RU2535160C1

RU2535160C1 - Агломерированный флюс 48аф-70

Info

Publication number: RU2535160C1
Application number: RU2013115786/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Степанович Гордиенков; Александр Владимирович Воронов; Алексей Леонидович Бобриков; Георгий Павлович Карзов; Сергей Николаевич Галяткин; Эмма Ивановна Михалева; Михаил Николаевич Тимофеев; Михаил Владимирович Панков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ижорские заводы"
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-12-10
Also published as: RU2013115786A

Abstract

Изобретение может быть использовано для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса, применяемых в нефтехимической промышленности. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: электрокорунд (19,0-25,0), синтетический шлак (14,0-18,0), плавиковый шпат (23,0-25,65), титаномагнетитовый концентрат (0,50-1,0), фтористый барий (0,40-1,5), марганец металлический (1,0-2,50), ферротитан (0,30-0,60), ферросилиций (0,20-0,50), обожженный магнезит (23,0-34,30), силикат натрия (5,0-8,0). Отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикового шпата и 1/3 синтетического шлака, 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18. Синтетический шлак имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ (15-35), СаО (45-60), Al₂O₃ (5-10), CaF₂ (8-16). Флюс обеспечивает высокую ударную вязкость металла сварных швов, выполненных с использованием сварочной проволоки марки Св-15Х3ГМ1ФТА, после проведения высокого отпуска, при температуре испытаний от минус 30°C и одновременно высокую прочность металла шва при температурах до +454°C. 3 табл.

Description

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к агломерированным флюсам, и может быть использовано для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса, применяемых в нефтехимической промышленности. Данный агломерированный флюс разработан для сварки стали 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции.

Известен ближайший по составу и области применения агломерированный флюс (прототип) для автоматической сварки низколегированных сталей (Патент России RU 2313435, В23К 35/362), содержащий обожженный магнезит, электрокорунд, плавиковошпатовый концентрат, сфеновый концентрат, марганец металлический, ферротитан, ферросилиций, титаномагнетит, ферробор, диоксид титана синтетический и связующую добавку силикат натрия-калия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Обожженный магнезит	26,40-30,0
Электрокорунд	18,60-22,0
Плавиковый шпат	20,0-20,50
Сфеновый концентрат	12,20-14,50
Диоксид титана синтетический	5,0-0,80
Марганец металлический	2,0-3,0
Ферротитан	0,25-0,50
Ферросилиций	0,50-0,80
Титаномагнетит	0,50-0,80
Ферробор	0,20-0,37
Силикат натрия-калия	6,55-8,10

При этом отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикого шпата и 1/3 сфенового концентрата к суммарному содержанию 2/3 сфенового концентрата, 2/3 силиката натрия-калия, 1/2 электрокорунда и 1/2 диоксида титана выбрано в пределах 1,8-2,1, отношение ферротитана к ферробору - в пределах 0,67-2,5, а отношение диоксида титана синтетического к плавиковому шпату выбрано в пределах 0,24-0,32.

Недостатком данного флюса является сильная загрязненность металла шва фосфором, из-за его высокого содержания в сфеновом концентрате. Фосфор способствует снижению механических свойств металла шва после термической обработки. Также содержание бора во флюсе приводит к образованию боридных фаз в металле шва, способствующих его тепловому охрупчиванию при рабочих температурах.

Техническим результатом данного изобретения является повышение ударной вязкости металла сварных швов, выполненных с использованием флюса предлагаемого состава после проведения высокого отпуска, при температуре от минус 30°C до минус 18°C с одновременным повышением прочности металла шва при температурах до +454°C и улучшением сварочно-технологических свойств.

Технический результат достигается тем что:

предлагаемый состав агломерированного флюса, содержащий: электрокорунд, плавиковый шпат, титаномагнетитовый концентрат, ферротитан, ферросилиций, обожженный магнезит, марганец металлический, также дополнительно содержит синтетический шлак и фтористый барий, а в качестве связующей добавки - силикат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Электрокорунд	18,65-25,0;
Синтетический шлак	14,0-18,0;
Плавиковый шпат	23,0-25,65;
Титаномагнетитовый концентрат	0,50-1,0;
Фтористый барий	0,40-1,5;
Марганец металлический	1,0-2,50;
Ферротитан	0,30-0,60;
Ферросилиций	0,20-0,50;
Обожженный магнезит	23,0-34,30;
Силикат натрия	5,0-8,0,

при этом отношение суммарного содержания магнезита, плавикового шпата 1/3 синтетического шлака и 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18, при этом синтетический шлак имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ (15-35), CaO (45-60), Al₂O₃ (5-10), CaF₂ (8-16).

