ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ С ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКОЙ С ЦЕЛЬЮ КОНТРОЛЯ ИХ КАЧЕСТВА

Исследованы микроструктура и кристаллическое строение образцов стали 9X2МФ и 8Х3СМФА с лазерной наплавкой. Образцы отобраны от рабочих валов реверсивного прокатного стана в условиях ПАО «Уралмашзавод». Заваривание поверхностных трещин в вал­ках с применением лазера считается эффективным методом восстановления деталей в условиях мелкосерийного производства. Исследо­вания выполнены с целью контроля качества стальных изделий с лазерной наплавкой. Контроль качества рабочих валов прокатных станов с лазерной наплавкой направлен на выявление дефектов металлургического происхождения (неметаллические включения, несплошно­сти, области с неоднородностью химического состава) в зонах наплавки и термического влияния и проводится ультразвуковым мето­дом. Металлографическое изучение микроструктуры и кристаллического строения образцов стали с лазерной наплавкой необходимо для разработки методики ультразвукового контроля. Основным средством металлографического обнаружения дефектов металлургического происхождения в сталях является растровая электронная микроскопия с функциями микрорентгеноспектрального анализа (EDS-анализ) и дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD-анализ). Металлографическое исследование выполнено с помощью сканирующе­го электронного микроскопа CarlZeiss AURIGA CrossBeam, оборудованного аналитическими системами для исследования элементного состава поверхности методом рентгеноспектрального микроанализа (EDS) и исследования кристаллической структуры поверхности ме­тодом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). В результате металлографического исследования образцов стали с лазерной наплавкой, отобранных от рабочих валов реверсивного прокатного стана, обнаружены дефекты металлургического происхождения по границе наплавки. Размер микронеоднородностей для стали 9X2МФ составляет 10 – 50 мкм, элементный состав включает Mn, Si и O. Размер микронеоднородностей для стали 8Х3СМФА составляет 1 – 3 мкм, а элементный состав включает Mn, Cr и Mo. Установлено, что металл наплавки является менее текстурованным и имеет более однородные акустические характеристики, чем основной металл, что необ­ходимо учитывать при ультразвуковом контроле качества стальных изделий с лазерной наплавкой. При ультразвуковом контроле рабочих валов с лазерной наплавкой рекомендовано установить уровень фиксации сигнала с отражающей способностью, эквивалентной диаметру плоскодонного отверстия 1,5 мм.

1. Чикова О.А., Белоносов А.В., Истомина З.А. Изучение структу¬ры поковок из стали 75Х3МФ ультразвуковым методом с целью контроля их качества // Дефектоскопия. 2012. № 9. С. 36 – 41.

2. Белоносов А.В., Чикова О.А., Юровских В.В., Чезганов Д.С. Изучение структуры металла прокатных валков из стали 9Х2МФ и 8Х3СГФ ультразвуковым методом с целью контроля их качества // Дефектоскопия. 2013. № 4. С. 17 – 28.

3. Chezganov D.S., Chikova O.A., Borovykh M.A. Effect of heat treatment on the crystal structure of deformed samples of chromium–manganese steel // Physics of Metals and Metallography. 2017. Vol. 118. No. 9. P. 857 – 863.

4. Alali M., Todd I., Wynne B.P. Through-thickness microstructure and mechanical properties of electron beam welded 20 mm thick AISI 316L austenitic stainless steel // Materials & Design. 2017. Vol. 130. P. 488 – 500.

5. Liu S., Mi GY., Yan F. etc. Correlation of high power laser welding parameters with real weld geometry and microstructure // Optics and laser technology. 2017. Vol. 94. P. 59 – 67.

6. Venkata K.A.,Truman C.E., Coules H.E., Warren A.D. Applying electron backscattering diffraction to macroscopic residual stress characterisation in a dissimilar weld // Journal of materials processing technology. 2017. Vol. 241. P. 54 – 63.

7. Chezganov D.S., Borovykh M.A., Chikova O.A. Prediction of steel corrosion resistance based on EBSD-data analysis (2017) // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 192 (1). Art. no. 012031.

8. Cumblidge S.E. Nuclear regulatory commission staff view of progress in the nondestructive testing of cast austenitic steel components // ASME pressure vessels and piping conference. 2014. Vol. 1. V001T01A054.

