. 2, в). Темные полосы представляют собой δ-Ф + карбиды, а светлые – мартенсит М.

35

Образцы всех плавок с предварительной термообработкой оказывались менее стойки, чем образцы без предварительной термообработки.

Сталь плавки 1Ш1165 содержит кремния и марганца больше, чем сталь плавки 2Ш7219. Кремний и марганец, растворяясь в аустените, вытесняют углерод, увеличивая объем аустенита. Это приводит при охлаждении к увеличению Аост и вытеснению углерода, который, соединяясь с хромом, образует карбиды по границам зерен. Неоднородность межзеренных границ выше, чем в стали плавки 2Ш7219 [6].

Сталь плавки 1Ш1165 содержит больше фосфора на 0,01 %, что снижает работу распространения трещины. Как известно, фосфор относится к сильным упрочнителям [7].

Кремний и марганец снижают Ас3, следовательно, понижается температура интенсивного роста зерна. Поэтому нагрев образцов плавки 1Ш1165 приведет к значительному укрупнению зерна.

Список литературы

1.ГОСТ 5632–72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

2.Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. – Киев: Наукова думка, 1977. – 256 с.

3.Специальные стали: учебник для вузов / М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: МИСИС, 1999. – 408 с.

4.Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. – М.: Машиностроение. 1990. – 384 с.

5.Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. М.: Металлургия, 1967. – 798 с.

6.Петров Л.Н. Коррозия под напряжением. – Киев: Вища школа, 1986. – 142 с.

7.Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. – М.: Металлургия, 1974. – 256 с.

Получено 14.01.2011