Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Д. М. Шарапова, доцент кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, канд. техн. наук, эл. почта: Sharapova_dm@pers.spmi.ru

НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, Россия.
Г. Ю. Калинин, начальник лаборатории, докт. техн. наук
М. Г. Шарапов, главный научный сотрудник, докт. техн. наук

Рассмотрены проблемы ручной дуговой сварки аустенитных высокоазотистых коррозионно-стойких сталей с содержанием азота до 1 % (мас.). Исследования технологической свариваемости разработанных в России азотосодержащих сталей 04Х20Н6Г11М2АФБ и 05Х16Г11АСНД показали возможность получения высококачественных бездефектных коррозионно-стойких сталей с весьма низким уровнем магнитной проницаемости сварных соединений при ручной дуговой сварке покрытыми отечественными электродами О3Л-9А и электродами зарубежного производства ESAB ОК 69.25. Предложен новый электрод ЭА-868 ОП для ручной дуговой сварки, обеспечивающий требуемый уровень качества и свойств сварных соединений. Металл различных зон сварных соединений не имеет ферромагнитных свойств. Магнитная проницаемость не превышает 1,002 Гн/м. При испытаниях образцов в 3,5%-ном растворе NaCl в течение 1000 ч установлено, что коррозионные свойства сварных соединений соответствуют показателям, характерным для коррозионно-стойких сталей при эксплуатации в морской воде. Приведены режимы сварки и рекомендации по ограничению погонной энергии, при выполнении которых все сварные соединения не имеют пор. Установлено, что при сварке в металле швов содержание азота снижается до 0,35–0,42 % (мас.), что приводит к снижению их прочностных свойств на 30–39 %, поэтому равная прочность сварных соединений может быть достигнута путем соответствующего увеличения сечения швов. Полученные результаты предоставляют технологам возможность выбора марки электродов среди изученных сварочных материалов в зависимости от требований к конструкции (03Л-9А, ESAB ОК 69.25 и ЭА-868 ОП) для ручной дуговой сварки азотосодержащих сталей без ограничений по толщине основного металла и могут быть использованы для разработки промышленных технологий сварки коррозионно-стойких деталей и конструкций ответственного назначения, к которым предъявляют требования по низкой намагничиваемости.

