Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

П. П. Полецков, профессор кафедры технологий обработки материалов (ТОМ), докт. техн. наук
Н. В. Копцева, профессор кафедры литейных процессов и материаловедения, докт. техн. наук, эл. почта: kopceva1948@mail.ru
Ю. Ю. Ефимова, доцент кафедры ТОМ, канд. техн. наук
А. С. Кузнецова, доцент Инжинирингового центра, канд. техн. наук, эл. почта: allakuznetsova.mgtu@mail.ru

Коллективом ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» разработана новая сталь повышенной прочности (σ_т ≥ 950 МПа, σ_в ≥ 1200 МПа) и хладостойкости (KCV^–70 ≥ 30 Дж/см²) с целью ее применения в тяжелом машиностроении, в том числе и для изготовления сварных конструкций тяжелонагруженной техники. Основным требованием к стали, рассчитанной на работу при низких температурах, является гарантированная вязкость разрушения при рабочих температурах. В связи с этим выбор ключевых параметров сварки высокопрочных сталей для конструкций ответственного назначения, эксплуатируемых при отрицательных температурах, является одной из главных проблем, так как повышается риск появления холодных трещин. Проведена оценка сопротивляемости при сварке исследуемой стали образованию холодных трещин методом пробы «Тэккен». Исследовано влияние погонной энергии в диапазоне от 7,3 до 15,6 кДж/см на протяженность участков зоны термического влияния с крупнозернистой (зона перегрева) и с мелкозернистой (зоны нормализации) структурами. Показано, что при сварке с низкой погонной энергией без предварительного подогрева образуются холодные трещины. Установлено, что предварительный подогрев до температуры 100 °C при сварке с погонной энергией 7,3 кДж/см предотвращает образование холодных трещин, так как приводит к снижению скорости охлаждения металла, уменьшению разницы температур в зоне сварки и на периферийных участках, понижению напряжений первого рода и снижению количества видманштеттового феррита. Для исследуемой высокопрочной стали повышенной хладостойкости рекомендованы параметры дуговой сварки, обеспечивающие технологическую прочность сварного соединения.

Исследование выполнено ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» за счет гранта Российского научного фонда № 23-19-20018 от 20.04.2023 г., а также средств Минобрнауки Челябинской области (Соглашение № 164 от 28.06.2024 г.), https://rscf.ru/project/23-19-20018/.

