RU2610374C2 - Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels - Google Patents

Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels Download PDF

Info

Publication number
RU2610374C2
RU2610374C2 RU2015118692A RU2015118692A RU2610374C2 RU 2610374 C2 RU2610374 C2 RU 2610374C2 RU 2015118692 A RU2015118692 A RU 2015118692A RU 2015118692 A RU2015118692 A RU 2015118692A RU 2610374 C2 RU2610374 C2 RU 2610374C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluoride
hexaboride
earth metal
metal
welding
Prior art date
Application number
RU2015118692A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015118692A (en
Inventor
Сергей Георгиевич Паршин
Алексей Сергеевич Майстро
Original Assignee
Сергей Георгиевич Паршин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Георгиевич Паршин filed Critical Сергей Георгиевич Паршин
Priority to RU2015118692A priority Critical patent/RU2610374C2/en
Publication of RU2015118692A publication Critical patent/RU2015118692A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610374C2 publication Critical patent/RU2610374C2/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention can be used during arc welding and building up of metal parts in a protective gas medium and under flux. Wire comprises a metal rod and an electrolytically deposited nanocomposite coating, including a metal matrix with nanoparticles distributed therein. Said coating contains nanoparticles of fluoride or a mixture of rare-earth metal fluorides and nanoparticles of hexaboride or a mixture of alkali-earth metal hexaborides at following volume ratio of matrix and nanoparticles in coating, %: metal matrix 55–96, nanoparticles of fluoride or a mixture of fluorides 3–20, nanoparticles of hexaboride or a mixture of hexaborides 1–25. Rare-earth metal fluoride is selected from a group consisting of lanthanum fluoride, yttrium fluoride and cerium fluoride. Alkali-earth metal hexaboride is selected from a group, including calcium hexaboride, barium hexaboride and strontium hexaboride.
EFFECT: welding wire increases strength, ductility and impact strength of welded joints of pipes and crypto-resistant steels of high strength.
3 cl, 6 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при дуговой сварке и наплавке металлических деталей в среде защитного газа и под флюсом.The present invention relates primarily to mechanical engineering and can be applied in arc welding and surfacing of metal parts in a shielding gas environment and under flux.

Известна сварочная проволока для сварки чугуна (см. Потапов Ю.С., Краля В.Д., Коростиль А.П. и др. Состав сварочной проволоки для сварки чугуна. Авторское свидетельство СССР №961906 от 08.04.1981 г. Опубликовано 30.09.1982 г. Бюл. №36). Состав проволоки содержит щелочноземельные металлы: кальций, барий, стронций, магний и редкоземельные металлы, которые позволяют модифицировать микроструктуру металла шва, производить десульфурацию, раскисление и удалять остаточные газы. Это позволяет увеличить прочность и пластичность сварного шва. Однако указанная проволока предназначена для сварки чугуна и не может применяться при сварке трубных и криптоустойчивых сталей.Known welding wire for welding cast iron (see Potapov Yu.S., Kralya V.D., Korostil A.P. and others. The composition of the welding wire for welding cast iron. USSR author's certificate No. 961906 of 04/08/1981 Published on 09/30/1981. 1982 Bull. No. 36). The composition of the wire contains alkaline earth metals: calcium, barium, strontium, magnesium and rare-earth metals, which allow you to modify the microstructure of the weld metal, to desulfurize, deoxidize and remove residual gases. This allows you to increase the strength and ductility of the weld. However, this wire is intended for welding cast iron and cannot be used for welding pipe and crypto-resistant steels.