В состав флюса введен синтетический шлак взамен сфенового концентрата и синтетического диоксида титана, что способствует снижению остаточного содержания кислорода в металле шва, негативным образом влияющего на его ударную вязкость;

- в состав флюса введен фтористый барий, обеспечивающий уменьшение количества и размера неметаллических включений за счет улучшения отделимости шлаковой корки;

- в качестве связующей добавки введен силикат натрия, обеспечивающий снижение диффузионного водорода в наплавленном металле, что уменьшает склонность металла шва к водородному охрупчиванию.

При превышении содержания электрокорунда сверх указанных пределов отмечается повышенная загрязненность металла шва алюмосиликатными включениями, из-за чего происходит снижение ударной вязкости металла шва. При содержании электрокорунда ниже указанного предела происходит ухудшение сварочно-технологических свойств флюса.

Пределы содержания синтетического шлака выбраны с точки зрения повышения ударной вязкости и увеличения прочности металла шва.

Пределы содержания плавикового шпата выбраны с точки зрения обеспечения наилучших сварочно-технологических свойств и отделимости шлаковой корки. При превышении содержания плавикового шпата выше указанного предела наблюдается ухудшение отделимости шлаковой корки. При содержании плавикового шпата ниже указанного предела наблюдается нестабильное горение дуги.

Введение в состав флюса добавок титаномагнетита и фтористого бария в указанных пределах приводит к улучшению сварочно-технологических свойств флюса за счет улучшения смачиваемости жидкого металла расплавленным шлаком.

Содержание марганца металлического, ферротитана и ферросилиция выбраны с учетом обеспечения сочетания высоких прочностных и пластических свойств металла сварного шва, а также его высокой ударной вязкости. При содержании указанных элементов ниже указанных пределов отмечается снижение предела текучести и временного сопротивления металла шва после проведения высокого отпуска. При привышении указанных пределов снижается пластичность и ударная вязкость металла шва.

Указанные пределы содержания химических соединений в синтетическом шлаке выбраны с учетом обеспечения возможности его выплавки в электрической печи, так как в этих пределах выбранный состав попадает в область тройной эвтектики на диаграмме плавкости.

Изготовление данного флюса возможно на промышленных автоматизированных линиях по производству агломерированных флюсов.

Были изготовлены опытные партии агломерированных флюсов, составы которых приведены в таблице 1.

Проведена сварка стыковых соединений из стали 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции с использованием проволоки марки Св-15Х3ГМ1ФТА ⌀4 мм в сочетании с изготовленными вариантами флюса.

Таблица 1
Состав опытных партий агломерированного флюса, мас.%
Наименование компонента		№ партии
		I	II		III	IV прототип
Магнезит обожженный		23,0	34,30		27,6	30,0
Электрокорунд		25,0	18,65		19,0	20,0
Синтетический шлак		16,65	14,0		18,0	-
Плавиковый шпат		23,0	23,0		25,65	20,0
Титаномагнетитовый концентрат		1,0	0,50		0,50	0,60
Фтористый барий		1,50	1,0		0,40	-
Диоксид титана синтетический		-	-		-	6,50
Сфеновый концентрат		-	-		-	12,20
Ферробор		-	-		-	0,20
Марганец металлический		2,50	1,0		1,50	3,10
Ферротитан		0,60	0,60		0,30	0,35
Ферросилиций		0,20	0,50		0,50	0,50
Силикат натрия		6,55	6,55		6,55	-
Силикат натрия-калия		-	-		-	6,55
В^*		2,25	3,18		2,73	2,10
^* В - соотношение суммарного содержания, магнезита, плавикового шпата, 1/3 синтетического шлака, 1/3 сфенового концентрата и 1/3 силиката натрия (силиката натрия-калия) к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда, 2/3 сфенового концентрата и 2/3 силиката натрия (силиката натрия-калия). При этом синтетический шлак имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ (15-35), CaO(45-60), Al₂O₃ (5-10), CaF₂ (8-16).
Режимы сварки:	Сила тока:			500-550 А
	Напряжение:			28-32 В
	Скорость:			25-27 м/ч

Сварка проводилась на постоянном токе обратной полярности.