9. Ogilvy J.A. The ultrasonic reflection properties of planar defects with in austenitic welds // Ultrasonics. 1986. Vol. 26. No. 6. P. 318 – 327.

10. Chassignole B., El Guerjouma R., Ploix M.-A., Fouque T. Ultrasonic and structural characterization of anisotropic austenitic stainless steel welds: Towards a higher reliability in ultrasonic non-destructive testing // NDT Int. 2010. Vol. 43. No. 4. P. 273 – 282.

11. Boukani H.H., Chentouf S.M., Viens M. etc. The effect of martensitic stainless steel microstructure on the ultrasonic inspection of turbine runner joints // 41st Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation (QNDE)AIP Conference Proceedings. 2015. Vol. 1650. P. 909 – 916.

12. Fan Z., Mark A.F., Lowe M.J.S.,Withers P.J. Nonintrusive estimation of anisotropic stiffness maps of heterogeneous steel welds for the improvement of ultrasonic array inspection // IEEE transactions on ultrasonics ferroelectrics and frequency control. 2015. Vol. 62. No. 8. P.1530 – 1543.

13. Nowers O., Duxbury D.J., Drinkwater B.W. Ultrasonic array imaging through an anisotropic austenitic steel weld using an efficient ray-tracing algorithm // Ndt& E International. 2016. Vol. 79. P. 98 – 108.

14. Lhuillier P.E., Chassignole B., Oudaa M. etc. Investigation of the ultrasonic attenuation in anisotropic weld materials with finite element modeling and grain-scale material description // Ultrasonics. 2017. Vol. 78. P. 40 – 50.

15. Mark A.F., Li W., Sharples S., Withers P.J. Comparison of grain to grain orientation and stiffness mapping by spatially resolved acoustic spectroscopy and EBSD // Journal of microscopy. 2017. Vol. 267. No. 1. P. 89 – 97.

16. Barella S., Di Cecca C., Gruttadauria A. etc. Study on the microstructure influence in ultrasonic test in duplex forged components // Metallurgia Italiana. 2014. Vol. 106. No. 10. P. 29 – 36.

17. Barella S., Gruttadauria A., Mapelli C. etc. Effect of heat treatment and of primary austenite grain size on the minimum size of detectable defect on 26NiCrMoV11.5 high strength steel // Advanced Engineering Materials. 2014. Vol. 16. No. 1. P. 103 – 111.

18. Nishikawa S., Furukawa T., Komura I., Horii Y. The influence of structures of nickel base alloy weld metals on flaw detectability by ultrasonic test // Yosetsu Gakkai Ronbunshu. Quarterly Journal of the Japan Welding Society. 2007. Vol. 25. No. 1. P. 179 – 186

19. Kolkoori S., Hoehne C., Prager J. etc. Quantitative evaluation of ultrasonic C-scan image in acoustically homogeneous and layered anisotropic materials using three dimensional ray tracing method // Ultrasonics. 2014. Vol. 54. No. 2. P. 551– 562. 20.

20. Атлас дефектов стали / Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1979. – 188 с.

21. Металлография железа: Справ. изд. / Пер. с нем. Н. Лямбер, Т. Греди, Л. Хабракен Л. и др. – М.: Металлургия, 1985. – 248 с.

22. Watanabe T. Grain boundary design for new materials// Trans. Jap. Inst. Metals. 1984. Vol. 27. P. 73 – 83.

23. Watanabe T. An approach to grain boundary design for strong and ductile polycrystals // Res. Mech. 1984. Vol. 11. P. 47 – 84.

24. Watanabe T. Grain boundary design and control for high temperature materials // Mater. Sci. and Eng. 1993. Vol. A166. P. 11 – 28.

25. Lin P., Palumbo G., Erb U., Aust K.T. Influence of grain boundary character distribution on sensitization and intergranular corrosion of alloy 600 // Scripta Metallurgica et Materialia. 1995. Vol. 33. No. 9. P. 1387 – 1392.

26. Palumbo G., King P.J., Aust K.T. etc. Grain boundary design and control for intergranular stress-corrosion resistance // Scripta Metallurgica et Materialia. 1991. Vol. 25. P. 1775 – 1780.

27. Bennet B.W., Pickering H.W. Effect of grain boundary structure on sensitization and corrosion of stainless steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 1987. Vol. 18A. P. 1117 – 1124.