Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца

Исследованы особенности лазерной сварки с использованием CO₂- и Nd:YAG-лазеров тонколистовых стыковых соединений аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей, в том числе с повышенным содержанием марганца. Получена экспериментальная оценка стабильности процесса, формирования структуры м...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Кироц, В., Гуменюк, А., Ретмайер, М.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103054
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца / В. Кироц, А. Гуменюк, М. Ретмайер // Автоматическая сварка. — 2012. — № 1 (705). — С. 12-17. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-103054
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1030542016-06-14T03:03:22Z Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца Кироц, В. Гуменюк, А. Ретмайер, М. Научно-технический раздел Исследованы особенности лазерной сварки с использованием CO₂- и Nd:YAG-лазеров тонколистовых стыковых соединений аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей, в том числе с повышенным содержанием марганца. Получена экспериментальная оценка стабильности процесса, формирования структуры металла шва, его механических свойств и коррозионной стойкости. Сделан вывод о пригодности применения лазерной сварки в промышленном производстве. Features of laser welding with CO₂- and ND:YAG lasers of sheet butt joints on austenitic and austenitic-ferritic stainless steels were studied, including those with higher manganese content. Experimental evaluation of process stability, weld metal structure formation, its mechanical properties and corrosion resistance, was obtained. A conclusion was made on laser welding applicability in industry. 2012 Article Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца / В. Кироц, А. Гуменюк, М. Ретмайер // Автоматическая сварка. — 2012. — № 1 (705). — С. 12-17. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103054 621.791.72:621.375.826. ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Кироц, В. Гуменюк, А. Ретмайер, М. Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца Автоматическая сварка
description	Исследованы особенности лазерной сварки с использованием CO₂- и Nd:YAG-лазеров тонколистовых стыковых соединений аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей, в том числе с повышенным содержанием марганца. Получена экспериментальная оценка стабильности процесса, формирования структуры металла шва, его механических свойств и коррозионной стойкости. Сделан вывод о пригодности применения лазерной сварки в промышленном производстве.
format	Article
author	Кироц, В. Гуменюк, А. Ретмайер, М.
author_facet	Кироц, В. Гуменюк, А. Ретмайер, М.
author_sort	Кироц, В.
title	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца
title_short	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца
title_full	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца
title_fullStr	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца
title_full_unstemmed	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца
title_sort	особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103054
citation_txt	Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца / В. Кироц, А. Гуменюк, М. Ретмайер // Автоматическая сварка. — 2012. — № 1 (705). — С. 12-17. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT kirocv osobennostilazernojsvarkiaustenitnyhiaustenitnoferritnyhneržaveûŝihstalejsvysokimsoderžaniemmarganca AT gumenûka osobennostilazernojsvarkiaustenitnyhiaustenitnoferritnyhneržaveûŝihstalejsvysokimsoderžaniemmarganca AT retmajerm osobennostilazernojsvarkiaustenitnyhiaustenitnoferritnyhneržaveûŝihstalejsvysokimsoderžaniemmarganca
first_indexed	2025-07-07T13:14:00Z
last_indexed	2025-07-07T13:14:00Z
_version_	1836994046479826944