Известна порошковая проволока для сварки труб (см. Горынин И.В., Малышевский В.А., Бишоков Р.В. и др. Состав порошковой проволоки для сварки труб категории прочности Х90. Патент РФ №2387527 от 31.07.2008 г. Опубликовано 27.04.2010 г.), которая содержит кальций и комплексную лигатуру на основе смеси редкоземельных металлов (РЗМ): лантана, празеодима, церия, неодима. Микролегирование сварного шва кальцием и редкоземельными металлами позволяет повысить ударную вязкость и хладостойкость сварных швов низколегированных трубных сталей за счет модифицирования и рафинирования. Однако проволока не содержит в составе фторидов, что снижает ее эффективность по связыванию водорода в газовой фазе. Кроме того, проволока содержит значительное количество шлакообразующих компонентов, что может привести к шлаковым включениям в корневом шве при многослойной сварке труб повышенной толщины.Known flux-cored wire for welding pipes (see Gorynin I.V., Malyshevsky V.A., Bishokov R.V. et al. Composition of flux-cored wire for welding pipes of strength category X90. RF patent No. 2387527 dated July 31, 2008. Published April 27, 2010), which contains calcium and a complex ligature based on a mixture of rare earth metals (REM): lanthanum, praseodymium, cerium, neodymium. Microalloying of the weld with calcium and rare-earth metals makes it possible to increase the toughness and cold resistance of the welds of low-alloy pipe steels due to modification and refining. However, the wire does not contain fluorides, which reduces its effectiveness in binding hydrogen in the gas phase. In addition, the wire contains a significant amount of slag-forming components, which can lead to slag inclusions in the root seam during multilayer welding of pipes of increased thickness.

Известна наноструктурированная сварочная проволока (см. Паршин С.Г. Наноструктурированная сварочная проволока. Патент РФ №2538228 от 01.07.2013 г. Опубликовано 10.01.2015 г. Бюл. №1), которая принята за прототип. Указанная проволока состоит из металлического стержня, на поверхность которого нанесено нанокомпозиционное покрытие. Покрытие выполнено электролитическим способом и включает металлическую матрицу с распределенными в ней наноразмерными частицами фторида металла и редкоземельных металлов. Проволока по прототипу позволяет улучшить капельный перенос электродного металла и механические свойства сварных соединений. Однако указанная проволока недостаточно эффективно влияет на модифицирование микроструктуры при сварке трубных и криптоустойчивых сталей, что не позволяет повысить пластичность и ударную вязкость сварных швов при низких температурах.Known nanostructured welding wire (see. Parshin SG. Nanostructured welding wire. RF patent №2538228 from 07/01/2013 Published on 01/10/2015 Bull. No. 1), which is adopted as a prototype. The specified wire consists of a metal rod, on the surface of which a nanocomposite coating is applied. The coating is made by electrolytic method and includes a metal matrix with nanosized particles of metal fluoride and rare earth metals distributed in it. The wire of the prototype can improve the drip transfer of the electrode metal and the mechanical properties of the welded joints. However, this wire does not effectively affect the modification of the microstructure during welding of pipe and crypto-resistant steels, which does not allow to increase the ductility and toughness of welds at low temperatures.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение механических свойств сварных соединений трубных и криптоустойчивых сталей за счет комплексного модифицирования и рафинирования сварочной ванны путем нанесения на поверхность сварочной проволоки нанокомпозиционного покрытия, содержащего наноразмерные частицы фторида редкоземельного металла и гексаборида щелочноземельного металла.The technical result of the invention is to increase the mechanical properties of welded joints of pipe and crypto-resistant steels due to complex modification and refining of the weld pool by applying a nanocomposite coating containing nanosized particles of rare earth metal fluoride and alkaline earth metal hexaboride to the surface of the welding wire.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на поверхности металлического стержня размещают нанокомпозиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы, наноразмерных частиц фторида редкоземельного металла (РЗМ) и гексаборида щелочноземельного металла (ЩЗМ) с размером частиц менее 1000 нм. В отличие от прототипа нанокомпозиционное покрытие содержит наноразмерные частицы фторида редкоземельного металла и гексаборида щелочноземельного металла при следующем соотношении объемов матрицы и наноразмерных частиц в покрытии, %:The essence of the invention lies in the fact that a nanocomposite coating consisting of a metal matrix, nanoscale particles of rare earth metal fluoride (REM) and alkaline earth metal hexaboride with a particle size of less than 1000 nm is placed on the surface of a metal rod. In contrast to the prototype, the nanocomposite coating contains nanosized particles of rare earth metal fluoride and alkaline earth metal hexaboride in the following ratio of matrix volumes to nanosized particles in the coating,%:

металлическая матрица - 55-96;metal matrix - 55-96;

наноразмерные частицы фторида редкоземельного металла - 3-20;nanosized particles of rare earth metal fluoride - 3-20;

наноразмерные частицы гексаборида щелочноземельного металла - 1-25.nanosized particles of alkaline earth metal hexaboride - 1-25.

