ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 1 2024 129 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Взаимосвязь микроструктуры с ударной вязкостью металлов сварного шва трубных высокопрочных низколегированных сталей (обзор исследований) Юлия Карлина 1, a, *, Роман Кононенко 2, b, Владимир Иванцивский 3, c, Максим Попов 2, d, Федор Дерюгин 2, e, Владислав Бянкин 2, f 1 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, Ярославское шоссе, 26, г. Москва, 129337, Россия 2 Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, г. Иркутск, 664074, Россия 3 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия a https://orcid.org/0000-0001-6519-561X, jul.karlina@gmail.com; b https://orcid.org/0009-0001-5900-065X, istu_politeh@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0001-9244-225X, ivancivskij@corp.nstu.ru; d https://orcid.org/0000-0003-2387-9620, popovma.kvantum@gmail.com; e https://orcid.org/0009-0004-4677-3970, deryugin040301@yandex.ru; f https://orcid.org/0009-0007-0488-2724, borck3420@gmail.com Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 1 с. 129–154 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.1-129-154 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение В обзоре [1] рассмотрены особенности химического состава трубных сталей, способы сварки и нормативные документы, регламентирующие механические свойства. В этой статье рассмоИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 669.017 История статьи: Поступила: 19 сентября 2023 Рецензирование: 21 октября 2023 Принята к печати: 16 января 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2024 Ключевые слова: Сталь Феррит Перлит Бейнит Мартенсит Ударная вязкость Разрушение Гибридно-лазерная сварка Стандарты Благодарности Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Современная трубопроводная промышленность нуждается в разработке материалов высокой прочности и вязкости для производства сталей для нефте- и газопроводов. Изменения в технологиях производства стали и проката стали вызовом для разработчиков сварочных материалов и технологий соединения. Эта проблема более критична для уровней прочности выше 830 МПа, где отсутствуют специальные правила одобрения сварочных материалов. Методы исследования. Разрушение сварных соединений трубопроводов из высококачественной стали в настоящее время становится серьезной проблемой для трубопроводной промышленности. Многофазные микроструктуры, содержащие игольчатый феррит или фазу с преобладанием игольчатого феррита, обладают хорошими комплексными свойствами в сталях HSLA. В данной статье основное внимание уделяется результатам, полученным с использованием современных методов сканирующей электронной микроскопии для микроструктурного анализа, таких как обратно рассеянные электроны (BSE) для контрастной визуализации по каналам электронов (ECCI) и ориентационная микроскопия на основе дифракции обратного рассеяния электронов (ORM), а также характеристические рентгеновские лучи для композиционного анализа с помощью X-лучевой спектроскопии (XEDS) и вторичных электронов (SE) для наблюдения за морфологией поверхности. Результаты и обсуждение. В данной работе проведен анализ характеристик микроструктуры сварного шва и ее связи с ударной вязкостью. Показано, что прогнозирование ударной вязкости на основе микроструктурных характеристик металлов сварных швов стали усложняется из-за большого количества задействованных параметров. Для этого необходима оптимальная микроструктура стали. Удовлетворительная микроструктура зависит от нескольких факторов, таких как химический состав, обработка горячей деформацией и ускоренное охлаждение. Легирующие элементы оказывают комплексное влияние на свойства стали, и обычно в состав стали вводят легирующие добавки, в том числе Mn, Mo, Ti, Nb и V. С металлургической точки зрения выбор легирующих элементов и металлургический процесс могут сильно повлиять на полученную микроструктуру. Более длительное время охлаждения демонстрирует тенденцию к улучшению ударной вязкости и снижению механической прочности наплавленных металлов высокопрочных сталей. Сварочные термические циклы вызывают существенные изменения механических свойств основного материала. Проведенный анализ показал, что ударная вязкость сильно зависит от микроструктуры многопроходного сварного шва исследуемого материала, которая содержит несколько источников неоднородности, таких как междендритная сегрегация, а эффективный размер зерна также может быть значимым фактором, объясняющим сильные отклонения значений локальной ударной вязкости. Показано, что игольчатый феррит, зародившийся во внутризеренных включениях, приводит к образованию мелкозернистого переплетенного расположения ферритных пластин, обеспечивающего высокую прочность на разрыв и превосходную ударную вязкость, поэтому он является желательной микроструктурной составляющей в металлах сварного шва стали C-Mn. В то же время дискуссия относительно связи между игольчатым ферритом и ударной вязкостью очень сложна и все еще открыта в настоящее время. Связь ударной вязкости с игольчатым ферритом с учетом верхнего валика не является надежной процедурой даже для однопроходных наплавок. Ударная вязкость зависит от нескольких факторов, и общепризнан сильный эффект игольчатого феррита благодаря его мелкозернистой взаимосвязанной структуре, предотвращающей распространение хрупких трещин в результате раскола. Границы с большим углом разориентации и высокая плотность дислокаций игольчатого феррита обеспечивают высокую прочность и ударную вязкость. Однако для одного и того же количества игольчатого феррита могут наблюдаться разные значения вязкости в зависимости от содержания микролегирующих элементов в стали. Анализ результатов различных исследований показал, что на ударную вязкость влияют и другие факторы. Например, микрофазы, присутствующие вдоль надреза Шарпи-V, имеют решающее значение для ударной вязкости металлов сварного шва. Объединение методов OM, SEM и EBSD представляет собой интересный метод металлографического исследования уточненной микроструктуры металлов сварных швов трубопроводов из высококачественной стали. Заключение. В настоящем обзоре сообщается о наиболее репрезентативном исследовании, касающемся микроструктурного фактора в сварном шве трубных сталей. Обзор включает в себя сводку наиболее важных переменных процесса, свойств материалов, нормативных правил, а также характеристик микроструктуры и механических свойств соединений. Предполагается, что этот обзор поможет читателям с разным опытом, от неспециалистов по сварке или материаловедов до специалистов различных промышленных приложений и исследователей. Для цитирования: Взаимосвязь микроструктуры с ударной вязкостью металлов сварного шва трубных высокопрочных низколегированных сталей (обзор исследований) / Ю.И. Карлина, Р.В. Кононенко, В.В. Иванцивский, М.А. Попов, Ф.Ф. Дерюгин, В.Е. Бянкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 26, № 4. – С. 129–154. – DOI: 10.17212/19946309-2024-26.1-129-154. ______ *Адрес для переписки Карлина Юлия Игоревна, к.т.н., научный сотрудник Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, Ярославское шоссе, 26, 129337, г. Москва, Россия Тел.: +7 914 879-85-05, e-mail: jul.karlina@gmail.com
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1