fulltext	УДК 621.791.72:621.375.826 ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ АУСТЕНИТНЫХ И АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ МАРГАНЦА В. КИРОЦ, А. ГУМЕНЮК, М. РЕТМАЙЕР (Федеральный ин-т исследования и испытания материалов, г. Берлин, Германия) Исследованы особенности лазерной сварки с использованием CO2- и Nd:YAG-лазеров тонколистовых стыковых соединений аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей, в том числе с повышенным содержанием марганца. Получена экспериментальная оценка стабильности процесса, формирования структуры металла шва, его механических свойств и коррозионной стойкости. Сделан вывод о пригодности применения лазерной сварки в промышленном производстве. К л ю ч е в ы е с л о в а : лазерная сварка, CO2- и Nd:YAG-ла- зеры, нержавеющие аустенитные и дуплексные стали, по- вышенное содержание марганца, стабильность процесса, защитная среда, металл шва, микроструктура, механичес- кие свойства, коррозионная стойкость Нестабильность цен на никель, высокий спрос на нержавеющие стали, а также неоптимистичный прогноз в отношении никеля на мировых рынках [1] приводят к необходимости поиска более вы- годных альтернатив. В частности, возможна час- тичная замена никеля более дешевым марганцем и небольшим количеством азота в аустенитных и дуплексных марках нержавеющих сталей [2–6]. Причем роль азота решающая, так как он является стабилизатором аустенитной фазы в сталях и, кро- ме того, повышает их прочность путем упрочне- ния твердого раствора [7], не влияя на пласти- ческие свойства материала [8]. Это уменьшает массу конструкции и повышает динамические по- казатели прочности [9]. Микроструктура, коррозионные и механичес- кие свойства различных сталей системы Cr–Mn– Ni широко исследованы ранее [3, 6, 10–13], однако их свариваемость по-прежнему недостаточно изу- чена. Лазерная сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с другими процессами (высокую ско- рость и низкую погонную энергию), которые эф- фективно снижают деформации конструкций и уменьшают металлургическое воздействие. В ус- ловиях лазерной сварки свариваемость непосред- ственно связана с типом используемого лазера и некоторыми параметрами данного процесса. Ста- бильность парогазового канала, а следовательно, и процесса в целом существенно зависит от типа и параметров лазерного источника [14], что нап- рямую влияет на качество сварного шва — на- личие брызг, подрезов, пор, возникающих в за- висимости от поведения парогазового канала. Кроме того, высокие скорости охлаждения могут изменять фазовый баланс в металле шва при свар- ке дуплексных сталей в связи с тем, что форми- рование аустенита, контролируемое диффузией азота, может быть затруднено [15]. В настоящей работе проведены эксперимен- тальные исследования процесса лазерной сварки с использованием двух типов лазеров с целью ана- лиза влияния параметров процесса на сваривае- мость аустенитных и аустенитно-ферритных ста- лей системы Cr–Mn–Ni в сравнении со стандар- тными марками сталей системы Cr–Ni. Получен- ные сварные соединения были исследованы на наличие внешних и внутренних дефектов свар- ного шва, изучены микроструктура, а также кор- розионные и механические свойства. Методика экспериментальных работ. Для исследований в качестве тестовых материалов бы- ли выбраны аустенитная сталь системы Cr–Mn–Ni (1.4376) и аустенитно-ферритная, так называемая © В. Кироц, А. Гуменюк, М. Ретмайер, 2012 Т а б л и ц а 1. Химический состав исследуемых сталей на основе железа, мас. % Марка стали C Cr Ni Mn Si P S Cu Nb Mo N 1.4376 0,03 18,03 5,09 6,55 0,42 0,023 0,005 0,23 0,01 0,10 0,15 1.4301 0,04 18,82 8,79 1,36 0,38 0,027 0,004 0,45 0,01 0,19 0,05 1.4162 0,04 22,42 1,83 3,84 0,34 0,028 0,004 0,43 0,01 0,11 0,14 1.4362 0,03 22,86 4,33 1,40 0,002 0,023 0,002 0,52 0,01 0,13 0,12 12 1/2012 лин-дуплексная 1.4162 сталь, а для сравнения взя- ты стандартные марки аустенитной стали типа 1.4301 и дуплексной 1.4362 (табл. 1). Толщина листа всех образцов составляла 1,5 мм. Сварку