В качестве фторида редкоземельного металла могут применяться: фторид лантана LaF3 (Tпл=1430°C), фторид иттрия YF3 (Tпл=1155°C), фторид церия CeF3 (Tпл=1430°C), фторид тория ThF4 (Tпл=1050°C). В качестве борида щелочноземельного металла могут применяться тугоплавкие гексабориды щелочноземельных металлов (Me): СаВ6 (Тпл=2235°C), ВаВ6 (Tпл=2270°C), SrB6 (Tпл=2235°C), а также MgB6 (Tразл=1100°C).Rare earth metal fluoride can be used: lanthanum fluoride LaF 3 (T pl = 1430 ° C), yttrium fluoride YF 3 (T pl = 1155 ° C), cerium fluoride CeF 3 (T pl = 1430 ° C), Thorium fluoride ThF 4 (T pl = 1050 ° C). As the alkaline earth metal boride, refractory alkaline earth metal hexaborides (Me) can be used: CaB 6 (T pl = 2235 ° C), BaB 6 (T pl = 2270 ° C), SrB 6 (T pl = 2235 ° C), and MgB 6 (T decomp = 1100 ° C).

При объеме фторида редкоземельного металла менее 3% отсутствует воздействие нанокомпозиционного покрытия на процесс капельного перехода и удаление водорода, а при увеличении объема более 20% снижается стабильность горения дуги. При объеме гексаборида щелочноземельного металла менее 1% снижается влияние покрытия на процессы модифицирования и улучшения микроструктуры наплавленного металла, а при увеличении объема более 25% происходит ухудшение механических свойств наплавленного металла и электрической проводимости композиционного покрытия.When the volume of rare earth metal fluoride is less than 3%, there is no effect of the nanocomposite coating on the process of droplet transition and hydrogen removal, and with an increase in volume of more than 20%, the stability of arc burning decreases. When the alkaline earth metal hexaboride volume is less than 1%, the effect of the coating on the processes of modifying and improving the microstructure of the deposited metal decreases, and with an increase in volume of more than 25%, the mechanical properties of the deposited metal and the electrical conductivity of the composite coating deteriorate.

Такое сочетание известных и новых признаков позволяет улучшить механические свойства сварного шва трубных и криптоустойчивых сталей. Это становится возможным, поскольку проволока содержит систему комплексных модификаторов, которые обладают модифицирующим и рафинирующим воздействием. Для улучшения механических свойств в расплавленную сталь необходимо вводить комплексные модификаторы, которые содержат систему элементов, в которую могут входить бор, редкоземельные и щелочноземельные металлы, титан, цирконий, например: La-B, Mg-Zr-Ce, La-B-Ca, Ti-B-Ca и др. (см. Задиранов А.Н., Кац A.M. Теоретические основы кристаллизации металлов и сплавов. М.: РУДН, 2008. - 225 с.).This combination of well-known and new features allows to improve the mechanical properties of the weld of pipe and crypto-resistant steels. This becomes possible because the wire contains a system of complex modifiers that have a modifying and refining effect. To improve the mechanical properties, it is necessary to introduce complex modifiers into the molten steel, which contain a system of elements, which may include boron, rare earth and alkaline earth metals, titanium, zirconium, for example: La-B, Mg-Zr-Ce, La-B-Ca, Ti-B-Ca et al. (See Zadiranov A.N., Katz AM Theoretical Foundations of Crystallization of Metals and Alloys. M: RUDN, 2008. - 225 p.).

Введение комплексных модификаторов позволяет одновременно измельчать и рафинировать микроструктуру легированных сталей. Модификация (измельчение) зерна за счет введения модификаторов основана на изменении поверхностной энергии на границе кристалл-расплав, уменьшении поверхностного натяжения расплава и увеличении количества центров кристаллизации. Одновременное введение элементов редкоземельных металлов и бора позволяет изменить свойства поверхности на границе твердой и жидкой фазы, а также образовать дополнительные центры кристаллизации за счет тугоплавких боридов и образующихся нитридов. Дополнительное введение фторида редкоземельного металла позволяет уменьшить количество остаточного диффузионного водорода в сварочном шве за счет связывания водорода H2 в плазме сварочной дуги в нерастворимые в сварочной ванне соединения HF.The introduction of complex modifiers allows you to simultaneously grind and refine the microstructure of alloy steels. Modification (grinding) of grain due to the introduction of modifiers is based on a change in surface energy at the crystal-melt interface, a decrease in the surface tension of the melt, and an increase in the number of crystallization centers. The simultaneous introduction of elements of rare-earth metals and boron makes it possible to change the surface properties at the interface between the solid and liquid phases, as well as to form additional crystallization centers due to refractory borides and the resulting nitrides. The additional introduction of rare-earth metal fluoride allows one to reduce the amount of residual diffusion hydrogen in the weld due to the binding of hydrogen H 2 in the plasma of the welding arc into HF compounds insoluble in the weld pool.

