Высокомарганцовистая сталь 110Г13Л находит широкое применение для изготовления изделий работающих под воздействием ударных, ударно-абразивных нагрузок и высоких удельных статических давлений, благодаря высокой способности к деформационному упрочнению высокомарганцовистого аустенита. Высокомарганцовистая сталь 110Г13Л обладает плохой свариваемостью в связи с развитием процессов разупрочнения, охрупчивания и образования горячих трещин в металла зоны термического влияния под воздействием термического цикла сварки. Превышение оптимальных значений тепловложения приводит к увеличению толщины разупрочненного слоя металла ЗТВ.
При выполнении сварных соединений из разнородных сталей (110Г13Л+35ГЛ, 110Г13Л+20ГСЛ) необходимо учитывать перераспределение легирующих элементов в зоне сплавления и возможность формирования хрупких прослоек. При разработке материалов для электродуговой сварки стали 110Г13Л необходимо реализовать сложный комплекс металлургических средств. В зависимости от условий эксплуатации, требований к механическим свойствам, регулируют уровень стабильности аустенита и количество упрочняющей фазы за счет изменения содержания марганца, углерода, азота, хрома и др. легирующих элементов и примесей. Особенности протекания диффузионных процессов в высокомарганцовистых сталях, при определенных концентрациях углерода и марганца проявляются в нестабильности аустенита и выпадении по границам зерен карбидов и формировании трехфазной структуры (ϒ + α + ε).
Морфология карбидной фазы от дисперсной, виде отдельных частиц в теле зерна по его границам, до сплошных карбидных прослоек по границам зерен, определяется содержанием легирующих элементов и их соотношением. Реализация многофазных структур при их оптимальном соотношении позволяет существенно повысить механические свойства сварных соединений.
Управление процессом формирования мартенсита позволяет успешно реализовать механизм дисперсионного упрочнения в сочетании с релаксация напряжений в металле сварного соединения. Особое внимание уделено снижению содержания и нейтрализации вредных примесей (S, P, O) в металле сварного шва, т.к. ликвация их на межзеренных границах способствует образованию горячих трещин. Реализация оптимального раскисления предупреждает образование по границам зерен железомарганцевых оксидных пленок m(MnO)n(FeO). В настоящее время существует большая гамма сварочных материалов для сварки и заварки дефектов литья стали 110Г13Л., а также сварки ее с перлитными сталями 20ГЛ и 35ГЛ. Для сварки ответственных изделий рекомендуется применение дорогостоящих низкоуглеродистых электродов с ситемами легирования на базе Cr-Ni (ОЗЛ-6, НИИ48Г), Cr-Mn-Ni (АНВ-2у),Cr-Mn (АНВМ-2).
В настоящее время актуально создание и применение экономичных порошковых проволок для сварки стали 110Г13Л. Предприятием «ТМ. ВЕЛТЕК» при участии КЦРЗ выполнена разработка новых газозащитных порошковых проволок. В процессе разработки реализованы оптимальные металлургические решения применительно к электродуговой сварке высокомарганцовистой стали. Для заварки дефектов литья стали 110Г13Л разработана порошковая проволока ВЕЛТЕК-Н220У Ø2,0—2,4 мм, обеспечивающая получение высокомарганцовистого наплавленного металла с высокой стабильностью аустенита. Применение активных десульфураторов в сочетании с основным шлаком обеспечивает достаточно низкое содержание вредных примесей (S≤0,01 % и P≤0,016 %) в наплавленном металле. Комплексное легирование марганцем, титаном, молибденом и др. легирующими элементами позволяет реализовать оптимальное структурное состояние и требуемые прочностные характеристики наплавленного металла: σв=680—760 МПа, σт=340—400 МПа, δ= 16—22 %, KCV=85—100 Дж при +20 °С. 2,0 мкм. Заварка дефектов литья выполнялась на режимах: Iд=180—250 А, Uд =25—26 В, Vcв=12—16 м/ч при проковке каждого валика.
Для сварки в СО2 соединений (110Г13Л+35Л) ,(110Г13Л+20ГСЛ) разработана газозащитная порошковая проволока ВЕЛТЕК 210У Ø2,4—2,6 мм с системой легирования Cr-Mn. Согласно структурной диаграмме с целью получения устойчивой аустенитной структуры оптимизированы содержания марганца, углерода и др. легирующих элементов. Мехнические свойства металла шва находятся в пределах: σв=620—660 МПа, σт=360—390 МПа, δ= 22—30 %, KCV=90—100 Дж при +20 °С. В зоне сплавления с перлитной сталью не обнаружены хрупкие прослойки.
Шлаковая система MgO-Al2O3-TiO2-CaF2 обеспечивает хорошие технологические свойства шлака: легкая отделимость шлаковой корки даже при выполнении корневых швов, хороший внешний вид поверхности шва, хорошая стабильность процесса сварки, незначительное разбрызгивание электродного металла. Коэффициент использования проволоки находится в пределах Кпр=1,16—1,2.
Порошковые проволоки ВЕЛТЕК-210Г и ВЕЛТЕК-Н220Г успешно применяются на КЦРЗ (г. Кривой Рог) при производстве ответственных конструкций.
к.т.н. Орлов Л. Н., инж. Голякевич А. А. (ТМ.ВЕЛТЕК, г. Киев), инж. Пелешко В. Н. (КЦРЗ, г. Кривой Рог)