проводили с помощью двух разных ти- пов источников: Nd:YAG-лазера мощностью 4,4 кВт и CO2-лазера мощностью 5 кВт. Харак- теристики обоих лазеров представлены в табл. 2. Эксперименты проводили как для стыковых, так и нахлесточных сварных соединений. Влияние качества подготовки кромок с использованием ла- зерной и механической (гильотинной) резки на качество сварных швов исследовали на примере стыковых соединений. Защитный газ меняли в за- висимости от типа лазера: для процесса сварки Nd:YAG-лазером использовали аргон, а для сва- рочных экспериментов с CO2-лазером — газовую смесь аргона и гелия (50/50), необходимую для подавления образующейся плазмы. Защитный газ подавался коаксиально лучу. Кроме того, прове- дены эксперименты с использованием накладки для подачи защитного газа. Для дуплексных ста- лей в качестве защитного газа использовали азот при исследовании его влияния на формирование аустенита в металле сварного шва. Для форми- рования обратного валика в случае стыковых соединений использовали чистый аргон. Остальные исследуемые сварочные параметры, такие, как расход защитного газа, положение фокуса F, мощность ла- зера PL и скорость сварки vw, приведены в табл. 3. Для оценки внутренних дефектов сварного шва использовали радиографический метод неразру- шающего контроля. При изготовлении попереч- ных шлифов, необходимых для анализа образу- ющейся микроструктуры сварного шва, исполь- зовали стандартные методики. Содержание аус- тенитной фазы в металле сварных швов в дуп- лексных сталях определяли на основе металлог- рафического анализа. Значения микротвердости по методу Виккерса определяли при нагрузке 0,5 кг, а испытания на разрыв проведены с помощью четырех поперечных образцов для каж- дого материала. Потенциодинамические испытания в соляном растворе (pH 4,5) при комнатной температуре про- ведены с целью определения склонности к пит- тинговой коррозии как основного металла, так и сварных стыковых и нахлесточных соединений всех исследуемых сталей. В качестве эталонного электрода использовали стандартный водородный электрод. Граничное значение потенциала питти- нговой коррозии Ecrit и потенциала репассивиро- вания Erep были определены для протравленных и не подвергаемых травлению образцов из ди- намических кривых циклической анодной поля- ризации. При этом значения Ecrit соответствовали точке, где плотность тока достигает 0,01 мА⋅см–2, а значения Erep — точке, где она снова стремится к нулю. Результаты исследований. Стабильность про- цесса и качество сварных швов. Появление брызг оказалось связанным сразу с несколькими парамет- рами процесса. Установлено, что образование брызг является более характерным при использовании для сварки Nd:YAG-лазера (рис. 1, a). Это может быть связано с отсутствием стабилизирующего воздейс- твия лазерно-индуцированной плазмы, характерной сварки для CO2-лазером, по крайней мере, на оп- ределенной глубине парогазового канала. Высокое содержание марганца в стали также не- гативно влияет на стабильность процесса сварки. Испарение этого летучего элемента способствует расплескиванию металла из сварочной ванны по- добно тому, как это наблюдалось в работе [16]. Другим фактором, влияющим на стабильность про- цесса, является положение фокуса относительно по- верхности образца, как это показано на рис. 1. При выборе отрицательных значений заглубления фо- куса разбрызгивание может быть существенно уменьшено. Кроме того, разбрызгивание было более су- щественным у нахлесточных сварных соедине- ний. Высокие значения расхода защитного газа также способствовали формированию брызг, вы- зывая нестабильное поведение сварочной ванны. Стабильный свободный от брызг процесс может быть реализован при значениях расхода защит- ного газа порядка 20 л/мин. Т а б л и ц а 2. Характеристики СО2- и Nd:YAG-лазеров Параметр CO2 Nd:YAG Длина волны, мкм 10,6 1,064 Транспортировка излучения Зеркала Опт. во- локно 600 мкм Параметр качества