РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве объекта исследований были выбраны стыковые соединения образцов
металла многослойных швов (наплавленный металл), выполненных в соответствии с
требованиями Европейского стандарта EN 1597-1 на стали 10ХСНД. Исследования
проводились на образцах наплавленного металла многопроходных швов, полученных
при сварке под агломерированными флюсами, в состав которых вводили
металлический алюминий и/или ферротитан, содержащий 25 % титана.
Сварку выполняли под флюсами трех типов, различавшихся между собой величиной
кислородного потенциала. Химический состав металла швов и сварочной проволоки
исследованных швов приведены в табл.2.1. Тип сварочных флюсов, их кислородный
потенциал, а также содержание металлических Al и Ti в составе флюсов приведены
в табл.2.2.
Исследования влияния проволок с УНСУ на микроструктуру сварных швов и их
свойства были выполненных на стали 10ХСНД под флюоритноосновным флюсом АНК-57 в
сочетании с различными сварочными проволоками с УНСУ. Химический состав металла
сварных швов и сварочных проволок с УНСУ приведен в табл.2.3. Выбор типа
сварочной проволоки определялся задачей создания швов с различным уровнем С, Ni
и Mo.
Сварку выполняли на постоянном токе обратной полярности при следующих режимах:
Iсв = (620±5) А, Uд = (30±1) В, Vсв = (20±0,5) м/ч, qсв ~ 48 кДж/см. Cкорость
охлаждения шва поддерживали на уровне 4…7 оС/с.
Исследования влияния природы НВ и характера химической микронеоднородности на
механизм хрупкого разрушения проводили на образцах металла швов, полученных при
сварке стали 10ХСНД покрытыми электродами и под керамическими флюсами
флюоритноосновного типа.
Таблица 2.1
Химический состав металла исследованных швов и сварочной проволоки
№№
шва
Химический состав металла исследованных швов, мас. %
Al
Si
Ti
Ni
Mn
Mo
Св.пров
0,020
0,002
0,16
0,004
2,29
0,62
0,17
0,010
0,011
13/1
0,032
0,007
0,53
0,001
2,40
0,84
0,19
0,009
0,004
13/4
0,031
0,010
0,64
0,003
2,48
0,82
0,20
0,019
0,005
13/7
0,035
0,007
0,63
0,001
2,39
0,82
0,19
0,009
0,005
9/1
0,036
0,011
0,32
0,003
2,32
0,84
0,18
0,009
0,007
9/4
0,036
0,014
0,34
0,003
2,36
0,84
0,17
0,008
0,007
9/7
0,039
0,014
0,33
0,003
2,46
0,89
0,19
0,009
0,008
19/1
0,037
0,023
0,21
0,005
2,43
0,55
0,17
0,009
0,005
19/4
0,036
0,028
0,23
0,003
2,46
0,52
0,16
0,007
0,009
19/7
0,038
0,034
0,20
0,002
2,53
0,52
0,19
0,008
0,007
Таблица 2.2
Маркировка исследованных сварных швов
Тип
сварочного
флюса
№№
шва
Содержание элементов во флюсе, мас. %
Кислородн
потенциал
флюса (pо)
Al
Ti
Кислый
(BI = 0,67)
13/1
0,5
— 307
13/4
0,4
13/7
0,5
0,2
Нейтральн
(BI = 1,25)
9/1
0,5
— 337
9/4
0,4
9/7
0,5
0,2
Основной
(BI = 2,53)
19/1
0,5
— 369
19/4
0,4
19/7
0,5
0,2
Таблица 2.3
Химический состав металла сварных швов выполненных проволоками УНСУ
№№
шва
Химический состав металла сварных швов, мас. %
Si
Mn
Mo
Ni
Al
Ti
Cr
Cu
Св-03Г2Н2МТА
0,030
0,14
1,16
0,60
2,63
0,003
0,004
0,27
0,15
0,011
0,011
Шов №1
0,037
0,09
0,99
0,51
2,25
0,018
0,003
0,19
0,12
0,014
0,005
Св-03Г2Н2ТА
0,020
0,16
0,65
0,17
2,58
0,002
0,004
0,28
0,15
0,011
0,010
Шов №2
0,025
0,10
0,62
0,15
2,29
0,014
0,003
0,17
0,12
0,013
0,006
Св-04Н3ГMТА
0,036
0,235
1,01
0,26
2,53
0,002
0,018
0,10
0,16
0,007
0,014
Шов №3
0,048
0,46
0,99
0,30
1,87
0,012
0,008
0,24
0,30
0,009
0,014
Св-06Г2НМТА
0,060
0,20
1,40
0,52
1,20
0,002
0,008
0,26
0,16
0,016
0,011
Шов №4
0,073
0,42
1,28
0,27
1,27
0,013
0,013
0,28
0,40
0,016
0,010
2.1. Подготовка образцов
Исследования проводились на образцах многослойных сварных швов при сварке
стыковых соединений толщиной 14…20мм с V-образной разделкой кромок в области
последнего прохода рис.2.1.
Подготовка сварных швов для микроскопических исследований осуществлялась путем
механического шлифования, с последующей механической и электролитической
полировкой. Травление образцов на первичную структуру проводилось по методике
[23], в подогретой пикриновой кислоте.
Выявление границ действительного зерна металла шва осуществлялось по известной
методике В.Д.Садовского [52] путем травления в пикриновой кислоте с
использованием малых добавок поверхностно-активных веществ.
После травления в 4%-ном растворе азотной кислоты (нитале) проводились
исследования вторичной структуры металла шва. Карбидную фазу в структуре
металла шва выявляли, применяя травление в пикрате натрия.
В качестве характеристики структуры исследуемых швов использовался размер
первичного аустенитного зерна Dг, размер и объемная доля НВ dнв и fнв,
концентрация легирующих элементов в микроструктурных составляющих.
При проведении сравнительных экспериментов, с целью исключения влияния
масштабного фактора, образцы изготавливали одинакового размера.
Рис. 2.1. Схема вырезки образцов для исследований:
а – для фрактографических исследований на РЭМ ;
б – для просвечивающей электронной микроскопии;
в – для металлографических исследований.
2.2. Структурный анализ образцов
2.2.1. Оптическая металлография
Металлографический анализ проводили с помощью световых микроскопов Versamet-2 и
Неофот-32 снабженных цифровой фотокамерой OLYMPUS C-3000ZOOM. Общая матрица
изображения в ней составляет 3.340.000 пикселей. Максимальное разрешение камеры
2048х1536 пикселей. В камере для оперативного управления используется 1.8” TFT
цветной LCD дисплей. В режиме ZOOM укрупнение камеры изменяется от 1 до 10
раз.
Количественное определение микроструктурных