Низколегированные стали повышенной коррозионной стойкости, микролегированные ниобием и ванадием, обладают рядом преимуществ по сравнению со сталями, рекомендуемыми по ГОСТ 6713-92 для изготовления мостовых конструкций. Они обладают более высокими механическими свойствами при пониженном содержании легирующих элементов, меньшим размером зерна , при этом ударная вязкость гарантируется до температуры -70 ⁰С. Все это позволяет значительно снизить вес конструкции, уменьшив расход металла.

Однако сварные соединения из этих сталей склонны к низкотемпературному охрупчиванию, особенно по линии сплавления. Причинами снижения ударной вязкости является локальная напряженность решетки феррита, сегрегация фосфора в зону сплавления, а также формирование видманштеттовой структуры металла шва и зона термического влияния (з.т.в.). Целью исследования являлась оптимизация технологии сварки стали 10ХСНДА, позволяющая получить ударную вязкость по линии сплавления не менее 30 Дж/см² при температуре металла -60 ^оС. Толщина металла 12 мм. Способ - автоматическая сварка под флюсом.

Проведенные однофакторные эксперименты показали, что снижение погонной энергии, а также легирование металла шва никелем и церием повышает хладостойкость металла шва. Оптимизация проводилась по перечисленным выше основным параметрам. Был выбран центральный композиционный план эксперимента (таблица1). Верхнему и нижнему значению погонной энергии соответствуют режимы сварки, обеспечивающие качественное формирование металла шва при сварке за один или два прохода. Содержание церия в наплавленном металле ограничено концентрацией 0,3-0,4 %, так как при его внесении более 0,4% происходит образование пор, которые являются недопустимыми дефектами. Содержание никеля ограничивается как его дороговизной, так и возможностью образования закалочных структур, и, как следствие, снижение пластичности стали

На основании проведенного эксперимента была построена регрессионная математическая модель зависимости ударной вязкости от основных

технологических параметров сварки:

23,3 + 5,43Ni + 158,6Ce - 7,65 * 10^-8 Qп²-0,01Qп * Ce + 26,72Ce * Ni- 0,018 Qп * Ce * Ni.

Анализ уравнения показывает, что наибольшее влияние на повышение ударной вязкости оказывает церий, который, являясь активным десульфуратором уменьшает количество сульфидной эвтектики, переводя ее из пленочной в глобулярную форму. Кроме того церий как активный карбидообразующий элемент отнимает на себя часть углерода, уменьшая перлитную составляющую, уменьшая твердость, и, как следствие, повышает пластичность стали. Знак /-/ говорит о необходимости снижения погонной энергии для получения более высоких значений ударной вязкости. Получение отрицательных эффектов взаимодействия показывает, что увеличение концентрации легирующих элементов не может компенсировать повышение погонной энергии.

Наиболее высокие значения хладостойкости металла шва и линии сплавления обеспечиваются в случае двухпроходной сварки на пониженной погонной энергии (5400кал/см² ) при легировании металла шва никелем (2,2%) и церием (0,3%). При этом обеспечивается мелкозернистая структура шва, уменьшается размер и время пребывания з.т.в. при высоких температурах.