пучка BPP, мм⋅мрад 17 (TEM20) 24 Фокусное расстояние, мм 200 200 Диаметр фокального пятна, мкм ~ 400 ~ 600 Т а б л и ц а 3. Экспериментальные параметры сварки Тип лазера Стыковые соединения Нахлесточные соединения PL, кВт vw, м/мин F, мм PL, кВт vw, м/мин F, мм СО2 2,4 3 0 2,4 2,5 03,6 4 3,6 3,0 5,0 6 5,0 6; 7 Nd:YAG 2,0 3 0 2,0 2,0 0; –33,0 3,0 4,0 4,0; 5,0 1/2012 13 Оксидирование поверхности сварных швов и образование цветов побежалости зависят от ис- пользуемого защитного газа и способа его подачи. При сварке CO2-лазером для достижения лучшего качества поверхности швов использовали метод шунтирования при подаче защитного газа. Полное устранение эффектов, связанных с окислением, было достигнуто в обоих типах лазерной сварки с использованием дополнительной накладки для подачи защитного газа. Геометрия сварного шва существенно зависит от способа и качества подготовки сварных кро- мок. На образцах, полученных с помощью меха- нического реза, не обеспечивалась регулярная форма кромок листа, что приводило к образова- нию зазора между свариваемыми пластинами, намного превышающим желаемый «нулевой» за- зор. На рис. 2, а в качестве примера показана нерегулярная форма сварного шва с неполным за- полнением и корневым подрезом. Пример сварного шва, полученного с исполь- зованием лазерного реза при подготовке кромок, дающего удовлетворительный результат, приве- ден на рис. 2, б. Дополнительным преимуществом в этом случае является возможность сочетания лазерной сварки и резки в одном процессе, что может служить дополнительным преи- муществом в промышленном производ- стве. Радиографический контроль не вы- явил наличия трещин у швов, сварен- ных CO2- и Nd:YAG-лазером. Образование пор оказалось завися- щим от типа лазера, режима проплав- ления, материала и скорости сварки. Интенсивное порообразование выявле- но только для режима сварки с неск- возным проплавлением у нахлесточного сварного соединения и более сущест- венно проявлялось при сварке Nd:YAG-лазером. Оно возникало на режимах с наименьшей ско- ростью сварки в стандартных сплавах системы Cr–Ni (1.4301 и 1.4362). Это можно объяснить поведением парогазового канала: на малых ско- ростях сварки нестабильное течение металла вы- зывает схлопывание парогазового канала, приво- дящее к образованию пузырьков на его конце в нестабильной части сварочной ванны. В отличие от этого при больших скоростях сварки может быть достигнута лучшая устойчивость парогазо- вого канала [14]. Микроструктура. Обе исследуемые аустенит- ные стали подвержены первичной кристалли- зации по ферритно-аустенитному типу. Это сле- дует из значений Cr/Niэкв, приведенных в табл. 4, и подтверждается исследованием микрострукту- ры. Диаграммы Hammer and Svenson (H&S) и Hull обеспечивают приемлемую корреляцию между химическим составом и типом кристаллизации, принимая во внимание особое аустенитообразу- ющее свойство марганца. Высокие скорости охлаждения в результате ла- зерной сварки приводят к формированию денд- ритной микроструктуры с остаточным δ-ферри- том (рис. 3). Скорость охлаждения влияет также на количество первичной ферритной фазы: при Рис. 1. Разбрызгивание на участке сварного шва длиной 150 мм, полученного Nd:YAG-лазером при скорости сварки vw = = 4 м/мин с различными значениями положения фокуса относительно поверхности образца: а — F = 0; б — 3 мм Рис. 2. Стыковой сварной шов, полученный с помощью механического (а) и лазерного (б) реза Т а б л и ц а 4. Cr/Niэкв и режимы кристаллизации для исследуемых сталей согласно диаграммам H&S и Hull Марка стали Hammer and Svenson Hull Тип кристаллизации Crэкв Niэкв Cr/Niэкв Crэкв Niэкв Crэкв/Niэкв 1.4376 18,82 10,14 1,86 18,35 9,40 1,95 ФА 1.4162 23.10 6,32 3,66 22,72 6,00 3,79 Ф 1.4301 19,67 11.25 1.75 19,23 11,04 1,74 ФА 1.4362 23,06 7,65 3,02 23,02 7,66 3,01 Ф 14 1/2012 высоких скоростях наблюдается менее интенсив- ное превращение δ-феррита в аустенит. Дуплексные нержавеющие стали