Рафинирование заключается в удалении оксидов и сульфидов железа: FeO, FeS из сварочной ванны путем металлургических реакций с переходными металлами. Указанные реакции позволяют уменьшить количество легкоплавких эвтектик и ликваций в наплавленном металле сварного шва, что снижает межкристаллитную и межзеренную химическую неоднородность и приводит к повышению прочности межзеренных границ. Измельчение зерна в результате введения модификаторов приводит к увеличению протяженности межзеренных границ и уменьшению их ширины, что также увеличивает прочность межзеренных границ.Refining consists in the removal of iron oxides and sulfides: FeO, FeS from the weld pool by metallurgical reactions with transition metals. These reactions can reduce the number of fusible eutectics and segregations in the weld metal deposited, which reduces the intergranular and intergranular chemical heterogeneity and increases the strength of grain boundaries. Grinding grain as a result of the introduction of modifiers leads to an increase in the length of grain boundaries and a decrease in their width, which also increases the strength of grain boundaries.

Увеличение прочности межзеренных границ в результате модифицирования микроструктуры, уменьшение количества остаточных газов H2, N2, O2 и рафинирование сварочной ванны по извлечению оксидов и сульфидов железа позволяет повысить пластичность, ударную вязкость сварных швов и их сопротивляемость хрупкому разрушению и возникновению холодным трещинам.An increase in the strength of grain boundaries due to the modification of the microstructure, a decrease in the amount of residual gases H 2 , N 2 , O 2 and refining of the weld pool to extract iron oxides and sulfides can increase the ductility, toughness of welds and their resistance to brittle fracture and the occurrence of cold cracks.

Термодинамические расчеты фазового состава металлургических систем при помощи программы FACT (Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics) показывают, что в равновесной системе Fe-LaF3-CaB6 при температуре сварочной ванны 1000-3000 К образуется значительное количество свободного лантана La, бора В и кальция Са в конденсированной фазе, табл. 1.Thermodynamic calculations of the phase composition of metallurgical systems using the FACT program (Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics) show that in the Fe-LaF 3 -CaB 6 equilibrium system at a weld pool temperature of 1000-3000 K, a significant amount of free lanthanum La, boron B and calcium Ca in the condensed phase, tab. one.

Figure 00000001
Figure 00000001

Аналогичное образование свободных элементов РЗМ: церия Се, иттрия Y, тория Th, бора В и щелочноземельных металлов Са, Ва, Sr, Mg в конденсированной фазе согласно расчетам отмечается в системах: Fe-LaF3-(Me)B6, Fe-CeF3-(Me)B6, Fe-YF3-(Me)B6, Fe-ThF4-(Me)B6, где (Me) - щелочноземельный металл: Са, Ва, Sr, Mg.A similar formation of REM free elements: cerium Ce, yttrium Y, thorium Th, boron B and alkaline earth metals Ca, Ba, Sr, Mg in the condensed phase according to calculations is noted in the systems: Fe-LaF 3 - (Me) B 6 , Fe-CeF 3 - (Me) B 6 , Fe-YF 3 - (Me) B 6 , Fe-ThF 4 - (Me) B 6 , where (Me) is an alkaline earth metal: Ca, Ba, Sr, Mg.

