RU2645828C2

RU2645828C2 - Composition of self-protective powder wire for wear-resistant welding

Info

Publication number: RU2645828C2
Application number: RU2015137279A
Authority: RU
Inventors: Роман Леонидович Пломодьяло; Сергей Сергеевич Штоколов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КубаньСпецДетальПоставка" (ООО "КСДП")
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2018-02-28
Also published as: RU2015137279A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: cored wire consists of mild steel sheath and a powdery blend at a filling factor of 35-40%. Batch contains the following components, wt %: 40.0-50.0 ferrochrome, ferrosilicon 2.0-4.0, 2.0-4.0 ferromanganese, ferrovanadium 18.0-20.0, 2.0-4.0 graphite, titanium carbide, obtained by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) 20.0-30.0, aluminium powder 1.0-2.0 2.0-4.0 and marble.

EFFECT: increase in hardness, corrosion resistance and wear resistance of the coatings deposited in the absence of cracks in the weld metal, the pores and other defects.

1 tbl

Description

Изобретение относится к материалам, полученным методом электродуговой наплавки на детали из конструкционных коррозионностойких сталей, работающих в условиях абразивного или гидроабразивного изнашивания в агрессивных средах, в том числе при наличии ударных нагрузок.The invention relates to materials obtained by the method of electric arc surfacing on parts made of structural corrosion-resistant steels operating in conditions of abrasive or hydroabrasive wear in aggressive environments, including in the presence of shock loads.

Известна порошковая проволока для наплавки [авт. свид. СССР 519306], содержащая мас. %: графит 2,0-2,4; ферромарганец 1,0-1,5; ферросилиций 0,8-1,0; ферротитан 2,0-2,4; феррохром 17,0-19,0; хром металлический 12,0-14,0; молибденовый порошок 0,8-1,0; фторцирконат калия 0,8-1,0; алюминиево-магниевый порошок 0,7-1,0; малоуглеродистая сталь оболочки - остальное. Это покрытие не обеспечивает достаточно высокой износостойкости при использовании его в коррозионных средах в условиях ударно-абразивного изнашивания.Known flux-cored wire for surfacing [ed. testimonial. USSR 519306] containing wt. %: graphite 2.0-2.4; ferromanganese 1.0-1.5; ferrosilicon 0.8-1.0; ferrotitanium 2.0-2.4; ferrochrome 17.0-19.0; metal chrome 12.0-14.0; molybdenum powder 0.8-1.0; potassium fluorozirconate 0.8-1.0; aluminum-magnesium powder 0.7-1.0; mild steel shell - the rest. This coating does not provide a sufficiently high wear resistance when used in corrosive environments in conditions of impact-abrasive wear.

Имеются данные по порошковой проволоке для износостойкой наплавки [Патент РФ №2259266], которая может быть использована для наплавки деталей из конструкционной стали, работающих в условиях интенсивного абразивного и гидроабразивного износа, содержащая следующие компоненты, мас. %: карбид вольфрама 35-50; карбид титана 1-3,5; кобальт 2-6; порошок алюминия 0,2-2,5; кремнефтористый натрий 0,2-0,7; стальная оболочка - остальное. Недостатком данной порошковой проволоки является присутствие в ней большого количества дорогостоящих материалов, что сильно увеличивает стоимость получаемого наплавленного материала. Получаемый наплавкой данной порошковой проволокой материал обладает высокими фрикционными свойствами, что снижает эффективность его применения для деталей типа опор скольжения, работающих в условиях абразивного изнашивания с контактной нагрузкой.There is data on flux-cored wire for wear-resistant surfacing [RF Patent No. 2259266], which can be used for surfacing parts made of structural steel operating in conditions of intense abrasive and waterjet wear, containing the following components, wt. %: tungsten carbide 35-50; titanium carbide 1-3.5; cobalt 2-6; aluminum powder 0.2-2.5; sodium silicofluoride 0.2-0.7; steel shell - the rest. The disadvantage of this cored wire is the presence in it of a large number of expensive materials, which greatly increases the cost of the deposited material. The material obtained by surfacing with this flux-cored wire has high frictional properties, which reduces its effectiveness for parts such as sliding supports operating under abrasive conditions with a contact load.

