Модифицирование структуры сварных швов высоко-прочных низколегированных сталей наночастицами тугоплавких металлов

Abstract

RU: Цель. Целью работы являлось исследовать влияние нанодисперсных частиц тугоплавких металлов на кристаллизацию жидкого металла сварочной ванны и кинетику превращения аустенита в металле швов высокопрочных низколегированных сталей. В работе представлены результаты исследований структуры металла швов высокопрочной низколегированной стали 14ХГНДЦ, в расплав которой вводились нанопорошковые частицы различных тугоплавких соединений – оксидов, карбидов и нитридов (TiC, TiN, SiC, VC, NbC, TiO2, Al2O3, MgO, ZrO2). Выполненные исследования показали эффективность применения нанооксидов титана TiO2 и циркония ZrO2, что позволило обеспечить высокие значения механических свойств металла сварных швов (σв -708 МПа и 621МПа, KCV-20 - 60 Дж/см2и 72,9 Дж/см2, δ – 21 и 19%), за счет формирования комплекса бейнитных и игольчатых структур. Использование установки имитации термических циклов Gleeble 3800 позволило установить взаимосвязь между температурными интервалами превращения, количеством структурных составляющих и типом модифицирующих наночастиц. Научная новизна. Модифицирование металла швов наночастицами оксидов титана TiO2 и циркония ZrO2 приводит к развитию превращения в высокотемпературной области образования бейнита с образованием игольчатого феррита, который обладает благоприятным комплексом прочностных, пластических и вязких свойств. Карбиды TiC, SiC и нитриды TiN, NbN снижая температуру начала образования бейнита приводят к образованию бейнитно-мартенситных структур (нижнему бейниту, микрофазам, МАК-фазе), которые обладают пониженными вязкими и пластическими свойствами. Соединения VN, VC и ZrC хорошо растворимы в жидком металле сварочной ванны и, вследствие этого, они малопригодны в качестве эффективных модификаторов структуры металла швов. Практическое значение. Результаты работы будут использованы для повышения эксплуатационных свойств сварных соединений ВПНЛ сталей.

UK: Мета. Метою роботи було дослідити вплив нанодисперсних частинок тугоплавких металів на кристалізацію рідкого металу зварювальної ванни і кінетику перетворення аустеніту в металі швів високоміцних низьколегованих сталей. У роботі представлені результати досліджень структури металу швів високоміцної низьколегованої сталі 14ХГНДЦ, в розплав якої вводилися нанопорошковие частки різних тугоплавких сполук - оксидів, карбідів і нітридів (TiC, TiN, SiC, VC, NbC, TiO2, Al2O3, MgO, ZrO2). Виконані дослідження показали ефективність застосування нанооксидів титану TiO2 і цирконію ZrO2, що дозволило забезпечити високі значення механічних властивостей металу зварних швів (σв -708 МПа і 621МПа, KCV-20 - 60 Дж / см2 і 72,9 Дж / см2, δ - 21 і 19%), за рахунок формування комплексу бейнітне і голчастих структур. Використання установки імітації термічних циклів Gleeble 3800 дозволило встановити взаємозв'язок між температурними інтервалами перетворення, кількістю структурних складових і типом модифікуючих наночастинок. Наукова новизна. Модифікування металу швів наночастинками оксидів титану TiO2 і цирконію ZrO2 призводить до розвитку перетворення в високотемпературної області освіти бейнита з утворенням голчастого фериту, який володіє сприятливим комплексом міцнісних, пластичних і в'язких властивостей. Карбіди TiC, SiC і нітриди TiN, NbN знижуючи температуру початку освіти бейнита призводять до утворення бейнітне-мартенситних структур (нижньому бейніта, мікрофази, МАК-фазі), які володіють зниженими грузлими і пластичними властивостями. З'єднання VN, VC і ZrC добре розчинні в рідкому металі зварювальної ванни і, внаслідок цього, вони малопридатні в якості ефективних модифікаторів структури металу швів. Практична значимість. Результати роботи будуть використані для підвищення експлуатаційних властивостей зварних з'єднань ВПНЛ сталей.

EN: Purpose. The aim of study was to investigate the impact of nano-dispersed particles of refractory metals in the molten metal of the weld pool and the crystallization kinetics of austenite in the metal joints of high-strength low-alloy steels. The results of studies of the metal structure of high-strength low-alloy steel joints 14HGNDTS, which were introduced into the melt. Nanopowder particles of various refractory compounds - oxides, nitrides and carbides (TiC, TiN, SiC, VC, NbC, TiO2, Al2O3, MgO, ZrO2). The studies showed the effectiveness of nanooxides TiO2 titanium and zirconium ZrO2, thus ensuring high values of the mechanical properties of the weld metal (Rm -708 MPa and 621MPa, KCV-20 - 60 J / cm2 and 72.9 J / cm 2, δ - 21 and 19%), due to the formation of the complex and needle bainitic structures. Using Gleeble 3800 installation simulating thermal cycles it possible to establish the relationship between the temperature conversion interval, the number of structural components and the type of modifying nanoparticles. Originality. Modification of metal nanoparticles seams titanium and zirconium oxide ZrO2 TiO2 leads to the development of transformation at high temperatures to form bainite acicular ferrite, which complex has a favorable strength, plastic and viscous properties. Carbides TiC, SiC and nitrides of TiN, NbN lowering the bainite start temperature lead to the formation of bainitic-martensitic structures (lower bainite, microphase MAK-phase), which have reduced viscous and plastic properties. Compounds of VN, VC and ZrC are readily soluble in the molten metal of the weld pool and therefore, they are of little use as effective metal structure modifiers seams. Practical value. The results will be used to enhance the performance properties of HSLA steel welded joints.