Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

Для улучшения обрабатываемости резанием аустенитных нержавеющих сталей в их состав вводят дополнительное количество серы. Сталь А10Х16Н15Т с содержанием серы 0,1 - 0,2% становится пригодной к обработке в условиях автоматического производства.

На первом этапе исследований выполнен комплексный анализ неметаллических включений в базовой стали марки 12Х18Н10Т.

Установлено, что основными включениями в этой стали являются нитриды. Частицы нитридов могут иметь разнообразную окраску: от золотисто-розовой до темно-серой и разную геометрическую форму. Присутствие в стали углерода приводит к образованию, наряду с нитридами, карбонитридов. Распределение нитридов титана по сечению слитка неравномерно: повышенное содержание этих включений отмечается у поверхности (край слитка и 1/3 расстояния от поверхности). Анализ показал, что крупные единичные нитриды образуются в массе жидкого металла, а значительные количества мелких включений концентрируются в междуосных участках. После деформации они образуют строчки нитридных включений. Нитрид титана встречается и в чистом виде, но часто содержит в своем составе хром и железо.

Чаще всего нитриды и карбонитриды титана осаждаются на имеющихся в жидкой стали частицах типа MgO×Al2O3 или Al2O3. В свою очередь, к нитридам часто примыкают сульфиды, кристаллизующиеся вокруг нитридов. Иногда нитриды (карбонитриды) являются составной частью сложных включений: в центре частицы корунда или магнезиальной шпинели, вокруг которого кристаллизуется нитрид титана, к последнему примыкает сульфид, и все это окружено карбонитридной оболочкой. При пластической деформации пластичный сульфид вытягивается в направлении течения металла.

Кроме описанных выше включений, в образцах стали обнаружены группы мелких пластичных включений переменного состава - сульфидов, в основном на базе железа или титана. Отмечено наличие в стали самостоятельных включений Al2О3. Встречаются и единичные простые или сложные включения кремния SiO(FeO, MnO) глобулярной или угловатой формы с примесью окислов железа и хрома - типа 2СаО×Al2О3 SiO2.

Условием успешного применения сталей с повышенным содержанием серы является наличие в ней марганца, предохраняющего сернистую сталь от красноломкости и образующего включения сульфида марганца MnS. Включения MnS хорошо деформируются при резании в зоне пластической деформации и служат концентраторами напряжений, уменьшая степень деформации стружки и силу резания. Анализ участков изношенных поверхностей токарных резцов свидетельствует о том, что на контактных площадках деформированные включения MnS играют роль смазки, уменьшая силу трения.

Необходимо учитывать также следующее: для предотвращения склонности нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии в нее вводят титан. При этом в нержавеющих сталях типа 18-9 с нормальным содержанием серы образуются нитриды титана Ti S, которые могут иметь сложный состав и морфологию. Эти включения из-за своей высокой твердости способствуют ухудшению обрабатываемости. При введении титана в сернистую сталь состав и морфология включений меняются. Включения становятся комплексными, в них, наряду с TiS обнаруживается смесь Ti2S и MnS.При этом отношение Ti2S: MnS прямо пропорционально отношению концентраций Ti : Mn. Из-за большей прочности Ti2S при горячей пластической деформации коэффициент формы включений уменьшается и они становятся менее вытянутыми.

Исследования показали, что увеличение содержания серы в стали приводит к увеличению количества сульфидных включений. Сульфиды в основном слабодеформированные с коэффициентом формы 1:4, 1:5. Наряду с сульфидными включениями в структуре присутствуют нитриды и карбонитриды титана, характерные для такого рода сталей. Микрорентгеноспектральный анализ включений показал, что наряду с сульфидами марганца в металле имеются сульфиды титана, а также комплексные сульфиды титана, марганца, железа и даже хрома. Часто сульфидные включения обволакивают ( или включают в себя) нитридные и карбонитридные включения. Этим исключается отрицательное влияние твердых нитридных и карбонитридных включений на обрабатываемость.

Детали выпускной системы автомобилей, для которых и предложен данный подход по регулированию состава стали, подвергаются сварке. В этой связи необходима оценка свариваемости аустенитных нержавеющих сталей с повышенным содержанием серы.

Исследования выполнены в процессе сварки втулки с трубой глушителя при использовании полуавтомата для сварки в среде СО2 фирмы "Kemppi". Сварка велись по окружности, режимы сварки: ток 120 - 140А, напряжение 20V, сварочная проволока Св08Г1С.

Металлографический анализ сварного соединения опытных деталей выявил следующее его строение: структура основного металла - аустенит (7 балл); структура зоны термического влияния - аустенит (3 - 4 балл) + карбиды по границам зерен; структура шва - мартенсито - бейнит.

Для всего исследуемого диапазона содержания серы (от 0,008 до 0,257%) в околошовной зоне сварки возможно выявление кристаллизационных трещин, а в зоне термического влияния выделение карбидов по границам зерен, что может предопределять склонность исследованных сталей к межкристаллитной коррозии.

Для сравнительного анализа свариваемости опытной стали (А10Х16Н15Т) и базовой (12Х18Н10Т) проведена сварка втулки из базовой стали с трубой глушителя, из опытной стали.

Металлографический анализ сварного соединения выявил следующее его строение: опытная сталь - структура основного металла - аустенит; структура зоны термического влияния - аустенит + карбонитриды по границам зерен; структура шва - мартенсито-бейнит; базовая сталь - структура основного металла - аустенит; структура зоны термического влияния - аустенит + d-фаза + нитриды и карбонитриды; структура шва - мартенсито-бейнит.

В зоне сварки выявлены трещины в корне шва, по линии сплавления и в зоне термического влияния. С целью повышения качества соединения и выбора наилучшего способа сварки реализованы варианты: сварки с проволокой Св08Г1С в среде аргона и сварка с проволокой Х18Н10Т в среде СО2.

Металлографический анализ сварных соединений выявил следующее его строение (идентично для исследованных вариантов сварки и марок сталей): структура основного металла - аустенит + карбиды; структура зоны термического влияния - аустенит + карбиды; структура шва - аутенито-мартенситная смесь (при использовании Св08Г1С) и аустенито-карбидная смесь (при использовании проволоки Х18Н10Т). При этом в зоне сварки трещин не обнаружено.

Таким образом, требуемое качество сварного соединения автоматной нержавеющей стали типа А10Х16Н15Т с повышенным содержанием серы может быть достигнуто при правильном совместном подборе сварочной проволоки и состава защитной атмосферы.