Термодинамические расчеты показывают, что наличие в сварочной ванне La и В в системе N2-LaF3-CaB6 приводит к образованию нитридов LaN, BN, которые имеют высокие температуры плавления: LaN (Тпл=2450°C), BN (Тпл=3000°C), табл. 2.Thermodynamic calculations show that the presence of La and B in the N 2 -LaF 3 -CaB 6 system in the weld pool leads to the formation of LaN, BN nitrides, which have high melting points: LaN (T pl = 2450 ° C), BN (T pl = 3000 ° C), tab. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Аналогичное образование нитридов РЗМ: церия Се, иттрия Y, тория Th и бора В в конденсированной фазе согласно расчетам отмечается в системах: Fe-CeF3-(Me)B6, Fe-YF3-(Me)B6, Fe-ThF4-(Me)B6, где (Me) - щелочноземельный металл: Са, Ва, Sr, Mg. Нитриды церия, иттрия, тория также имеют высокие температуры плавления: CeN (Тпл=2570°C), YN (Тпл=2670°C), ThN (Тпл=2820°C) (см. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов. Холлек X. / Пер. с нем. Под ред. Левинского Ю.М. М.: Металлургия, 1988. - 319 с.).A similar formation of rare-earth nitrides: cerium Ce, yttrium Y, thorium Th, and boron B in the condensed phase, according to calculations, is noted in the systems: Fe-CeF 3 - (Me) B 6 , Fe-YF 3 - (Me) B 6 , Fe-ThF 4 - (Me) B 6 , where (Me) is an alkaline earth metal: Ca, Ba, Sr, Mg. Cerium, yttrium, and thorium nitrides also have high melting points: CeN (T pl = 2570 ° C), YN (T pl = 2670 ° C), ThN (T pl = 2820 ° C) (see Double and triple carbide and nitride transition metal systems.Holek X. / Translated from German.Edited by Yu.M. Levinsky M.: Metallurgy, 1988. - 319 p.).

Тугоплавкие нитриды редкоземельных металлов (РЗМ) и бора увеличивают количество центров кристаллизации в сварочной ванне, что приводит к модифицированию (измельчению) микроструктуры сварного шва.Refractory rare-earth metal nitrides (REM) and boron increase the number of crystallization centers in the weld pool, which leads to the modification (refinement) of the weld microstructure.

Наличие в сварочной ванне редкоземельного металла: La, Се, Y, Th и щелочноземельного металла: Са, Ва, Sr, Mg способствует интенсивным металлургическим реакциям по десульфурации - удалению сульфидов железа FeS путем связывания серы в тугоплавкие сульфиды редкоземельных и щелочноземельных металлов по реакциям:The presence of a rare-earth metal in the weld pool: La, Ce, Y, Th, and an alkaline earth metal: Ca, Ba, Sr, Mg promotes intense metallurgical desulfurization reactions - removal of FeS iron sulfides by binding sulfur to refractory sulfides of rare-earth and alkaline-earth metals by the reactions:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Термодинамические расчеты констант равновесия металлургических реакций Кр показывают высокую вероятность указанных реакций по десульфурации в сварочной ванне при Т=1000-2000 К, табл. 3.Thermodynamic calculations of the equilibrium constants of metallurgical reactions Cr show a high probability of the indicated reactions for desulfurization in the weld pool at T = 1000-2000 K, table. 3.

Figure 00000011
Figure 00000011

В результате реакций 1-8 в сварочной ванне уменьшается содержание легкоплавкого сульфида FeS (Тпл=1194°C) путем образования тугоплавких сульфидов РЗМ и ЩЗМ: La2S3 (Tпл=2150°C), Ce2S3 (Тпл=1890°C), Y2S3 (Tпл=1925°C), Th2S3 (Tпл=1950°C), CaS (Tпл=2525°C), BaS (Тпл=2200°C), SrS (Tразл=2000°C), MgS (Tразл=2000°C). Уменьшение растворенного сульфида FeS в сварочной ванне снижает концентрацию легкоплавких эвтектик при первичной кристаллизации, что снижает межкристаллитную и межзеренную химическую неоднородность. Это способствует увеличению прочности и пластичности металла сварного шва (см. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 272 с.).As a result, reactions 1-8 in the weld pool is reduced content of low-melting sulfide FeS (T m = 1194 ° C) by the formation of refractory REM sulfides and alkali-earth metals: La 2 S 3 (T m = 2150 ° C), Ce 2 S 3 (mp = 1890 ° C), Y 2 S 3 (T pl = 1925 ° C), Th 2 S 3 (T pl = 1950 ° C), CaS (T pl = 2525 ° C), BaS (T pl = 2200 ° C ), SrS (T decomp = 2000 ° C), MgS (T decomp = 2000 ° C). A decrease in dissolved FeS sulfide in the weld pool reduces the concentration of low-melting eutectics during primary crystallization, which reduces intergranular and intergranular chemical heterogeneity. This helps to increase the strength and ductility of the weld metal (see Gulyaev A.P. Metallurgy. M .: Metallurgy, 1986. - 272 p.).