характеризу- ются особыми свойствами благодаря сбалансиро- ванной двухфазной микроструктуре, состоящей примерно наполовину из феррита и аустенита. Ме- талл сварного шва кристаллизуется в режиме фор- мирования δ-феррита в соответствии с предсказан- ными Hull и H&S Cr/Niэкв. При использовании в качестве защиты чистого азота максимальная доля аустенитной фазы дос- тигает 20 %. В сравнении с образцами, сварен- ными с использованием чистого аргона или ар- гон-гелиевой смеси, содержание аустенита сущес- твенно увеличивается (рис. 4). При исследуемых условиях не было выявлено существенной разницы между количеством абсор- бированного азота при сварке Nd:YAG- и CO2- лазером. Из рис. 4 также видно, что дуплексная сталь 1.4162 имеет меньшую склонность к транс- формированию аустенита, что может быть объяс- нено меньшим аустенитообразующим эффектом марганца по сравнению с никелем. В целом влияние азота на формирование аус- тенита ограничено в связи с тем, что его абсор- бции препятствуют малые размеры поверхности сварочной ванны, а также более высокое парци- альное давление паров металла в парогазовом ка- нале [17]. На микрошлифах образцов обоих дуп- лексных сталей 1.4362 и 1.4162 (рис. 4, а, б), сва- ренных с использованием чистого азота в качестве защитного газа, в основном присутствует аллот- риоморфный и граничнозеренный аустенит, а так- же небольшое количество включений межзерен- ного аустенита. Распределение микротвердости по Виккерсу, измеренной по центру сварного шва, приведено на рис. 5. Видно, что увеличение микротвердости в металле шва наблюдается в обоих дуплексных сталях, сваренных с использованием чистого азота в качестве защитного газа. Как более высокое со- держание феррита, так и влияние азота приводят к увеличению твердости металла в этой области. В металле ЗТВ и основном металле были полу- чены сравнимые друг с другом более низкие зна- чения микротвердости. Для аустенитных сталей зафиксировано только весьма незначительное увеличение микротвердос- ти в металле ЗТВ и сварного шва. Твердость аус- тенитной стали 1.4376 при этом превышает зна- чения твердости стандартной стали системы Cr– Ni из-за более высокого содержания азота. Механические свойства. Механические свойс- тва исследуемых сталей главным образом опре- Рис. 3. Микроструктура металла сварного шва стали 1.4301 (а) и 1.4376 (б) Рис. 4. Содержание аустенита в сварных швах дуплексных сталей, полученных сваркой CO2- и Nd:YAG-лазером с использо- ванием и без использования азота, и микроструктура металла швов (пояснения в тексте) 1/2012 15 деляются соответствующей микроструктурой. Аустенитные нержавеющие стали характеризуют- ся свойством механического упрочнения и могут иметь относительное удлинение порядка 50 %. Аустенитные стали, содержащие марганец, имеют не только высокую прочность благодаря высоко- му содержанию азота, но и высокую деформи- руемость. Дуплексные стали отличаются более высокими механическими показателями, чем аустенитные благодаря сочетанию прочности и пластичности, обеспечиваемых соответственно ферритной и аус- тенитной фазами. Однако повышенное содержа- ние феррита в металле шва из-за высоких ско- ростей охлаждения влияет, как и ожидалось, на механические свойства. Результаты испытаний на растяжение, проведенных для четырех образцов для каждой из исследуемых сталей, показывают, что прочность сварных соединений близка к проч- ности основного металла (табл. 5). Разрыв имел место преимущественно в основ- ном металле шва. Только по одному образцу ста- лей 1.4376 и 1.4362 порвались вдоль линии сплав- ления, что привело к более низким показателям измеренного предела прочности. Коррозионные свойства. Результаты потенци- одинамического теста показали, что для аусте- нитной нержавеющей стали 1.4301 были достиг- нуты более высокие показатели потенциала пит- тинговой коррозии Ecrit и потенциала репассиви- рования Erep в сравнении с легированной марганцем сталью 1.4376, что