1. Катада Э., Ванишцу Н., Бабак Х. Стали с повышенным содержанием азота, разработанные в Национальном институте материаловедения // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 11 (605). С. 14–16.
2. Шпайдель М. О. Новые азотосодержащие аустенитные нержавеющие стали с высокими прочностью и пластичностью // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 11 (605). С. 9–13.
3. Костина М. В., Ригина Л. Г. Азотосодержащие стали и способы их производства // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 8. С. 606–622.
4. Рашев Ц. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. — София : Изд-во Болгарской АН, 1995. — 222 с.
5. Рашев Ц. В., Елисеев А. В., Жекова Л. Ц., Богев П. В. Высокоазотистые стали // Известия вузов. Черная Металлургия. 2019. Т. 62. № 7. С. 503–510. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-7-503-510
6. Lo K. H., Shek C. H., Lai J. K. L. Recent developments in stainless steels // Materials Science and Engineering: R. 2009. Vol. 65. P. 39–104.
7. Коджаспиров Г. Е., Сулягин Р. В., Карьялайнен Л. П. Влияние температурно-деформационных условий на упрочнение и разупрочнение азотсодержащих коррозионно-стойких сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 11 (605). С. 22–26.
8. Вологжанина С. А., Иголкин А. Ф., Перегудов А. А., Баранов И. В., Мартюшев Н. В. Влияние степени деформации в условиях низких температур на превращения и свойства метастабильных аустенитных сталей // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2022. Т. 24, № 1. С. 73–86. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.1-73-86
9. Самодуров И. О., Шарапов М. Г. Технологическая свариваемость высокоазотистых сталей применительно к судовым конструкциям // Труды Крыловского государственного научного центра. 2019. Специальный выпуск 2. С. 127–131.
10. Мушникова С. Ю., Легостаев Ю. Л., Харьков А. А. и др. Исследование влияния азота на стойкость к питтинговой коррозии аустенитных сталей // Вопросы материаловедения. 2004. № 2 (38). С. 126–135.
11. Костина В. С., Мурадян С. О., Костина М. В., Фомина О. В. Исследование структуры и свойств сварных соединений новой коррозионностойкой высокопрочной аустенитной стали 04Х20Н6Г11М2АФБ // Сборник тезисов докладов конференции ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии: в 3 томах. Том 2. 2016. С. 251–254.
12. Завалишин В. А. Сагарадзе В. В., Катаева Н. В., Калинин Г. Ю., Мушникова С. Ю. Изменение магнитных свойств азотсодержащей стали 04Х20Н6Г11М2АФБ в результате низкотемпературной деформации // Вопросы материаловедения. 2011. № 3. С. 13–18.
13. Горкунов Э. С., Путилова Е. А., Задворкин С. М., Макаров А. В. и др. Исследование структуры сварного соединения аустенитной азотосодержащей стали при упругопластическом деформировании // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 11. С. 1196–1206.
14. Maksarov V. V., Vasin S. A., Efimov A. E. Dinamic stabilization in reaming intёernal surfaces of welded components // Russian Engineering Research. 2021. Vol. 10. P. 939–943. DOI: 10.3103/S1068798X2110018X
15. Kostina V. S., Kostina M. V., Muradian S. O., Kudryshov A. E. Structure and properties of the welded joints of rolled austenitic high-nitrogen steel fabricated by manual consumable-electrode arc welding // Russian Metallurgy (Metally). 2022. Vol. 2022, Iss. 7. P. 770–777.
16. Kostina V. S., Kostina M. V., Sharapov M. G., Samodurov I. O., Muradyan S. O. The investigation of the welded joints of the nitrogen containing cast austenitic steel, obtained by the manual arc welding // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 848. 012039. DOI: 10.1088/1757-899X/848/1/012039
17. Insu W., Yasushi K. Weldability of high nitrogen stainless steel // ISIJ International. 2002. Vol. 12. P. 1334–1343.
18. Банных О. А., Блинов В. М., Костина М. В., Блинов Е. В., Зверева Т. Н. Исследование свариваемости коррозионно-стойких аустенитных высокоазотистых сталей типа Х22АГ16Н8М // Металлы. 2007. № 5. С. 4–11.
19. Барышников А. П., Шарапов М. Г. Сварка корпусных сталей для судостроения и морской техники. — СПб. : Изд-во Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, 2016. — 163 с.
20. Bazhin V. Yu., Issa B. The influence of heat treatment on the microstructure of steel coils of a heating tubular furnace // Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 249. P. 393–400. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.8
21. Горынин И. В., Малышевский В. А., Калинин Г. Ю. и др. Коррозионностойкие высокопрочные азотистые стали // Вопросы материаловедения. 2009. № 3 (59). С. 7–16.
22. Костина М. В., Мурадян С. О., Калинин Г. Ю. Фомина О. В., Блинова Е. Н., Костина В. С., Шаталов А. В. Структура и свойства толстолистовых сварных соединений новой аустенитной азотсодержащей стали для работы в условиях высоких статических и знакопеременных нагрузок, коррозионной среды // Вопросы материаловедения. 2015. № 1 (81). С. 95–107.
23. Pryakhin E. I., Sharapova D. M. Understanding the structure and properties of the heat affected zone in welds and model specimens of high-strength low-alloy steels after simulated heat cycles // CIS Iron and Steel Review. 2020. Vol. 19. P. 60–65.
24. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.

25. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
26. ГОСТ 17745-90. Стали и сплавы. Методы определения газов. — Введ. 01.07.1991.
27. Ющенко К. А., Солоха А. М., Казеннов Н. П. Технологические особенности сварки высокоазотистых сталей // National Scientific and Technical Conference with international participation «HNS 88», 1–3 October, 1989, Vol. II.