Наличие в сварочной ванне редкоземельного металла: La, Се, Y, Th и щелочноземельного металла: Са, Ва, Sr, Mg позволяет интенсифицировать металлургические реакции по раскислению железа:The presence of a rare-earth metal in the weld pool: La, Ce, Y, Th, and an alkaline earth metal: Ca, Ba, Sr, Mg, makes it possible to intensify metallurgical reactions for the oxidation of iron:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Термодинамические расчеты констант равновесия металлургических реакций Кр показывают высокую вероятность указанных реакций при Т=1000-2000 К, табл. 4.Thermodynamic calculations of the equilibrium constants of metallurgical reactions Cr show a high probability of these reactions at T = 1000-2000 K, table. four.

Figure 00000020
Figure 00000020

В результате реакций раскисления образуются тугоплавкие оксиды РЗМ и ЩЗМ: La2O3 (Tпл=2280°C), CeO2 (Тпл=2600°C), Y2O3 (Тпл=2430°C), ThO2 (Тпл=3050°C), СаО (Тпл=2570°C), ВаО (Тпл=1920°C), SrO (Tпл=2430°C), MgO (Tпл=2825°C). Образование оксидов РЗМ и ЩЗМ снижает концентрацию растворенного в сварочной ванне оксида железа FeO (Тпл=1377°C) и способствует увеличению дополнительных центров кристаллизации. Это также улучшает механические свойства сварного шва.As a result of deoxidation reactions, refractory oxides of rare-earth metals and alkali metal oxide are formed: La 2 O 3 (T pl = 2280 ° C), CeO 2 (T pl = 2600 ° C), Y 2 O 3 (T pl = 2430 ° C), ThO 2 ( Mp = 3050 ° C), CaO ( mp = 2570 ° C), BaO ( mp = 1920 ° C), SrO ( mp = 2430 ° C), MgO ( mp = 2825 ° C). The formation of REM and SCHM oxides reduces the concentration of FeO iron oxide dissolved in the weld pool (T PL = 1377 ° C) and contributes to an increase in additional crystallization centers. It also improves the mechanical properties of the weld.

Одной из причин хрупкого разрушения и появления холодных трещин при сварке легированных высокопрочных сталей является наличие остаточного водорода и азота. Термодинамические расчеты показывают, что при дуговой сварке в диапазоне температур 1000-6000 К в газовой фазе при равновесной концентрации веществ в системах: H2-LaF3-СаВ6, N2-LaF3-CaB6 парциальное давление молекулярного водорода и азота уменьшается, табл. 5.One of the reasons for brittle fracture and the appearance of cold cracks when welding alloyed high-strength steels is the presence of residual hydrogen and nitrogen. Thermodynamic calculations show that during arc welding in the temperature range of 1000-6000 K in the gas phase at an equilibrium concentration of substances in the systems: H 2 -LaF 3 -CaB 6 , N 2 -LaF 3 -CaB 6, the partial pressure of molecular hydrogen and nitrogen decreases, tab. 5.

Figure 00000021
Figure 00000021

Аналогичное уменьшение парциального давления молекулярного водорода и азота происходит в системах: H2(N2)-CeF3-(Me)B6, H2(N2)-YF3-(Me)B6, H2(N2)-ThF4-(Me)B6, где (Me) - щелочноземельный металл: Са, Ва, Sr, Mg. Согласно закону Сивертса растворимость молекулярного водорода и азота в сварочной ванне пропорциональна квадратному корню из парциального давления газа, поэтому уменьшение парциального давления газов Н2, N2 над сварочной ванной уменьшает концентрацию остаточных газов в сварном шве, что улучшает сопротивляемость хрупкому разрушению.A similar decrease in the partial pressure of molecular hydrogen and nitrogen occurs in the systems: H 2 (N 2 ) -CeF 3 - (Me) B 6 , H 2 (N 2 ) -YF 3 - (Me) B 6 , H 2 (N 2 ) -ThF 4 - (Me) B 6 , where (Me) is an alkaline earth metal: Ca, Ba, Sr, Mg. According to Siverts law, the solubility of molecular hydrogen and nitrogen in the weld pool is proportional to the square root of the partial pressure of the gas, therefore, a decrease in the partial pressure of the H 2 , N 2 gases above the weld pool reduces the concentration of residual gases in the weld, which improves resistance to brittle fracture.