Известно изобретение [авт. свид. СССР 1581532], в котором приведен состав порошковой проволоки для износостойкой наплавки стальных и чугунных изделий, работающих в условиях износа металл по металлу и абразивного изнашивания с контактной нагрузкой. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошковой шихты следующего состава, мас. %: ферросилиций 5-7; алюминиево-магниевый порошок 1-1,5; никелевый порошок 25-28; металлический хром 18-19; плавиковый шпат 9-10; мрамор 18-18,5; графит 2-4; ферромолибден 2,5-3,5; карбид бора 9-9,5; фторцирконат калия 1-1,5; медный порошок 9-11, причем коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 36-41%. Недостатком данной порошковой проволоки является повышенная склонность к трещинообразованию наплавленного материала, что сильно ограничивает область применения материала.Known invention [ed. testimonial. USSR 1581532], which shows the composition of flux-cored wire for wear-resistant surfacing of steel and cast iron products operating under conditions of metal-to-metal wear and abrasive wear with a contact load. Flux cored wire consists of a steel shell and a powder mixture of the following composition, wt. %: ferrosilicon 5-7; aluminum-magnesium powder 1-1.5; nickel powder 25-28; metal chrome 18-19; fluorspar 9-10; marble 18-18.5; graphite 2-4; ferromolybdenum 2.5-3.5; boron carbide 9-9.5; potassium fluorozirconate 1-1.5; copper powder 9-11, and the fill factor of the cored wire is 36-41%. The disadvantage of this cored wire is the increased tendency to crack formation of the deposited material, which greatly limits the scope of the material.

В большей степени отвечает предъявляемым требованиям порошковая проволока для износостойкой наплавки, выбранная за прототип [авт. свид. РФ №1808592]. Она содержит мас. %: хром 25-35; ферросилиций 2-5; ферромарганец 2-5; феррованадий 7-15; графит 8-15; карбид титана, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), алитированный железом 35-44; алюминиевый порошок 2-4; натрийкалиевую силикатную глыбу 1-2; остальное малоуглеродистая стальная оболочка. Однако твердость металла, наплавленного этой порошковой проволокой (45-50 HRC_э), не может обеспечить необходимую износостойкость деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного или гидроабразивного изнашивания.To a greater extent meets the requirements of the flux-cored wire for wear-resistant surfacing, selected for the prototype [ed. testimonial. RF No. 1808592]. It contains wt. %: chromium 25-35; ferrosilicon 2-5; ferromanganese 2-5; ferrovanadium 7-15; graphite 8-15; titanium carbide obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS), aluminized with iron 35-44; aluminum powder 2-4; sodium potassium silicate block 1-2; the rest is mild steel shell. However, the hardness of the metal deposited with this cored wire (45-50 HRC _e ) cannot provide the necessary wear resistance of parts operating in conditions of intense abrasive or hydroabrasive wear.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение твердости, коррозионной стойкости и износостойкости наплавленных покрытий на деталях машин, механизмов из конструкционных коррозионностойких сталей, работающих в условиях ударно-абразивного или гидроабразивного изнашивания, в условиях износа металл по металлу, в том числе для деталей типа опор скольжения с контактной нагрузкой при отсутствии в наплавленном металле трещин, пор и других дефектов.The objective and technical result of the invention is to increase the hardness, corrosion resistance and wear resistance of deposited coatings on machine parts, mechanisms made of structural corrosion-resistant steels, working in conditions of impact-abrasive or hydroabrasive wear, metal-to-metal wear, including for details such as sliding supports with contact load in the absence of cracks, pores and other defects in the deposited metal.

