Сварочные материалы из аустенитной нержавеющей стали (ASS) и высоконикелевой стали (HNS) используются для сварки сталей Q & T, так как они имеют более высокую растворимость в водороде в аустенитной фазе, чтобы избежать трещин, вызванных водородом (HIC), но они очень дороги. В последние годы для сварки Q & T используются разработки расходных материалов с низким содержанием водородной ферритной стали (LHF), которые не содержат гигроскопичных соединений стали. Размягчение зоны термического влияния (ЗТВ) является еще одной критической проблемой при сварке броневых сталей класса Q & T и зависит от используемого процесса сварки и термического цикла сварки. В этом исследовании была предпринята попытка изучить влияние сварочных расходных материалов и сварочных процессов на металлургические характеристики соединений броневой марки Q & T с помощью различных процедур металлургического определения характеристик. Были использованы процессы дуговой сварки в защитном металле (SMAW) и дуговой сварки с флюсом (FCAW), для изготовления сварных швов с использованием сварочных материалов ASS, LHF и HNS. Соединения, изготовленные с использованием расходных материалов LHF, обеспечивают более низкую степень смягчения ЗТВ, и нет никаких признаков HIC в соединениях, изготовленных с использованием расходных материалов LHF.
В последние годы возросла потребность в сталях Q & T для использования в конструкциях с высоким напряжением, в том числе во многих критически важных областях применения обороны, таких как строительство корпуса и башни боевых машин. Основная цель любого дизайна и разработки брони состоит в том, чтобы обеспечить превосходные баллистические характеристики. Баллистические характеристики различных броневых сталей характеризуются их твердостью. Как правило, чем тверже сталь, тем лучше баллистические характеристики, поэтому стали с высокой твердостью обычно используются там, где ключевым фактором является сопротивление проникновению и снижение веса, а стали с низкой твердостью используются там, где ударопрочность важна в военных применениях. Рабочие характеристики сталей зависят от свойств, связанных с их микроструктурой, то есть от кристаллографического расположения, объемных долей, размеров и морфологии различных фаз, составляющих макроскопическое сечение стали с заданным составом в заданных обработанных условиях. Стальные микроструктуры состоят из различных фаз, иногда до трех или четырех различных типов, которые физически смешиваются путем затвердевания, твердофазных изменений фазы, горячей деформации, холодной деформации и термической обработки. Каждый тип микроструктуры и продукта разрабатываются с учетом характерных диапазонов свойств с помощью конкретных маршрутов обработки, которые контролируют и используют микроструктурные изменения. Баллистическая потребность в сталях Q & T, используемых в броне, требует высокой прочности, большей ударной вязкости и умеренной твердости.
Эти низколегированные стали по существу никель-хромомолибденового типа, и все вышеперечисленные свойства лучше всего получить в тонких (игольчатых) отпущенных мартенситных структурах, полученных путем термической обработки закалкой и отпускомСтальные сварные швы брони класса Q & T
Стали Q & T с пределом текучести до 1500 МПа и углеродным эквивалентом в диапазоне 0,7e0,9, как правило, используются для изготовления боевых машин, которые требуют сопротивления проникновению снаряда. Сварка является основным способом изготовления бронетехники. Холодное растрескивание, вызванное водородом после сварки в ЗТВ, и размягчение ЗТВ из-за термического цикла сварного шва - это две основные проблемы, которые необходимо решать при сварке броневых сталей класса Q & T, поскольку они препятствуют баллистическим характеристикам при использовании в броне.
Трещины в сварных швах из брони класса Q & T.
Ожидается, что в ЗТВ сталей класса брони марки Q & T произойдет растрескивание двух типов. Они растрескиваются при высокой температуре из-за низкой пластичности ЗТВ и второго типа растрескивания, которое происходит при низкой температуре после некоторой задержки. Растрескивание, которое происходит при низкой температуре, может происходить либо из-за водородного охрупчивания, либо из-за сдерживающего растрескивания. Решением для преодоления HIC являются предварительный нагрев и меры предосторожности во время сварки, такие как прокаливание электродов и использование расходных материалов, которые образуют аустенитную фазу.
Одной из основных причин водородного растрескивания является высокая твердость в ЗТВ. По этой причине для поддержания твердости ЗТВ ниже подверженной растрескиванию области рекомендуется предварительный нагрев. Несмотря на принятие всех этих мер предосторожности, трещины в ЗТВ, как сообщается, преобладают в условиях высокой твердости (470–550 Hv) основного металла. Размягчение в ЗТВ сварных конструкций из стали Q & T происходит из-за термического цикла сварного шва и является характеристикой процесса сварки и расходных материалов, используемых при изготовлении. Наличие мягкой зоны в сварной конструкции может ограничить расчетную прочность до более низкого значения, а также может повлиять на баллистическое поведение сварных конструкций.
Сварочные материалы и процессы, принятые для класса брони
Стали Q & T Сварочные материалы из аустенитной нержавеющей стали (ASS) и расходные материалы с высоким содержанием никеля (HNS) используются для сварки Q & T стали, так как они имеют более высокую растворимость для водорода в аустенитной фазе, чтобы избежать образования трещин, вызванных водородом (HIC). Эти расходные материалы найдут применение для сварки высокопрочных сталей Q & T для удовлетворения потребностей в обслуживании бронетехники. Но использование расходных материалов ASS и HNS для основного металла из нержавеющей стали стоит избегать, так как они дороже. В последние годы для сварки сталей Q & T были предприняты попытки разработать расходные материалы из низко водородной ферритной стали (LHF) с базовыми покрытиями, которые не содержат гигроскопических соединений, которые дешевле, чем расходные материалы ASS и HNS.
Большая часть изготовления брони выполняется сваркой плавлением, и они требуют высочайшего качества сварки.
Процессы дуговой сварки в защитном металле (SMAW) и дуговой сварки с флюсовым сердечником (FCAW) широко используются при изготовлении боевой машины.
Сварочные материалы и процессы имеют существенное влияние на вызванное водородом растрескивание и размягчение зоны термического влияния в броне марки Q & T. Бронированная сталь Q & T имеет хорошо зарекомендовавшую себя сварную совместимость с расходными материалами ASS и HNS, и они используются при изготовлении бронированных автомобилей. Таким образом, существует необходимость в использовании расходных материалов LHF для сварки брони из стали Q & T, используемой в конструкции военных транспортных средств. Использование расходных материалов LHF может уменьшить размягчение зоны термического влияния и может обеспечить такое же сопротивление HIC, как и у расходных материалов ASS и HNS. Из вышеприведенного обсуждения ожидается, что сварочные материалы и сварочные процессы могут оказать существенное влияние на характеристики металлургических соединений брони Q & T. Свойства и целостность металла сварного шва зависят от варианта микроструктурных особенностей в различных зонах стыка. Использование расходных материалов ASS, HNS и LHF для сварки броневой стали марки Q & T процессами SMAW и FCAW приведет к образованию отчетливых микроструктурных элементов в зоне сварного шва и в зоне термического влияния и окажет значительное влияние на характеристики соединений. Следовательно, в этом исследовании была предпринята попытка изучить влияние сварочных расходных материалов (ASS и LHF) и сварочных процессов (SMAW и FCAW) на металлургические характеристики сварных сварных соединений Q & T.
Целью данного исследования является оценка целесообразности использования расходных материалов LHF для изготовления брони класса Q.