Примером применения предлагаемой проволоки является автоматическая сварка труб газопровода класса прочности К60 диаметром 1420 мм с толщиной стенки 21,3 мм в смеси 75% аргона + 25% углекислого газа со сварочной головкой М300-С фирмы «CRC-Evans Pipeline International» (США). Для получения проволоки с нанокомпозиционным покрытием использовали сварочную проволоку Super Arc L-56 диаметром 1,14 мм производства Lincoln Electric Company (США). Нанокомпозиционное покрытие наносили электрохимическим способом из коллоидных никельсодержащих электролитов с нанодисперсными частицами фторида лантана LaF3 и гексаборида кальция СаВ6. Из сварных соединений труб изготовляли образцы для механических испытаний по ГОСТ 6996-66 с применением разрывной машины «Super L 60», маятникового копра РН450, табл. 6.An example of the application of the proposed wire is automatic welding of gas pipes of strength class K60 with a diameter of 1420 mm and a wall thickness of 21.3 mm in a mixture of 75% argon + 25% carbon dioxide with a M300-C welding head from CRC-Evans Pipeline International (USA). To obtain a wire with a nanocomposite coating, a Super Arc L-56 welding wire with a diameter of 1.14 mm manufactured by Lincoln Electric Company (USA) was used. The nanocomposite coating was applied electrochemically from colloidal nickel-containing electrolytes with nanosized particles of lanthanum fluoride LaF 3 and calcium hexaboride CaB 6 . From welded pipe joints, samples were prepared for mechanical tests in accordance with GOST 6996-66 using a tensile testing machine “Super L 60”, pendulum head RN450, table. 6.

Figure 00000022
Figure 00000022

Таким образом, предлагаемая проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в улучшении механических свойств сварных соединений трубных криптоустойчивых сталей, может быть изготовлена и применена с использованием известных в технике средств, следовательно, она обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed wire provides a technical effect, which is expressed in improving the mechanical properties of welded joints of pipe crypto-resistant steels, can be manufactured and applied using means known in the art, therefore, it has industrial applicability.

Claims (4)

1. Проволока для сварки и наплавки сталей, содержащая металлический стержень и электролитически нанесенное на него нанокомпозиционное покрытие, включающее металлическую матрицу с распределенными в ней наноразмерными частицами, отличающаяся тем, что нанокомпозиционное покрытие содержит наноразмерные частицы фторида или смеси фторидов редкоземельного металла и наноразмерные частицы гексаборида или смеси гексаборидов щелочноземельного металла при следующем соотношении объемов матрицы и наноразмерных частиц в покрытии, %:1. A wire for welding and surfacing of steel, containing a metal rod and electrolytically applied nanocomposite coating on it, including a metal matrix with nanoscale particles distributed in it, characterized in that the nanocomposite coating contains nanosized fluoride particles or mixtures of rare-earth metal fluorides and nanosized particles of hexaboride or a mixture of alkaline earth metal hexaborides in the following ratio of matrix volumes and nanosized particles in the coating,%: Металлическая матрицаMetal matrix 55-9655-96 Наноразмерные частицы фторида или смеси фторидовNanosized particles of fluoride or fluoride mixtures 3-203-20 Наноразмерные частицы гексаборида или смеси гексаборидовNanosized particles of hexaboride or a mixture of hexaborides 1-251-25
2. Проволока для сварки и наплавки сталей по п.1, отличающаяся тем, что фторид редкоземельного металла выбран из группы, включающей фторид лантана, фторид иттрия и фторид церия.2. A wire for welding and surfacing of steels according to claim 1, characterized in that the rare-earth metal fluoride is selected from the group consisting of lanthanum fluoride, yttrium fluoride and cerium fluoride. 3. Проволока для сварки и наплавки сталей по п.1, отличающаяся тем, что гексаборид щелочноземельного металла выбран из группы, включающей гексаборид кальция, гексаборид бария и гексаборид стронция.3. The wire for welding and surfacing of steel according to claim 1, characterized in that the alkaline earth metal hexaboride is selected from the group comprising calcium hexaboride, barium hexaboride and strontium hexaboride.
RU2015118692A 2015-05-19 2015-05-19 Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels RU2610374C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118692A RU2610374C2 (en) 2015-05-19 2015-05-19 Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118692A RU2610374C2 (en) 2015-05-19 2015-05-19 Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015118692A RU2015118692A (en) 2016-12-10
RU2610374C2 true RU2610374C2 (en) 2017-02-09

