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

О. А. Куприянова, доцент кафедры технологий обработки материалов, канд. техн. наук, эл. почта: o.nikitenko@magtu.ru

П. П. Полецков, профессор кафедры технологий обработки материалов, директор Инжинирингового и инновационного сектора, докт. техн. наук, эл. почта: p.poletskov@magtu.ru

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
А. К. Тиньгаев, доцент кафедры оборудования и технологии сварочного производства, канд. техн. наук, эл. почта: tingaevak@susu.ru
М. А. Иванов, заведующий кафедрой оборудования и технологии сварочного производства, директор Политехнического Института, канд. техн. наук, эл. почта: ivanovma@susu.ru

Одними из наиболее опасных технологических дефектов сварных соединений конструкций из высокопрочных хладостойких сталей являются холодные трещины, развитие которых происходит после окончания сварки в течение нескольких часов или суток. Причиной их возникновения является, как правило, образование закалочных структур в результате больших скоростей охлаждения металла сварного соединения. Выполнены оценка свариваемости и анализ сопротивляемости образованию холодных трещин новой низкоуглеродистой высокопрочной хладостойкой стали марки 20Г2СМРА. Для проведения исследований листового проката данной стали толщиной 20–25 мм подготовлены технологические пробы «Тэккен». Сварку проб выполняли на роботизированном комплексе FANUC ARC Mate 120iC плавящимся электродом различных марок (OK AristoRod 69, Св-08А) в среде защитных газов. Проведен комплексный металлографический анализ сварных соединений исследуемой стали в различных участках: металле шва, зоне термического влияния, на участке перехода от зоны термического влияния к основному металлу, а также в основном металле. Приведены распределения твердости по сечению во всех зонах сварного соединения, получены зависимости твердости HV1 на каждом исследуемом участке при различных режимах сварки, а также выбранных сварочных материалах. Показано, что наиболее опасными являются участки частичного расплавления и перегрева (крупного зерна) сварного соединения, расположенные в корне шва в зоне конструктивного концентратора напряжений. Установлено, что применение для сварки корневого прохода толстолистового проката присадочной проволоки пониженной прочности, так же, как и повышение температуры начала сварки, обеспечивают сопротивляемость образованию холодных трещин сварных соединений высокопрочной хладостойкой стали марки 20Г2СМРА.

1. Почему сталь важна для мировой экономики. — URL: https://gmk.center/opinion/pochemu-stal-vazhna-dlya-mirovoj-ekonomiki/ (дата обращения: 05.04.2024).
2. 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: 05.04.2024).
3. Куприянова О. А. Высокопрочные хладостойкие стали нового поколения: история, современное состояние и перспективы развития // Сталь. 2023. № 5. С. 45–51.
4. Полецков П. П., Кузнецова А. С., Алексеев Д. Ю., Никитенко О. А., Лопатина Е. В. 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.
5. Шалимов М. П., Панов В. И., Вотинова Е. Б. Сварка вчера, сегодня, завтра. — 2-е изд., испр. и доп. — Екатеринбург : УрФу, 2015. — 310 с.
6. Matsuoka S., Hasegawa K., Tanaka Y. Newly-developed ultra-high tensile strength steels with excellent formability and weldability // JFE Technical Report. 2007. No. 10. P. 13–18.
7. Lahtinen T., Vilaça P., Peura P., Mehtonen S. MAG welding tests of modern high strength steels with minimum yield strength of 700 MPa // Applied Sciences. 2019. Vol. 9, Iss. 5. 1031. DOI: 10.3390/app9051031
8. Понтремоли М., Вебер Л., Дилг К., Швинн Ф. и др. Высокопрочные стали для толстых листов, труб и профилей // Черные металлы. 2006. № 9. С. 58–66.
9. Horn A. M., Hauge М. Material challenges for Arctic offshore applications, a reliability study of fracture of a welded steel plate based on material toughness data at – 60 °C // Proceedings of the Twenty-first (2011) International Offshore and Polar Engineering Conference. Maui, Hawaii, USA. June 19–24, 2011. P. 393.
10. Жарков С. В., Степанов П. П., Багмет О. А., Эфрон Л. И. Влияние условий охлаждения на микроструктуру и ударную вязкость сварных соединений, выполненных автоматической многодуговой сваркой под флюсом // Черные металлы. 2022. № 7. С. 35–41.
11. Гривняк И. Свариваемость сталей. — М. : Машиностроение, 1984. — 216 с.