1. Стратегия развития черной металлургии России на 2014–2020 годы и на перспективу до 2030 года: приказ Минпромторга России от 05.05.2014 № 839. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_165502 (дата обращения: 05.11.2024).
2. Полецков П. П., Кузнецова А. С., Алексеев Д. Ю. и др. Анализ мирового уровня разработок в области производства горячекатаного высокопрочного хладостойкого листового проката с пределом текучести ≥600 Н/мм² // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2020. Т. 18. № 4. С. 32–38.
3. Сыч О. В., Голубева М. В., Хлусова Е. И. Разработка хладостойкой свариваемой стали категории прочности 690 МПа для тяжелонагруженной техники, работающей в арктических условиях // Тяжелое машиностроение. 2018. № 4. С. 17–25.
4. Егоров Г. В., Ермолаев Г. В., Квасницкий В. В. и др. Основы технологии сварки низколегированных высокопрочных сталей : учебное пособие. — Николаев : НУК, 2014. — 136 с.
5. Poletskov P. P., Koptseva N. V., Efimova Yu. Yu. et al. Regular features of structural and phase transformations in cold-resistant steel of strength class 1100 MPа // Metal Science and Heat Treatment. 2023. Vol. 65, Iss. 1-2.
Р. 22–27.
6. Poletskov P. P., Koptseva N. V., Efimova Yu. Yu., Kusnetsova A. S. Influence of heat treatment on forming the complex of properties for high-strength cold-resistance steel // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 25. P. 73–78.
7. Manivelmuralidaran V., Senthilkumar K., Ebby J. et al. Optimisation of parameters influencing cold crack resistance of SAE 950A steel // Academy Proceedings in Engineering Sciences. 2021. Vol. 46, Iss. 3. 157.
8. Graville B. A., McParlan M. Weld-metal cold cracking // Met. Constr. Br. Weld. J. 1974. Vol. 6, Iss. 2. P. 62–63.
9. Гончаров С. Н., Шалимов М. П. Холодные трещины при сварке высокопрочных среднелегированных сталей. — Екатеринбург : УрФУ, 2012. — 94 с.
10. Kannengiesser Th., Boellinghaus Th. Cold cracking tests – an overview of present technologies and applications // Welding in the World. 2013. Vol. 57, Iss. 1. Р. 3–37.
11. Алрухайми А. Г., Иванов И. А., Тиньгаев А. К. и др. Воздействие на факторы образования холодных трещин сварного соединения стали 10Г2ФБЮ посредством регулирования погонной энергии // Сварочное производство. 2020. № 2. С. 3–11.
12. Hui-Jun Yi, Yong-Jun Lee, Jong-Yun Kim, Sung-Su Kang. Effect of microstructure and chemical composition on cold crack susceptibility of highstrength weld metal // Journal of Mechanical Science and Technology. 2011. Vol. 25, Iss. 9. Р. 2185–2193.
13. Yurioka N., Suzuki H., Ohshita S., Saito S. Determination of necessary preheating temperature in steel welding // Supplement to the Welding Journal. 1983. June. Р. 147–153.
14. Tabatchikova T. I., Delgado-Reina S. Y., Yakovleva I. L. et al. Structure and ductility of the heat-affected zone of welded joints of a high-strength steel // Physics of Metals and Metallography. 2014. Vol. 115, Iss. 12. Р. 1241–1248.
15. Magudeeswaran G., Balasubramanian V., Madhusudhan Reddy G. Hydrogen induced cold cracking studies on armour grade high strength, quenched, and tempered steel weldments // Int. J. Hydrog. Energy. 2008. Vol. 33. P. 1897–1908.
16. Иванов М. А., Альрухайми А. Г. Анализ трещиноустойчивости пробы «Тэккен» // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2018. Т. 18. № 1. С. 52–57.

17. Manivelmuralidaran V., Sakthivel M., Balaji M. Cold crack susceptibility studies on high strength low alloy steel 950A using Tekken test // Journal of Advances in Chemistry. 2017. Vol. 13, Iss. 3. Р. 25–31.
18. Сплошная сварочная проволока ESAB OK AristoRod 89. — URL: https://www.ventsvar.ru/catalog/esab-ok-aristorod-89.html (дата обращения: 05.11.2024).
19. ГОСТ 26388–84. Соединения сварные. Методы испытаний на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке плавлением. — Введ. 01.01.1986.
20. ГОСТ Р ИСО 17642-2:2012. Разрушающие испытания сварных швов металлических материалов. Испытания на сопротивляемость образованию холодных трещин в сварных соединениях. Процессы дуговой сварки. Часть 2. Испытания с естественной жесткостью. — Введ. 01.01.2014.
21. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
22. Zong Y., Liu C.-M. Continuous cooling transformation diagram, microstructures, and properties of the simulated coarse-grain heat-affected zone in a low-carbon bainite E550 steel // Metals. 2019. Vol. 9, Iss. 9. 939.
23. Ivanov М. А., Alruhaimi A. G., Voronin S. I. Dependence of cold cracks formation from the heat input when welding of high strength steel with yield strength of 500 MPa // Materials Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 934–938.
24. Кантор М. М., Воркачев К. Г., Степанов П. П. и др. Ударная вязкость и микроструктура сварного шва низколегированной стали, полученного автоматической сваркой под флюсом // Металлург. 2023. № 6. С. 5–15.
25. Cho L., Tselikova A., Holtgrewe K. et al. Critical assessment 42: acicular ferrite formation and its influence on weld metal and heat-affected zone properties of steels // Materials Science and Technology. 2022. Vol. 38. P. 1425–1433.
26. Yurioka N., Kasuya T. A chart method to determine necessary preheat in steel welding // Weld World. 1995. Vol. 35, Iss. 5. Р. 327–334.