Особенности технологии сварки легированной конструкционной стали марки 07х3гнмюа

А.Ю. Деревянных, H.A. Кокоулин, А.Г. Коновалов, С.Е. Дударев

ОАО «Пермский завод «Машиностроитель»

Л.М. Клейнер

Пермский государственный технический университет

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ ЛЕГИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ МАРКИ 07Х3ГНМЮА

Проведены исследования по свариваемости стали 07Х3ГНМЮА с толщиной свариваемых кромок свыше 20 мм. По результатам проведенных исследований были изготовлены сварные конструкции с толщиной свариваемых кромок до 50 мм.

По ТУ 14-1-3370-2006 сортамент холоднокатаных листов имеет толщину от 1 до 3 мм, горячекатаных - от 4 до 20 мм, а по ОСТ 3-5627-84 «Сварка стали марки 07Х3ГНМЮА» [1] типовыми технологическими процессами предусмотрены: ручная дуговая сварка покрытыми электродами, ручная аргонодуговая сварка, механизированная сварка в среде защитных газов и сварка под слоем флюса, - толщиной свариваемых кромок до 20 мм. Применение горячекатаных и холоднокатаных листов ограничивается из-за отсутствия данных по свариваемости, которая зависит от состояния поставки, применяемых способов сварки и используемых материалов.

Для оценки свариваемости данной стали с толщиной свариваемых кромок свыше 20 мм были проведены опытные работы, по результатам которых стало возможным применение стали 07Х3ГНМЮА взамен восьми марок сталей, заложенных в первичной конструкторской документации.

Для реализации данного решения на ООО М3 «Камасталь» была изготовлена листовая сталь. Использованы листы плавок М2-5956, М2-4855, М2-4853.

Химический состав металла и гарантируемые механические свойства соответствуют требованиям ТУ 14-1-3370-82 и ТУ 102-2003 (табл. 1, 2). Листы поставлены в отожженном состоянии с твердостью ^отп = 4,0-4,8 мм.

Химический состав листовой стали марки 07Х3ГНМЮА

№ плавки № сертификата Тол- щина листов, мм C Mn Si P S Cr Ni Mo Cu Al

М2-5956 838 от 22.09, 861/618 от 23.09 10 40 0,09 0,90 0,25 0,016 0,011 3,03 1,06 0,24 0,15 0,02

М2-4855 587/444 от 14.08 16 0,10 0,88 0,22 0,015 0,012 3,08 1,02 0,23 0,17 0,011

М2-4853 492/418 от 08.08 468 от 08.08 471 от 08.08 10 40 50 0,09 0,95 0,28 0,015 0,01 3,20 1,18 0,24 0,15 0,018

Таблица 2

Гарантируемые механические свойства листовой стали 07Х3ГНМЮА по ТУ 14-1-3370-82 после закалки с отпуском

№ плавки Толщина листов О0,2 Ов 5

мм МПа %

М2-5956 10 1030 1080 13,0

1020 1070 13,5

М2-4855 10 1050 1130 16,0

1030 1110 16,0

М2-4853 16 1030 1080 16,0

1040 1090 15,0

Режимы термической обработки и параметры сварки назначены с учетом научного задела и рекомендаций ОСТ 3-5627-84 «Типовой технологический процесс. Сварка стали 07Х3ГНМЮА», который распространяется на изготовление сварных соединений толщиной до 20 мм:

- упрочняющая термообработка: закалка 910 ± 10 оС, охлаждение на воздухе, отпуск (300-350 ) ± 10 оС, охлаждение на воздухе;

- отпуск после сварки 300-320 оС. Время между сваркой и отпуском не ограничивается;

- сварка электродуговая по ГОСТ 14771-76 в среде защитного газа -смеси К2 (Ar 82 % + CO2 18 % ), полуавтоматическая на ESAB (источник питания ESAB Mig 500tw, подающий механизм ESAB Feed 300-4). Сварочная проволока СВ08ГСМТ или СВ08Г2С;

- режим сварки:

• первый проход (корневой) I = 230-240 А, U = 20-22 В;

• последующие проходы I = 270-280 А, U = 23-24 В.

Качество сварных образцов проверено рентгеновским методом, УЗК, цветной дефектоскопией согласно принятым на ОАО «Машиностроитель»

методикам. Исследована макроструктура сварных швов на наличие непрова-ров, плен трещин и других дефектов. Определены механические свойства соединений. Образцы для исследования механических свойств вырезали согласно схемам, приведенным на рис. 1, разрывные - тип III ГОСТ 6996-66, ударные - тип VI ГОСТ 6996-66.

Определение характеристик прочности и ударной вязкости проводили на сварных соединениях, из которых возможно изготовить образцы согласно ГОСТу (рисунок). На остальных сварных соединениях измеряли твердость в зонах: О - основной металл, 3 - зона термовлияния, Ш - металл шва.

Разрывные образцы по ГОСТ 6996-66, тип III Ударные образцы по ГОСТ 6996-66, тип VI, КСи

Эс киз 1.1

шшт

Эс киз 3.2

Эс киз 4.2 Эс киз 6.1

Рис. Схема вырезки разрывных и ударных образов из сварных соединений

По результатам контроля качества, проведенного на ОАО «Машиностроитель», сварные образцы признаны годными. Результаты исследования характеристик механических свойств сведены в табл. 3.