свидетельствует о более высоких коррозионных свойствах (рис. 6). В соответствии с полученными значениями Ecrit аустенитная сталь 1.4301 по коррозионным характеристикам пример- но эквивалентна лин-дуплексной стали 1.4162. Дуп- лексная сталь 1.4362 имеет наиболее высокие по- казатели коррозионной стойкости. Так как содержание хрома в обоих аустенит- ных сталях примерно одинаково (см. табл. 1), ста- новится очевидным, что содержание никеля су- щественно влияет на коррозионные свойства ма- териала. В работе [11] было показано, что никель насыщает поверхностный слой металла во время активного растворения, чего нельзя сказать о мар- ганце, что вероятно способствует образованию пас- сивированного слоя, снижая тем самым скорость растворения. Кроме того, влияние марганца на кор- розионные свойства связана с повышенным коли- чеством включений, например, оксидов марганца и хрома, которые представляют собой преимущес- твенные очаги для питтинговой коррозии [6]. Во всех случаях поведение стыковых и нах- лесточных сварных швов по отношению к пит- тинговой коррозии оказалось схожим (рис. 6), т. е. при данных условиях можно достичь высоких по- казателей качества сварных соединений. Рис. 5. Измерения микротвердости в середине сварного шва для исследуемых сталей Т а б л и ц а 5. Прочность на разрыв (МПа) сварных об- разцов в сравнении с основным металлом Материал 1.4376 1.4301 1.4162* 1.4362* Основной металл (среднее значение) 750 650 750 770 Сварной образец 1 740 665 750 760 Сварной образец 2 755 655 750 765 Сварной образец 3 700 655 750 550 Сварной образец 4 750 655 750 760* * В чистом азоте. ** Разрыв вдоль линии сплавления. Рис. 6. Критические значения потенциала питтинговой коррозии Ecrit (а) и потенциала репассивирования Erep (б), полученные из кривых анодной поляризации для исследуемых сталей (образцы предварительно протравлены) 16 1/2012 В заключение следует отметить, что лазерная сварка легированных марганцем аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с ис- пользованием CO2- и Nd:YAG-лазера оказалась пригодной для производства высококачественных стыковых и нахлесточных сварных соединений. Сварные швы всех исследуемых материалов по- казали прочность, твердость и коррозионную стойкость, соответствующую или близкую по зна- чениям к основному металлу. При этом должны быть приняты во внимание следующие аспекты: легированные марганцем стали в сравнении со стандартными сталями системы Cr–Ni более склонны к формированию брызг, вызванному нес- табильностью процесса сварки; возникновение пор связано с несквозным проплавлением при сварке внахлест и в значи- тельной степени зависит от скорости сварки, т. е. данный сварочный дефект можно устранить со- ответствующим подбором параметров; цвета побежалости на поверхности сварного шва могут быть устранены путем использования специальных накладок для подачи защитного газа за зоной сварки; при подготовке кромок под сварку лазерный рез является более эффективным, чем механичес- кий, так как обеспечивает меньший зазор и более равномерный сварной шов; использование азота в качестве защитного газа при лазерной сварке дуплексных сталей улучшает реформирование аустенита. Максимальная доля аустенитной фазы, полученной в результате эк- спериментов, составила порядка 20 %. Хотя доля аустенита относительно невелика, достижимое ка- чество сварных соединений является удовлетво- рительным; при исследовании коррозионных свойств ус- тановлено, что лин-дуплексная сталь марки 1.4162 сопоставима со стандартной аустенитной сталью 1.4301. Аустенитная сталь марки 1.4376, легиро- ванная марганцем, имеет наименьшую, а стандар- тная дуплексная сталь марки 1.4362 — наивыс- шую коррозионную стойкость. Авторы статьи выражают благодарность Фе- дерации индустриальных исследовательских ассо- циаций (AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Fors- chungsvereinigungen) и Немецкому федеральному министерству экономики и технологии (BMWi Bun- desministerium fuеr Wirtschaft und Technologie) за финансовую поддержку в рамках проекта 16208 N, «Лазерная сварка аустенитных и аусте- нитно-ферритных Cr–Mn–Ni сталей», а также Ка- рин Шлехтер, Марко Ламмерс, Карен Штеллинг и Марине Мартен за огромный экспериментальный вклад в результаты данной работы. 