Технический результат достигается тем, что для повышения износостойкости при работе в коррозионных средах в условиях интенсивного абразивного изнашивания, в т.ч. работающих в условиях абразивного изнашивания с контактной нагрузкой, а также для предохранения расплавленного металла от окисления в процессе наплавки и повышения чистоты наплавленного материала по неметаллическим включениям, порошковая проволока содержит, мас. %: феррохром 40,0-50,0; ферросилиций 2,0-4,0; ферромарганец 2,0-4,0; феррованадий 18,0-20,0; графит 2,0-4,0; карбид титана, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) 20,0-30,0; алюминиевый порошок 1,0-2,0; мрамор 2,0-4,0; остальное малоуглеродистая стальная оболочка. Причем коэффициент заполнения составляет 35-40%.The technical result is achieved by the fact that to increase the wear resistance when working in corrosive environments in conditions of intense abrasive wear, including working in conditions of abrasive wear with a contact load, as well as to protect the molten metal from oxidation during welding and to increase the purity of the deposited material on non-metallic inclusions, cored wire contains, wt. %: ferrochrome 40.0-50.0; ferrosilicon 2.0-4.0; ferromanganese 2.0-4.0; ferrovanadium 18.0-20.0; graphite 2.0-4.0; titanium carbide obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS) 20.0-30.0; aluminum powder 1.0-2.0; marble 2.0-4.0; the rest is mild steel shell. Moreover, the fill factor is 35-40%.

Карбид титана СВС, феррохром и феррованадий, присутствующие в составе порошковой проволоки в указанных пределах, образуют при наплавке комплексные высокотвердые карбиды, легируют матрицу сплава, способствуя увеличению твердости и коррозионной стойкости наплавленного металла.SHS titanium carbide, ferrochrome and ferrovanadium, which are present in the composition of the flux-cored wire within the specified limits, form complex high-carbides during surfacing, alloy the alloy matrix, contributing to an increase in the hardness and corrosion resistance of the deposited metal.

Графит, входящий в состав предлагаемой порошковой проволоки, обеспечивает легирование наплавленного металла углеродом, необходимым как для образования карбидной фазы, так и формирования структуры матрицы сплава.Graphite, which is part of the proposed flux-cored wire, provides alloying of the deposited metal with carbon, which is necessary both for the formation of the carbide phase and the formation of the structure of the alloy matrix.

Замена хрома феррохромом в предлагаемых количествах (до 50 мас. %) способствует увеличению жидкотекучести расплава и препятствует окислению наплавляемого металла, т.к. часть феррохрома и карбида титана, окисляясь, предохраняет расплав от контакта с кислородом воздуха и позволяет получить наплавленный металл, рафинированный по неметаллическим включениям.Replacing chromium with ferrochrome in the proposed amounts (up to 50 wt.%) Helps to increase the fluidity of the melt and prevents the oxidation of the deposited metal, because part of the ferrochrome and titanium carbide, oxidizing, protects the melt from contact with oxygen and allows you to get a weld metal, refined by non-metallic inclusions.

Введение в состав покрытия высокоуглеродистого феррохрома в сочетании с карбидом титана также способствует образованию в наплавленном металле износостойких вторичных карбидов хрома и титана, что увеличивает износостойкость получаемого материала.The introduction of high-carbon ferrochrome in combination with titanium carbide in the coating composition also contributes to the formation of wear-resistant secondary chromium and titanium carbides in the deposited metal, which increases the wear resistance of the resulting material.

Введение в состав порошковой проволоки увеличенного количества феррованадия в сочетании с феррохромом, графитом и карбидом титана СВС способствует повышению стойкости наплавленного металла против абразивного износа за счет увеличения количества и твердости образующихся комплексных карбидов.The introduction of an increased amount of ferrovanadium in combination with ferrochrome, graphite, and titanium carbide SHS into the flux-cored wire contributes to an increase in the resistance of the deposited metal against abrasion due to an increase in the amount and hardness of complex carbides formed.

