ОСОБЕННОСТЬ СВАРКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВУХФАЗНЫХ СТАЛЕЙ

Аннотация: Рассмотрена структура двухфазной автомобильной стали и её применение. Свариваемость ДФМС и оценка сварных швов.

Ключевые слова: двухфазные ферритомартенситные стали, ДФМС, DP-сталь, свариваемость, сварной шов.

Экологические и экономические требования к автомобилям диктуют необходимость применения все более высокопрочных марок сталей для снижения веса автомобиля без ущерба безопасности пассажиров. Повышенный спрос к таким материалам со стороны автомобилестроения привел к появлению большого многообразия проката на мировом рынке (рис.1).

В последние годы крупнейшие мировые автоконцерны создали собственные производства на территории России, что привело к увеличению объемов потребления высокопрочной металлопродукции, большая часть которой импортируется в виде готовых штампованных изделий в силу отсутствия, до недавнего времени, технологий производства ряда высокопрочных автолистовых сталей в России (рис.2) .

Самыми распространенными марками стали, использование которых позволяет решить поставленные задачи для автоиндустрии, являются двухфазные ферритномартенситные стали (ДФМС) и TRIP-стали, имеющие предел прочности от 450 до 1180 МПа и относительное удлинение от 10 до 27 %.

Особое внимание на сегодняшний день уделяют вопросам сварки высокопрочных материалов, одним из представителей которых является сталь, состоящая из ферритной матрицы с включениями второй структурной составляющей, известная в международной практике как DP(Dual-phase steel) – сталь. Эта сталь имеет двухфазную структуру, состоящую из ферритной матрицы и мартенсита, хотя возможно присутствие небольшого процента остаточного аустенита или бейнита. Объемная доля мартенсита в микроструктуре составляет от 10 до 80% в зависимости от уровня прочности. Мартенсит обеспечивает существенное упрочнение стали, в то время как присутствие феррита способствует хорошей пластичности (рис.3).

Содержание углерода в двухфазных сталях составляет обычно более 0,1% (табл.1). Для улучшения прочностных характеристик применяют легирование элементами, которые растворяются в твердом растворе, образуют соединения с углеродом, азотом и серой и последующем реализуют механизм упрочнения фазовыми выделениями.

Двухфазные стали обладают высокой способностью к поглощению энергии и поэтому их используют для деталей конструкций, рассчитанных на смятие при высокоскоростном ударе (например, продольные балки, перекладины, некоторые узлы усиления конструкции). Для деталей, подвергаемые интенсивному коррозионному воздействию, применяют горячеоцинкованный прокат. Это требует более высоких степеней легирования, для достижения необходимой степени прокаливаемости для образования двухфазной структуры. Обычно используют углерод, марганец, хром, молибден и ванадий.

Большинство деталей, получаемых листовой штамповкой, соединяются между собой сваркой, преимущественно точечной. В этой связи обеспечение удовлетворительной свариваемости является необходимым условием применения ДФМС. При соответствующем подборе параметров сварки свариваемость ДФМС не хуже, чем у обычных низколегированных сталей с равным значением углеродистого эквивалента(близкого состава), если надежность сварного соединения лимитируется опасностью локального охрупчивания в результате частичной закалки стали. Подробная паспортизация свойств сварных соединений из ДФМС показала, что по сравнению с низкоуглеродистыми сталями, область оптимальных режимов сварки ДФМС сдвигается в направлении движения тока (уменьшения тепловложений) при сварке при небольшом увеличении длительности процесса. При этом прочностные параметры полученных соединений выше присущим низкоуглеродистым сталям.

При исследовании прочности стыков соединений ДФМС, полученных дуговой и контактной сваркой, доказано, что временное сопротивление сварного шва разрыву не хуже, чем основного металла.

При оценке циклической прочности сварных соединений ДФМС установлено, что предел усталости при знакопеременном изгибе составляет для сварного шва и основного металла (σB=550МПа) соответственно 317 и 350 МПа, т.е. 50 и 60% от σB основного металла.