Family

ID=57759760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015118692A RU2610374C2 (en) 2015-05-19 2015-05-19 Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610374C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106825996B (en) * 2016-12-26 2018-12-28 南京航空航天大学 The CsF-RbF-AlF of the fluoride containing nano rare earth3Brazing flux

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU671960A1 (en) * 1977-12-01 1979-07-05 Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Ан Украинской Сср Soldering paste
CN1586790A (en) * 2004-07-14 2005-03-02 北京京大瑞博资源应用技术研究院 Nano welding rod coating recipe
RU2294272C1 (en) * 2005-11-01 2007-02-27 Сергей Георгиевич Паршин Activated welding wire
RU2415742C2 (en) * 2009-06-30 2011-04-10 Сергей Георгиевич Паршин Nanostructured composite wire
RU2538228C1 (en) * 2013-07-01 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") Nanostructured welding wire

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU671960A1 (en) * 1977-12-01 1979-07-05 Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Ан Украинской Сср Soldering paste
CN1586790A (en) * 2004-07-14 2005-03-02 北京京大瑞博资源应用技术研究院 Nano welding rod coating recipe
RU2294272C1 (en) * 2005-11-01 2007-02-27 Сергей Георгиевич Паршин Activated welding wire
RU2415742C2 (en) * 2009-06-30 2011-04-10 Сергей Георгиевич Паршин Nanostructured composite wire
RU2538228C1 (en) * 2013-07-01 2015-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") Nanostructured welding wire

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015118692A (en) 2016-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3476125B2 (en) Flux-cored wire for duplex stainless steel welding
EP2481515B1 (en) Bonded flux and solid wire for submerged arc welding, and method for submerged arc welding of steel for low temperature service
KR102020105B1 (en) Submerged arc welding process
KR20180092872A (en) Agglomerated welding flux and submerged arc welding process of austenitic stainless steels using said flux
ES2781076T3 (en) High Cr CSEF Steel Tandem Submerged Arc Welding Method
Kozyrev et al. New carbon-fluorine containing additive for the welding fluxes
JP2016209931A (en) Improved welding method
RU2313434C2 (en) Melted flux for electric-arc welding of cold resistant steels
RU2610374C2 (en) Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels
RU2603936C1 (en) Welding wire with nanocomposite coating for welding high-strength steels
RU2613243C2 (en) Composite welding wire for high-strength alloyed steel arc welding
JP3114958B2 (en) High efficiency fillet welding method for thick steel plate
JP2017001048A (en) Weld metal, welding structure and flux-cored wire
RU2471601C1 (en) Ceramic flux
JP2711130B2 (en) Gas shielded arc welding wire
JP2016022502A (en) ROOT PASS SUBMERGED ARC WELDING METHOD FOR HIGH Cr BASED CSEF STEEL
RU2319590C2 (en) Electrodes for manual welding of steels of pearlite class
CA2945912A1 (en) High strength welding consumable based on a 10% nickel steel metallurgical system
RU2727383C1 (en) Electrode coating
JP2017170515A (en) Flux-cored wire for gas shield arc welding
JP7267521B1 (en) Submerged arc welding method
JP2009275245A (en) Steel material superior in toughness of weld heat-affected zone
JP7205618B2 (en) steel
JP2006009070A (en) Weld joint superior in resistance to cold cracking, and steel material for welding consumables
RU2455139C1 (en) Electrode surface for welding of refractory alloys

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170520