1. Hunt B. Nickel in perspective. — Wood Mackenzie Ltd., 2010. 2. Charles J. The new 200-series: an alternative answer to Ni surcharge? Risks and opportunities // La Revue de Metallur- gie-CIT. — 2007. — № 6. — P. 308–317. 3. Application study of an automotive structural part with nitro- gen-alloyed high strength austenitic stainless steel / K. Kim, Y. Kim, Y. Lee et al. // Proc. of the SAE World Congress. Paper 2001-01-0884; 2004. 4. Klueh R. L., Maziasz P. J., Lee E. H. Manganese as an auste- nite stabilazer in Fe–Cr–Mn–C–steels // Materials Sci. and Eng. A. — 1988. — 102, № 1. — P. 115–124. 5. Singhal L. K. Stainless steels recent developments and outlo- ok: demand, capacity and product development // Joint India/OECD/IISI Workshop. — 2006. — 15. — P. 21. 6. Toor I., Hyun P. J., Kwon H. S. Development of high Mn–N duplex stainless steel for automobile structural components // Corrosion Sci. — 2008. — 50, № 2. — P. 404–410. 7. Zuev L. B., Dubovik N. A., Pak V. E. Nature of hardening of high-nitrogen steels based on iron-chronium-manganese aus- tenite // Steel in Translation. — 1997. — 27, № 10. — P. 71–75. 8. Myslowicki S. Das auscheidungs- und Korrosionsverhalten eines stickstofflegierten, austenitischen Chrom–Nickel– Stahls mit abgesenkten nickelgehalt. Shaker Verlag, 2007. 9. Energy absorption behaviour of austenitic and duplex stain- less steels in a crash box geometry / E. Ratte, S. Leonhardt, W. Bleck et al. // Steel Res. Intern. — 2006. — 77, № 9/10. — P. 692–697. 10. Honeycombe J., Gooch T. G. Effect of manganese on crac- king and corrosion behavior of fully austenitic stainless-steel weld-metals // Metal Construction and British Welding J. — 1972. — 4, № 12. — P. 456–460. 11. Properties of various low-nickel stainless steels in compari- son to AISI 304 / F. Falkenberg, E. Johansson, J. Larsson, T. Taulavuori // Stainless steel world conf. & Expo 2007, Maastricht, 2007. — P. 355–371. 12. Tzaneva B. R., Fachikov L. B., Raicheff R. G. Pitting corrosi- on of Cr–Mn–N steel in sulphuric acid media // J. of Applied Electrochemistry. — 2006. — 36, № 3. — P. 347–353. 13. Comparison of anodic polarization and galvanic corrosion of a low-nickel stainless steel to 316LS and 22Cr–13Ni–5Mn stainless steels / L. D. Zardiackas, S. Williamson, M. Roach, J. A. Bogan // Stainless steels for medical and surgical appli- cations. — 2003. — 1483. — P. 107–118. 14. Katayama S. Fundamentals of fiber laser welding // Proc. of the Intern. colloquium high power laser welding. — Berlin, 2009. 15. Mechanical properties of duplex stainless steel laser joints / V. Amigo, V. Bonach, L. Teruel, A. Vicente // Welding In- tern. — 2006. — 20, № 5. — P. 361–366. 16. Brooks J. A. Weldability of high N, high Mn austenitic stain- less steel // Welding Res. Suppl. — 1975. — № 6. — P. 189–195. 17. Nitrogen absorption by iron and stainless steels during CO2 laser welding / W. Dong, H. Kokawa, Y. Sato, S. Tsukamoto // Metallurgical and Materials Transactions B. — 2003. — 34, № 2. — P. 75–82. Features of laser welding with CO2- and ND:YAG lasers of sheet butt joints on austenitic and austenitic-ferritic stainless steels were studied, including those with higher manganese content. Experimental evaluation of process stability, weld metal structure formation, its mechanical properties and corrosion resistance, was obtained. A conclusion was made on laser welding applicability in industry. Поступила в редакцию 02.07.2011 1/2012 17

Особенности лазерной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей с высоким содержанием марганца

Institution

Ähnliche Einträge