SU1260160A1 - Порошкова проволока дл сварки малоуглеродистых низколегированных сталей - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к сварке малоуглеродистых и низколегированны сталей, преимущественно аппаратов с температурой стенки до 500 С,,

Цель изобретени  - повышение качества и эксплуатационных свойств сварного соединени  при длительных .температурных изменени х.

Отходы титаномагниевого производства представл ют собой смесь, включающую хлориды Na, к, Са, Mg, Мп, Fa следующего химического состава, ве6о%:КС1 28-25; MnCl 3-5; SiU, 2-4; NaCl 25-26; MgCl 12-14; CaCl 6-7; С 5-6; РеС1г 8-9; TiO 3-4 „

В насто щее врем  отходы титаномагниевого - производства выбрасываютс  в отвал, ухудша  тем самым экологию окружающей среды.

Поскольку составл ющие компоненты отходов титаномагниевого производства имеют различные температуры начала диссоциации, обеспечиваетс  выделение хлора в широком температурном диапазоне. Это улучшает 1ет/ общую газовую защиту расплавленного металла электродных капель и сварочной ванны от вредного воздействи  окружающей окислительной атмосферы без использовани  плавикового шпата Кроме того, происходит снижение парциального давлени  водорода за счет более полного его св зывани  в сварочной дуге с образованием газообразного соединени  НС1, нерастворимого в металле. Это благопри тно сказываетс  на стойкостньгх свойствах металла шва при длительных темпе р атурных из ме нени х. I

Конверторный ванадиевый шлак имеет следующий химический состав, вес.%: VjOy 18-26; TiOj 5-10; Fe г-3 SlOj 12-21; №0 5-13; Р 0,08-0,12; CaO 16-20; 1-5; S 0,06-0,1; MgO 1-8; 0,6-4; FeO - остальное .

Конверторный ванадиевый шлак используетс  на Чел бинском электроне тал лургическом комбинате дл  полу- че ни  ванадиевых продуктов (феррованади , ферросиликованади ) пироме- таллургическим методом.

Совместное введение в состав порошковой проволоки конверторного ванадиевого шлака, отходов титаномагниевого производства и рутилового концентрата способствует улучшению физико-химических характеристик образующегос  многокомпонентного шлака системы TiO - СаО - SiO - V,0 - MnO - ,- , - FeO - NaCl - ,KC1 - CaCl - FeCl - MgCl -.

счет распгирени  его интервала плавлени , снижени  температуры плавлени  и в зкости. Это повышает эффективность рафинированного действи  шлака, что св зано с повышением веро тности образовани  в нем комплексных химических соединений , вызывающих рост неметаллических частичек в сварочной ванне и последующее их всплывание.

Подобный эффект достигаетс  при введении в состав проволоки отдельно окислов титана, кальци , кремни , ванади , марганца, хрома, алюмини , железа совместно с хлоридами натри ,

кали , кальци , железа, магни , марганца Однако это повышает энерго- и трудоемкость р да операций при общем удорожании и усложнении всего технологического процесса изготовлени  порошковой проволоки.

Уменьшению содержани  серы, снижению общего количества газов, сокращению неметаллических включений способствуют также хлориды, наход щиес  в отходах титаномагниевого

производства Это св зано с тем, что выдел ющийс  при диссоциации щелочной или щелочно-земельный элемент вступает во взаимодействие с растворенными в металле серой и кислородом, св зыва  их в прочные соединени  типа Na2S и , которые ассимилируютс  жидким шлаком. Все это улучшает показатели механических свойств металла шва в услови х повьппенной температуры .

Кроме того, использование конверторного ванадиевого шлака позвол ет легировать металл сварочного шва ванадием за счет восстановлени  его из высокоэффективной поверхностно-ак тивной п тиокиси ванади . Это обеспечивает в наплавленном металле получение мелкодисперсной структуры в

услови х термоциклировани . При малых содержани х ванади  в металле шва барьерами, преп тствук цими росту зерна,  вл ютс  нитриды ванади , так как больша  часть ванади 

св зываетс  с азотом.

Наличие в металле шва мелкозернистых карбидов ванади  приводит к ее упрочнению вследствие измельчени 

блоков мозаики, увеличени  плотност дислокации и сопротивлени  их передвижению .

Легирование ванадием, который замедл ет протекание процессов сферо- идизации и коагул ции, повышает теплоустойчивость сварного шва, Кроме того, ванадий увеличивает сопротивление сдвиговой деформации при повышенных температурах, уменьшает коэффициент диффузии водорода в шве Повьшзаютс  также критические точки, благодар  чему усиленное вьщеление водорода из металла при его нагревании происходит при более высокой температурео

Стоимость легировани  ванадием из конверторного шлака значительно ниже, чем при использовании ванади  или феррованади .

Вовлечение отходов титаномагние- вого производства, конверторного ванадиевого шлака в промышленный оборот позвол ет более рационально использовать такие дефицитные материалы , как V и FeV, исключить использование обладающего относительно высокой стоимостью и ограниченностью ресурсов CaF, повысить объем утилизации вторичных материальных ресурсов , улучшить экологию окружак цей среды.

Оптимальное количество конверторного ванадиевого шлака в шихте проволоки находитс  в пределах 40,0- 50,0 масо%о Нижний предел содержани  конверторного ванадиевого шлака обусловлен возмож ностью ванади  оказывать положительное вли ние на измельчение структуры, снижение подвиж-40 проволок по составам 1,2 и 3 составл л 24; 24,5 и 25% соответственно.

Сваривали пластины из стали СтЗ размером 200x50x12 мм с V-образной разделкой кромок. Использовали аппарат АБС с источником питани  ВС-600,

Дл  проволоки диаметром 3 мм сварочный ток составл л 360-380 А, напр жение на дуге 26-28 В. Вылет электродной проволоки 25-40 мм, скорость сварки 16-20 м/ч.

