Зависимость коррозионной стойкости сварных соединений от величины зерна аустенита

Энергетическое воздействие сварочного процесса вызывает, как правило, неблагоприятные изменения в структуре свариваемого материала. Формируемая в сварных соединениях гетерогенная структура значительно отличается по своим механическим свойствам и эксплуатационным параметрам от структуры и свойств основного металла [5,152].

Проявлению межкристаллитной коррозии (МКК) легированных сталей способствуют активность рабочих сред и высокая цикличность эксплуатационных режимов. Данный вид износа обусловлен в основном растворением пограничных зерен, обедненных коррозионностойкими компонентами.

Известно, что металл одного класса с различной структурой по– разному проявляет себя в коррозионно-активных средах [1;4]. Склонность к МКК зависит от величины зерна. Металл с мелкозернистой структурой устойчивее в активных средах, чем с крупнозернистой.

Зерно аустенита является одной из важнейших структурных характеристик сталей. Различают следующие понятия о зерне аустенита: начальное, наследственное (или природное) и действительное.

Стали с крупным действительным зерном аустенита более склонны к короблению и образованию трещин от внутренних напряжений при сварке. При их охлаждении может возникать неблагоприятная видманштеттова структура с низким уровнем ударной вязкости [5,246-248].

Существенной особенностью роста зерна в околошовной зоне при сварке, обусловленной диффузионным механизмом миграции границ в условиях ограниченного времени пребывания при высоких температурах, является то, что рост зерна при нагреве продолжается и при последующем охлаждении [10].

Химический состав и наследственность стали оказывают большое влияние на рост зерна аустенита. Фазами, тормозящими рост зерна аустенита в стали, являются дисперсные нитриды, стойкие карбиды, оксиды и сульфиды. Легирование способствует образованию стойких при высоких температурах карбидов, нитридов и т.д. Эти фазы, располагаясь по границам зерен, играют роль барьеров, препятствуют межкристаллитной диффузии и ограничивают рост зерна [5,251].

Таким образом, для сталей определенного химического состава и исходного структурного состояния размер зерна аустенита в определенных пределах может регулироваться за счёт изменения параметров термических циклов сварки. При этом,чем более неравновесно исходное структурное состояние стали, тем интенсивнее необходимо регулировать параметры термических циклов в направлении уменьшения времени пребывания металла в интервале температур интенсивного роста зерна аустенита, особенно на стадии нагрева [5,254-255].

Измельчение структуры стали может быть достигнуто применением ручной дуговой сварки (РДС) модулированным током. Этот метод обеспечивает возможность сварки в различных пространственных положениях [3]. По мнению авторов, РДС модулированным током является технологически доступным и перспективным способом сварки.

Установлено, что при выполнении сварки посредством РДС модулированным током происходит измельчение структуры шва [10]. Импульсное воздействие на межфазовую границу шлак-металл способствует процессу эмульгирования и значительно интенсифицирует химические реакции, протекающие между этими фазами [2]. В результате чего снижается химическая неоднородность металла, улучшается его структура, уменьшаются неметаллические включения.

Зона термического воздействия в сварных соединениях, выполненных РДС модулированным током, более узкая. Средний размер зерен после РДС постоянным током, составляет 11 мкм, модулированным током – 6,5 мкм. Неравновесные условия кристаллизации обусловливают химическую и структурную неоднородность металла сварного шва, от которой зависит коррозионная стойкость сварного соединения. Особую опасность представляют границы раздела между сварным швом и основным металлом,где возникают области сенсибилизации [9].

Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость сварного соединения обусловлено составом пассивирующей пленки, от свойств которой зависит устойчивость соединения. Легирующий элемент соединения, как правило, изменяет состав и толщину оксидной пленки [7]. Коррозионные разрушения при межкристаллитной коррозии начинаются на «слабых» участках пассивирующей пленки, зависящих от её свойств. Известно [6], что сенсибилизация зависит от тепловложения при формировании сварного соединения. Металл шва после ручной дуговой сварки постоянным током в процессе коррозионных испытаний показывает относительно низкую стойкость против межкристаллитной коррозии. Наибольшие коррозионные разрушения, локализованные в зоне термического воздействия, представляют собой типичную ножевую коррозию[9].

Картина коррозионного разрушения сварных соединений после РДС модулированным током существенно отличается. Главное отличие – отсутствие ножевой коррозии. Коррозионные разрушения представлены в основном в виде питтингов, локализованных в области зоны термического воздействия. Коррозионный износ сварных соединений, расположенных на границе раздела сред, ниже, что обусловлено периодическим погружением проб в жидкую испытательную среду. Во время нахождения проб сварных соединений в газовой среде на их поверхностях формируется пленка – пассиватор из продуктов коррозии – характерная для проб, постоянно находящихся в газовой среде и препятствующая развитию коррозии [9].

Применение РДС модулированным сварочным током позволяет получить мелкозернистую структуру металла шва и зоны термического воздействия и за счёт снижения тепловложения уменьшить сенсибилизацию зон сварных соединений, прилегающих к сварному шву.

Таким образом, при использовании ручной дуговой сварки модулированным током повышается стойкость сварных соединений легированных сталей против коррозионного разрушения за счёт измельчения структуры, а именно, уменьшения размеров зерна аустенита.