Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

Л. М. Гуревич, заведующий кафедрой материаловедения и композиционных материалов (МиКМ), докт. техн. наук, доцент, эл. почта: mv@vstu.ru
В. Н. Арисова, доцент кафедры МиКМ, канд. техн. наук
В. О. Харламов, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства, канд. техн. наук

Приведены результаты исследований трансформации структуры околошовной зоны двухслойного сваренного взрывом композиционного материала из углеродистой стали 20 и легированной мартенситной коррозионностойкой стали 50Х15М2Ф после нормализации при температурах 800–1100 °C и длительности выдержки от 1 до 20 ч. Установлено, что при температуре 800 °С наблюдается обратная диффузия углерода — из стали 20 с меньшей его концентрацией в сталь 50Х15М2Ф с образованием обезуглероженного слоя в стали 20. При дальнейшем повышении температуры атомы углерода диффундирует в сталь 20 вместе с атомами хрома, изменяя структуру околошовной зоны (увеличение объемного содержания перлита и образование мартенсита в стали 50Х15М2Ф). Показано, что нормализация биметалла сталь 50Х15М2Ф + сталь 20 с увеличением длительности выдержки до 5–20 ч при температуре 1000 °C приводит к формированию сплошной диффузионной обезуглероженной зоны с переменным содержанием хрома от 2 до 9 % (ат.). При выдержке до 10 ч происходит рост толщины диффузионной обезуглероженной зоны, а при увеличении продолжительности выдержки до 15–20 ч — ее уменьшение. Сложный характер изменения толщины светлой обезуглероженной зоны объясняется разной интенсивностью протекания трех параллельных процессов диффузии карбидообразующих элементов.

1. Конон Ю. А., Первухин Л. Б., Чудновский А. Д. Сварка взрывом. — М. : Машиностроение, 1987. — 216 с.
2. Кобелев А. Г., Лысак В. И., Чернышев В. Н., Быков А. А. и др. Производство металлических слоистых композиционных материалов. — М. : Интермет Инжиринг, 2002. — 496 с.
3. Трыков Ю. П., Гуревич Л. М., Арисова В. Н. Диффузия в слоистых композитах : монография. — Волгоград : ВолгГТУ, 2006. — 402 с.
4. Трыков Ю. П., Шморгун В. Г. Свойства и работоспособность слоистых композитов : монография. — Волгоград : ВолгГТУ, 1999. — 190 с.
5. Bataev I. A., Bataev A. A., Mali V. I., Burov V. G. et al. Formation and structure of vortex zones arising upon explosion welding of carbon steels // The Physics of Metals and Metallography. 2012. Vol. 113. P. 233–240.
6. Shi Y., Wang J., Zhou X., Xue X. Post–fire properties of stainless–clad bimetallic steel produced by explosive welding process // Journal of Constructional Steel Research. 2023. Vol. 201. 107690. DOI: 10.1016/j.jcsr.2022.107690
7. Ning Luo, Hanliang Liang, Xin Sun, Xueru Fan et al. Research on the interfacial microstructure of three-layered stainless steel/Ti/low-carbon steel composite prepared by explosive welding // Composite Interfaces. 2021. Vol. 28, Iss. 6. P. 609–624.
8. Ye C., Zhai W., Lu G. et al. Effect of secondary explosive welding on microstructure and mechanical properties of 10CrNi3MoV steel-based composite plates // Metall Mater Trans. A. 2021. Vol. 52. P. 1568–1573.
9. Kuz’min E. V., Lysak V. I., Kuz’min S. V., Korolev M. P. Influence of structure formation and properties of bimetal produced by ultrasound-assisted explosive welding // Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 71.
P. 734–742.
10. Гуревич Л. М., Арисова В. Н., Трудов А. Ф., Харламов В. О. Исследование структуры и свойств пятислойного титано-стального сваренного взрывом композиционного материала после технологических переделов // Черные металлы. 2022. № 8. С. 53–59.
11. Hong Ma, Guoliang Qin, Peihao Geng, Fei Li et al. Microstructure characterization and properties of carbon steel to stainless steel dissimilar metal joint made by explosion welding // Materials and Design. 2015. Vol. 86. P. 587–597.
12. Zamani E., Liaghat G. H. Explosive welding of stainless steel – carbon steel coaxial pipes // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47. P. 685–695.
13. Kaya Y., Nizamettin K. An investigation into the explosive welding/cladding of Grade A ship steel/AISI 316L austenitic stainless steel // Mater. Des. 2013. Vol. 52. P. 367–372.
14. Mendes R., Ribeiro J. B., Loureiro A. Effect of explosive characteristics on the explosive welding of stainless steel to carbon steel in cylindrical configuration // Mater. Des. 2013. Vol. 51. P. 182–192.
15. Трыков Ю. П., Трудов А. Ф., Степанищев И. Б. О повышении стабильности свойств слоистых композитов // Известия вузов. Черная металлургия. 2002. № 12. С. 62.
16. Трыков Ю. П., Трудов А. Ф., Степанищев И. Б. Структура и свойства биметалла сталь 50Х15М2Ф + сталь 09Г2С, полученного сваркой взрывом // Известия вузов. Черная металлургия. 2003. № 1. С. 76, 77.
17. Трыков Ю. П., Трудов А. Ф., Арисова В. Н. Исследование влияния нагревов на формирование тонкой структуры биметалла углеродистая сталь – нержавеющая сталь // Известия ВолгГТУ. Серия: Проблемы
материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. 2012. № 9 (96). С. 57–61.
18. Трудов А. Ф., Арисова В. Н. Исследование влияния режимов термической обработки на структуру и свойства сваренного взрывом биметалла 16Г2С + 50Х15М2Ф // Известия ВолгГТУ. Серия: Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении. 2019. № 4 (96). С. 23–27.
19. Арисова В. Н., Трыков Ю. П., Трудов А. Ф., Пономарева И. А. Структура и свойства биметаллов из сталей 50Х15М2Ф и 09Г2С после технологических переделов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. № 12. С. 43–46.
20. Шляхова Г. В., Баранникова С. А., Бочкарева А. В., Ли Ю. В. и др. Исследование структуры биметалла конструкционная углеродистая сталь – нержавеющая сталь // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. № 61 (4). С. 300–305.
21. Жуховицкий А. А., Шварцман Л. А. Физическая химия. — 5-е изд., стер. — М. : Металлургия, 2001. — 687 с.
22. ГОСТ 1050–2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. — Введ. 01.01.2015.
23. ГОСТ 5632–2014. Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. — Введ. 01.01.2015.
24. Lee С. G., Iijima Y., Hiratani T., Hirano K. Diffusion of chromium in α-iron // Materials Transactions. 1990. Vol. 31, Iss. 4. P. 255–261.
25. Худнев А. А., Плохих А. И., Дворецков Р. М., Щетанов Б. В. Исследование диффузии легирующих элементов в процессе циклической термической обработки слоистого композиционного материала на основе хромистой и углеродистой сталей // Труды ВИАМ. 2021. № 4 (98). С. 74–91.