Сварочная проволока Св-15Х3ГМ1ФТА имеет следующий состав, % по мас.:

Углерод	0,14-0,16
Кремний	0,15-0,22
Марганец	0,70-0,90
Хром	2,10-2,50
Молибден	0,90-1,20
Ванадий	0,15-0,40
Железо	основа

Результаты определения химического состава металла шва приведены в таблице 2.

Таблица 2
Химический состав металла шва, мас.%
Варианты флюса	Химический элемент
Варианты флюса	С	Si	Mn	Cr	Mo	V	Ni	S	P
I	0,07	0,18	0,98	1,98	1,01	0,15	0,01	0,009	0,009
II	0,11	0,25	1,22	2,15	1,02	0,20	0,01	0,003	0,007
III	0,09	0,22	1,18	2,12	1,01	0,18	0,01	0,003	0,009
IV - прототип	0,07	0,56	1,35	2,10	1,00	0,16	0,01	0,005	0,014

Результаты определения механических свойств металла шва после проведения термической обработки по режиму 660±10°C/2 ч 5 мин + 705-710°C/7 ч 55 мин, а также результаты проверки сварочно-технологических свойств приведены в таблице 3.

Таблица 3
Результаты определения механических свойств металла шва, а также сварочно-технологических свойств
Варианты флюса	$R_{m}^{+ 20}$ МПа	$R_{p 0,2}^{+ 20}$ МПа	А⁺²⁰, %	Z⁺²⁰, %	$R_{m}^{+ 454}$ МПа	KV^-18, Дж/см²	KV^-30, Дж/см²	Сварочно-технологи- ческие свойства
Требования заказчика	585-760	415-620	≥18	≥45	≥461	≥55	≥55	удовл.
I	630-650	545-550	19-23	69-74	475-500	38-64	25-68	удовл.
II	640-660	560-575	20-24	71-78	515-530	55-80	15-37	удовл.
III	640-650	540-570	23,5-25	74-75	490-495	194-215	71-240	удовл.
IV	550-560	520-540	12,5-14	66-72	440-460	10-142	10-21	удовл.

Были проведены дополнительные исследования, которые показали что при повышении соотношения В>3,18 не удается обеспечить удовлетворительные сварочно-технологические свойства, из-за чего в металле шва образуется большое количество дефектов (шлаковые включения, побитость и т.д.), что отрицательным образом сказывается на значениях ударной вязкости.

При использовании прототипа не удалось получить требуемые значения механических свойств металла шва вследствие его теплового охрупчивания из-за высокого содержания в нем бора и фосфора.

При соотношении В < 2,25 не обеспечиваются требуемые значения ударной вязкости металла шва из-за загрязненности его неметаллическими включениями вследствие высокой окислительной способности шлака.

При соблюдении предлагаемого соотношения компонентов обеспечиваются прочностные и пластические свойства металла шва, а также высокий уровень его ударной вязкости.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования нового состава сварочного флюса для изготовления корпусов нефтехимического оборудования с высокими рабочими параметрами выразится в повышении срока службы оборудования при обеспечении его повышенной безопасности.

Claims

Агломерированный флюс для сварки низколегированных сталей, содержащий электрокорунд, плавиковый шпат, титаномагнетитовый концентрат, ферротитан, ферросилиций, обожженный магнезит, марганец металлический, отличающийся тем, что он дополнительно содержит синтетический шлак, фтористый барий и силикат натрия в качестве связующей добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Электрокорунд 18,65-25,0; Синтетический шлак 14,0-18,0; Плавиковый шпат 23,0-25,65; Титаномагнетитовый концентрат 0,50-1,0; Фтористый барий 0,40-1,5; Марганец металлический 1,0-2,50; Ферротитан 0,30-0,60; Ферросилиций 0,20-0,50; Обожженный магнезит 23,0-34,30; Силикат натрия 5,0-8,0,

при этом отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикового шпата и 1/3 синтетического шлака, 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18, а синтетический шлак имеет следующий состав, мас.%:
SiO₂ 15-35 CaO 45-60 Al₂O₃ 5-10 CaF₂ 8-16