Характеристики сварных соединений

№ образца (прогр. № 335) Состоя- Отпуск о, Место Твердость, НВ Сварочная Количество

ние перед сваркой после сварки Т = 320 °С кгс/ мм2 разрыва 1 2 проволока проходов

О 302 -

1.1 Н = 30 мм Упроч- ненное 66 3 321 -

+ 66 По шву Ш 201 - 08ГСМТ 7

66 3 277 -

О 311 -

О 207 -

2.3 Н = 30 мм Отож- женное 3 321 -

+ - - Ш 207 - 08ГСМТ 5

3 321 -

О207 -

О 207 -

3.2 Н = 22 мм Отож- женное 66 66 По ос- 3 255 -

- новному Ш 285-229 - 08ГСМТ 4

металлу 3 255 -

О 207 -

О 207 О 207

4.2 Н = 40 мм Отож- женное 66 По ос- 3 255 3 241

+ 67 новному Ш 223 Ш 235 08Г2С 8

66 металлу 3 321 3 285

О 321 О 311

О 207 -

5.2 Н = 30 мм Отож- женное 3 255 -

- - - Ш 207 - 08ГСМТ 5

3 262 -

О 212 -

О 217 -

5.3 Н = 30 мм Отож- женное 3 285 -

+ - - Ш 229 - 08ГСМТ 5

3 285 -

О 207 -

По О 201 О 207

6.1 Н = 40 мм Отож- женное 66 3 229 3 269

+ 66 му металлу Ш 207 Ш 207 08ГСМТ 8

66 3 302 3 269

О 207 О 207

О 207 -

10.1 Н = 26 мм Отож- женное 67 По ос- 3 241 -

- 67 новному Ш 229 - 08Г2С 4

67 металлу 3 241 -

О 207 -

О 197 О 192

8.1 Н = 40 мм Отож- женное 3 229 3 269

+ - - Ш 229 Ш 212 08ГСМТ 8

3 255 3 229

О 197 О 187

О 207 -

8.2 Н = 40 мм Отож- женное 3 255 -

- - - Ш 229-207 08ГСМТ 8

3 255 -

О 207 -

9.2 Н = 50 мм Отож- женное - - - О 207 3 285 Ш 201 3 285 О 207 О 207 3 269 Ш 229 3 277 О 207 08ГСМТ 10

Из полученных данных следует:

1. При сварке в термоупрочненном состоянии (рисунок, эскиз 1.1, Н = 30 мм) обеспечивается твердость в основном металле и в зоне термовлияния более 300 НВ, что соответствует пределу текучести О0,2 более 80 кгс/мм2 (КП80).

Прочность сварного соединения составляет ов = 66 кгс/мм2, что соответствует прочности металла сварочной проволоки 08ГСМТ. Незначительное снижение твердости в зоне термовлияния (277 НВ) обусловлено смешением основного металла со сварочной проволокой в месте замера твердости.

Таким образом, прочность сварного соединения, изготовленного из термоупрочненных образцов, обусловлена прочностью сварочной проволоки и соответствует требованиям технической документации.

2. При сварке проволокой 08ГСМТ образцов в отожженном состоянии (рисунок, эскиз 3.2, Н = 22 мм; эскиз 6.1, Н = 40 мм) прочность сварного соединения соответствует прочности основного металла ов = 66 кгс/мм2 (201-207 НВ).

Твердость различных зон сварного соединения образцов 2.3, 5.2, 5.3, 8.1, 9.2 толщиной 30, 40, 50 мм находилась в пределах 207-197 НВ, что соответствует прочности ов = 70,5-67,5 кгс/мм2, на одном образце (8.1) с одной стороны шва имелось два замера твердости со значениями 187 НВ и 192 НВ, что соответствует прочности ов = 63,5 кгс/мм2 и ов = 65 кгс/мм2.

Полученные результаты соответствуют требованиям технической документации.

3. При сварке проволокой 08Г2С образцов в отожженном состоянии (рисунок, эскиз 4.2, Н = 40 мм; эскиз 10.1, Н = 26 мм) получены результаты, аналогичные получаемым при сварке проволокой 08ГСМТ. Прочность сварного соединения соответствовала прочности основного металла (св = 66 кгс/мм2, 207 НВ).

4. Отпуск после сварки не повлиял на характеристики прочности сварных соединений, полученных с использованием проволоки 08ГСМТ и 08Г2С. Следует отметить, что исследованные сварные соединения относятся к простым по конструкции. Следовательно, для простых соединений проводить отпуск нецелесообразно. Отпуск для сложных соединений, к которым относятся соединения с кольцевыми и многократно пересекающимися швами, применять желательно.

5. Сварные соединения из отожженных образцов обеспечивают прочность не менее КП66 и позволяют гарантировать соответствие техническим требованиям, предъявляемые к сталям Д40Б и Д36.

6. В сварных соединениях термоупрочненных образцов основной металл обеспечивает требования к сталям типа АК с КП 70-КП80. Прочность

сварных соединений толщиной более 20 мм определяется прочностью металла шва, т.е. проволокой 08ГСМТ или 08Г2С.

Сделаем следующие выводы:

1. Результаты исследования свидетельствуют о целесообразности применения стали 07Х3ГНМЮА взамен восьми марок сталей, предусмотренных первичной технической документацией. В результате осуществляется унифицированный технологический процесс сварки и термической обработки различных свариваемых элементов и сварных соединений. Показана возможность использования листа, термообработанного в условиях листопрокатного цеха изготовителя металла.

2. Рекомендуются для сварки режимы, установленные при изготовлении сварных образцов. Для простых сварных соединений отпуск не требуется. Для сложных сварных соединений целесообразно проводить отпуск при температуре 300-350 оС. Категорию сложности определяет разработчик конструкторской документации.

3. Проведенные исследования позволили внедрить данную сталь при изготовлении крупногабаритных многотонных сборочных единиц.

Получено 10.08.2010