Предлагаемые составы 1-3 порошковой проволоки при сварке открытой дугой обеспечивает хорошую газошлаковую защиту металла, стабильное горение дуги, равномерное плавление шихты, малое разбрызгивание электродного металла, высокую производительность процесса.

ности диффузионного водорода, улучшение эксплуатационных свойств металла шва в услови х повьшзенной температуры стенки аппаратов,

Увеличение конверторного ванадие- 45 вого шлака вьщ1е указанного количества не оказывает дальнейшего положительного воздействи  на металл шва, вызыва  лишь ухудшение отделимости шлаковой корки со сварного шва, so

Введение отходов титаномагниево- го производства наиболее целесообразно в пределах 12,5-16,0 мас,% с точки зрени  необходимой стойкости металла шва при высоких температурах,55

Применение рутилового концентрата в диапазоне 6,3-10,0 мас,% обеспечивает совместно с конверторным ва10

5

0

5

0

5

надиевым шлаком и отходами титано- магниевого производства оптимальную шлаковую защиту металла капли и сварного шва. При содержании рутило- вого концентрата ниже указанного предела ухудшаетс  формирование сварного шва. При содержании рутило- вого концентрата вьш1е 10,0 вес,% ухудшаетс  газопроницаемость сварного шлака, уменьшаетс  диапазон его кристаллизации, ухудшаетс  формирование швов о

Содержание циркони  в порошковой проволоке Bbmie 2,4 масо% может вызвать увеличение содержани  азота в металле шва и снижение стойкости против образовани  кристгшлизацион- ных трещин,

Содержание циркони  в порошковой проволоке выше 2,4 мас.% может вызывать увеличение содержани  ааота в металле шва и снижение стойкости против образовани  кристаллизационных трещин.

Нижний предел (2,0 мас.%) выбран из услови  обеспечени  стойкости против порообразовани .

Совместное введение алюмини  6,7-8,0 мас.%, ферромарганца 2,9-, 3,6 масо%, ферротитана I2,5-16,0 мас% обеспечивает необходимое раскисление сварочной ванны.

Конкретные составы порошковой проволоки приведены в табЛо 1

Были изготовлены порошковые проволоки по указанным трем составам. Б качестве оболочки примен ли стальную ленту марки 08 КП размером 0,6x12 мм. Коэффициент заполнени 

51

Механические свойства наплавленного металла (предел прочности« в предел текучести б , относительное удлинение S, относительное сужение после разрыва образца v ) определ ли по ГОСТ 1497-73 на образцах типа VI . Ударну  в зкость при 20°С определ ли на образцах с надрезом по ГОСТ 9454-78

С целью изучени  вли ни  температурных изменений на микроструктуру и механические свойства металла шва сварные соединени  были подвергнуты 10-кратной нормализации с температуры 850-900 с.

Результаты испытаний приведены

в табл. 2.

Микротвердость структуры составл ющих определ ли на микротвердомере ПТМ-3 при нагрузке 100 гс. Результаты испытаний сведены в табл 3

Способность металла шва к водо- родонасыщенности при сварке оценивали по количеству водорода, вьщелив- шегос  из образца, наплавленных порошковой проволокой в медную форму, Количество водорода, самогфоизвольно выделившегос  из металла после его кристаллизации, определ ли в эвдиометре путем погружени  наплавок в

Конверторный ванадиевый шлак

Отхода титаномагние- вого производства

160«

глицерин и улавливанием диффузионного водорода в сосуде.

Определение диффузионного водорода производилось по следующей методике .

В медную Лорму производили наплавку порошковой проволоки на посто нном токе обратной пол рности в один слой. Наплавленные образцы быстро охлаждались и очиш;ались от шлака, после чего погружались в эвдиометр с глицерином.

Продолжительность испытани  одного образца составила 72 ч до полного прекращени  вьщелени  водорода.

Испытывались по четыре образца каждого состава проволоки при комнатной температуре. Объем вьщеливше- гос  водорода пересчитывали на 100 г металла.

Усредненные результаты занесены в табл. 4.

Использование предлагаемой порошковой проволоки позвол ет повысить качество металла шва и эксплуатационные характеристики сварных соединений при длительной работе конструкций в услови х повьшгенных температур

Т а б л ,и ц а 1

А4,9

40

1бчО

21542532,265,0

24846732,4.65,6

23745132,864,9

22544332,564,1

Известный

Предлагаемый

Известный

6,2

Предлагаемый

Заказ 5168/10 Тираж 1001Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Таблица 2

136

142 146 150

Т а б л и ц. а 3

1490

Таблица 4

145,7281

4,25

Claims (1)

1. ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей рутиловый концентрат, ферромарганец, железный порошок, ферротитан, цирконий, алюминий, о тличающийся тем, что, с ₍ целью повышения качества и эксплуатационных свойств сварного соединения при длительных температурных изменениях, она дополнительно содержит конверторный ванадиевый шлак и отходы титаномагниевого производстшлак содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: V^0₅ 18,26; SiO_t12-21; CaO 16-20; MgO 1-8; £

   Ti0₂ 5-10; MnO 5-13; Cr₂0₃ 1-5; A1A₃ 0,6-4; Fe 2-3; P 0,08-0,12; S 0,06-0,1; FeO - остальное, а отходы титаномагниевого производства содержат компоненты при следующем соотношении, мас.%: КС1 28-35; NaCl 21-26; СаС1_г 6-7; FeCl_z 8-9; МпС1_г 3-5; MgCl₂ 12-14; С 5-6;

   Ti0_z 3-4; Si0₂ 2-4, примеси - остальное, причем коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 24,0-25,0%.

   >

   1 I