12. Вдовин Н. К., Савинов А. С., Феоктистов Н. А. Прогнозирование трещиноустойчивости крупных стальных отливок // Литейное производство. 2014. № 12. С. 8–10.
13. Шоршоров М. Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана. — М. : Наука, 1965. — 336 с.
14. Сергеев Н. Н., Сергеев А. Н., Кутепов С. Н., Гвоздев А. Е., Агеев Е. В. Диффузия водорода в сварных соединениях конструкционных сталей // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21. № 6(75). С. 91–102.
15. Стеренбоген Ю. А., Васильев Д. В., Демченко Э. Л., Новикова Д. П. Роль пиковых напряжений в образовании холодных трещин в сварных соединениях закаливающихся сталей // Автоматическая сварка. 2006. № 4. С. 11–20.
16. Okuda N., Ogata Y., Nishikawa Y., Aoki T. et al. Hydrogen-induced cracking susceptibility in high-strength weld metal // Welding Journal. 1987. Vol. 66. P. 141–146-s.
17. Макаров Э. Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. — М. : Машиностроение, 1981. — 247 с.
18. Романов Ю. Г., Морозов В. П., Дрижов В. С. Особенности описания структурного фактора образования холодных трещин в условиях многослойной сварки и наплавки // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18. № 1. С. 14–18.
19. Слепцов О. И., Сивцев М. Н., Слепцов Г. Н., Харбин Н. Н. Оценка склонности сварных узлов конструкций северного исполнения к образованию холодных трещин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. Т. 20. № 4-1(84). С. 13–17.
20. Иванов М. А. Анализ трещиноустойчивости пробы «Тэккен» // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2018. Т. 18. № 1. С. 52–57. DOI: 10.14529/met180107
21. Иванов М. А., Тиньгаев А. К., Ильин И. А. Совершенствование требований РС к сопротивлению образованию холодных трещин сварных соединений судокорпусных конструкций из высокопрочных сталей // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2019. № 54-55. С. 64–77.
22. ГОСТ Р ИСО 17642-2–2012. Испытания разрушающих 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.
23. ГОСТ 26388–84. Соединения сварные. Методы испытаний на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке плавлением. — Введ. 01.01.1986.
24. Kannengiesser T., Boellinghaus T. Cold cracking tests — an overview of present technologies and applications // Weld World. 2013. Vol. 57. P. 3–37. DOI: 10.1007/s40194-012-0001-7
25. 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. No. 3. P. 25–31.
26. Poletskov P. P., Nikitenko O. A., Kuznetsova A. S., Salganik V. M. The study of transformation kinetics for overcooled austenite of the new highstrength steel with increased cold resistance // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 56–59.
27. Poleckov P. P., Nikitenko O. A., Kuznetsova A. S. Effects of heat treatment on microstructure parameters, mechanical properties and cold resistance of sparingly alloyed high-strength steel // Defect and Diffusion Forum. 2021. Vol. 410. P. 197–202.
28. ТУ 1227-101-55224353–2011. Проволоки сварочные сплошного сечения для сварки высокопрочных низколегированных конструкционных сталей. Технические условия.
29. ГОСТ 2246–70. Межгосударственный стандарт. Проволока стальная сварочная. Технические условия. — Введ. 01.01.1973.
30. BS EN 1011-2:2001. Incorporating Amendment No.1 Welding. Recommendations for welding of metallic materials. Part 2: Arc welding of ferritic steels. 2001. — 62 p.
31. Tingaev A. K. Kinetics of residual stresses in a welded frameless tubular node // Materials Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 921–927.
32. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
33. Hrivnak I. Theory of weldability of metals and alloys. Elsevier Science, 1992. — 372 p.