Предлагаемое содержание в наплавленном материале карбида титана позволяет добиться повышенной износостойкости материала при работе его в условиях износа металл по металлу, в том числе для деталей типа опор скольжения с контактной нагрузкой, а в сочетании с рекомендуемым количеством феррованадия обеспечивает повышение твердости материала до 58-62 HRCэ и снижение трещинообразования.The proposed content in the deposited material of titanium carbide allows to achieve increased wear resistance of the material when working under conditions of metal-to-metal wear, including for parts such as sliding supports with contact load, and in combination with the recommended amount of ferrovanadium, increases the hardness of the material to 58-62 HRCE and reduction in cracking.

Алюминий в составе выполняет роль активного раскислителя зоны образования капли, в сочетании с раскислителями ферросилицием и ферромарганцем, способствующих раскислению металла вне зоны горения дуги, обеспечивает увеличение коэффициента перехода легирующих элементов, в частности титана и ванадия, в наплавляемый сплав.The aluminum in the composition plays the role of an active deoxidizer in the drop formation zone, in combination with deoxidants, ferrosilicon and ferromanganese, which contribute to the deoxidation of the metal outside the arc burning zone, provides an increase in the conversion coefficient of alloying elements, in particular titanium and vanadium, to the weld alloy.

Мрамор в составе порошковой проволоки обеспечивает дополнительную защиту сварочной ванны слоем шлака и снижает содержание растворенных газов и неметаллических включений в наплавленном материале, что повышает его качество и сварочно-технологические свойства.Marble in the composition of cored wire provides additional protection for the weld pool with a slag layer and reduces the content of dissolved gases and non-metallic inclusions in the deposited material, which increases its quality and welding and technological properties.

Сравнительные испытания прототипа порошковой проволоки и предлагаемые составы по изобретению, а также их составы представлены в таблице 1. Для изготовления использовалась стальная лента размером 12×0,5 мм из Ст08кп и порошкообразные компоненты. Коэффициент заполнения порошковой проволоки составил 35-40%, а диаметр 3,2 мм.Comparative tests of the prototype flux-cored wire and the proposed compositions according to the invention, as well as their compositions are presented in table 1. For the manufacture of used steel tape measuring 12 × 0.5 mm from St08kp and powder components. The fill factor of the cored wire was 35-40%, and the diameter was 3.2 mm.

Наплавку выполняли предлагаемой порошковой проволокой в автоматическом режиме на пластины размерами 20×100×100 мм при постоянном токе наплавки величиной 350 А в два слоя с перекрытием каждого предыдущего наплавленного валика следующим до 50% от его ширины. Толщина наплавленного покрытия составила 4,0-5,0 мм.Surfacing was performed by the proposed flux-cored wire in automatic mode on plates of 20 × 100 × 100 mm in size with a constant deposition current of 350 A in two layers with the overlap of each previous deposited bead following up to 50% of its width. The thickness of the deposited coating was 4.0-5.0 mm

Приведенные в таблице данные подтверждают правильность технического решения и выбранных интервалов по составу порошковой проволоки.The data in the table confirm the correctness of the technical solution and the selected intervals for the composition of the cored wire.

Экономический эффект от предложенного изобретения выразится прежде всего в повышении ресурса работы деталей, работающих при абразивном изнашивании в коррозионных средах (детали и инструмент для нефтедобывающей отраслей промышленности), а также в снижении эксплуатационных расходов, связанных с остановкой оборудования и заменой вышедших из строя деталей.The economic effect of the proposed invention will be expressed primarily in increasing the service life of parts operating under abrasive wear in corrosive environments (parts and tools for the oil industry), as well as in reducing operating costs associated with shutting down equipment and replacing failed parts.

Claims

Self-protective flux-cored wire for wear-resistant surfacing, containing a mild steel alloy sheath and a powder mixture including chromium, ferrovanadium, ferrosilicon, graphite, aluminum and titanium carbide obtained by self-propagating high-temperature synthesis (SHS), with a fill factor of 35-40%, characterized in that the powder mixture additionally contains marble, and chromium is introduced in the form of ferrochrome, in the following ratio of components, wt. %:

carbide titanium carbide 20-30 aluminum 1-2 ferrochrome 40-50 ferrosilicon 2-4 ferromanganese 2-4 ferrovanadium 18-20 graphite 2-4 marble 2-4