Integrated Assessment of Weldability of Steel with Increased Strength

Abstract

Modern production of agricultural equipment and facilities, hulls of ships, stationary oil drilling platforms, wind energy installations and other metal structures makes extensive use of sheet steel of increased strength. The main manufacturing process is welding, the quality of which depends on multiple factors, including the ability of steel to resist welding. It is known that the properties of the thermal influence zone are highly dependent on phase transformations, the nature of which is determined by the intensity and development of diffusion processes of carbon redistribution and alloying elements under the impact of the welding thermal cycle. Therefore, it is necessary to evaluate the weldability of the steel of a certain chemical composition, in order to choose the optimal method and the technological parameters of the welding mode for the manufacture of a specific metal structure. In order to reduce material costs, you can use analytical calculation methods that were developed at the E.O. Paton Electric Welding Institute. They are based on the analysis of the literature and the study of about 150 diagrams of the thermokinetic decomposition of austenite. Mathematical models make it possible to predict with a sufficient degree of accuracy the phase composition and mechanical properties of the high-temperature thermal influence zone depending on the chemical composition and cooling time of the metal, heated to a maximum temperature of 1350ºC, in the temperature range 850-500ºC. However, such tests are quite expensive and do not allow optimization of weld properties when the welding mode, mode, welding materials and other underlying technological factors change. In this connection, the objective was to assess the reliability of the proposed methodology in the study of weldability of shipbuilding steel of the increased strength of the category E36, for the weakest T(transverse) – the orientation of the sheet of 50 mm thickness. A high performance of the steel category is achieved by a limited increase in the aluminium content or other grain-crushing elements (Nb, V, Ti), which ensures that the size of the austenitic grain is not greater than the fifth point. The research showed that analytical methods for calculating the mechanical characteristics of high temperature HAZ sites by chemical composition, taking into account the cooling rate after welding, provide a level of confidence sufficient for practical application and can be recommended for the primary evaluation of the properties of welded compounds of high-thickness steel plates of category E36 (T-orientation). The impact work (KV-40) of the high-temperature sections of the high-temperature thermal influence zone is not subject to an analytical evaluation with the degree of accuracy required for production practice

Сучасне виробництво сільськогосподарської техніки та обладнання, корпусів суден, стаціонарних нафтових бурових платформ, вітроенергетичних установок та інших металоконструкцій широко використовує листову сталь підвищеної міцності. Основним виробничим процесом є зварювання, якість якого залежить від багатьох факторів, у тому числі від здатності сталі протистояти зварюванню. Відомо, що властивості зони термічного впливу значною мірою залежать від фазових перетворень, характер яких визначається інтенсивністю та розвитком дифузійних процесів перерозподілу вуглецю та легуючих елементів під впливом зварювального термоциклу. Тому необхідно оцінити зварюваність сталі певного хімічного складу, щоб вибрати оптимальний спосіб і технологічні параметри режиму зварювання для виготовлення конкретної металоконструкції. З метою зниження матеріальних витрат можна використовувати аналітичні методи розрахунку, які були розроблені в Інституті електрозварювання ім. Е.О. Патона. Вони базуються на аналізі літератури та вивченні близько 150 діаграм термокінетичного розпаду аустеніту. Математичні моделі дозволяють з достатньою точністю прогнозувати фазовий склад і механічні властивості високотемпературної зони термічного впливу в залежності від хімічного складу і часу охолодження металу, нагрітого до максимальної температури 1350 ºC., в діапазоні температур 850–500ºC. Однак такі випробування є досить дорогими і не дозволяють оптимізувати властивості зварного шва при зміні режиму зварювання, зварювальних матеріалів та інших основних технологічних факторів. У зв’язку з цим ставилося завдання оцінити надійність запропонованої методики при дослідженні зварюваності суднобудівної сталі підвищеної міцності категорії Е36, для найслабшого Т (поперечного) – орієнтації листа товщиною 50 мм. Високі показники категорії сталі досягаються обмеженим збільшенням вмісту алюмінію або інших елементів (Nb, V, Ti), що забезпечує розмір аустенітного зерна не більше п’ятого бала. Дослідження показали, що аналітичні методи розрахунку механічних характеристик високотемпературних ділянок ЗТВ за хімічним складом з урахуванням швидкості охолодження після зварювання забезпечують достатній для практичного застосування рівень достовірності та можуть бути рекомендовані для первинної оцінки властивостей зварних з’єднань, листів великої товщини зі сталі категорії Е36 (Т-подібна орієнтація). Ударна робота (KV-40) високотемпературних зон термічного впливу не підлягає аналітичній оцінці з необхідним для виробничої практики ступенем точності