SU1320040A1 - Состав электродного покрыти дл сварки низколегированных высокопрочных сталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварке, в частности к составам электродных покрытий дл  сварки низколегированных высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 600 МПа. Целью изобретени   вл етс  повышение пластичности и ударной в зкости металла шва, повышение стойкости к трещинообразова- нию при кристаллизации наплавленного металла, снижение уровн  остаточных напр жений и деформаций при сварке. Газопшакова  система покрыти , состо ща  из 31-34% мрамора, 20-25% плавикового шпата, 12-17% рутилового концентрата, обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностью, легкую отделимость шлаковой корки. Дл  получени  металла шва со структурой пластичного никелевого безуглеродистого мертенсита состав содержит легирующие компоненты: 11-13% никел , 0,5-1,5% ванади  и 5-8% марганца. Причем отношение содержани  никел  и марганца равно 1,35-2,6 при их суммарном содержании 18-19%. В качестве раскислител  покрытие содержит 2-4% ферросилици . Дл  снижени  содержани  водорода в наплавленном металле и подавлении процесса порообразовани  в покрытие вводитс  2-6% кремне- фтористого натри . Дл  улучшени  релаксационной способности мартенсита, повышени  пластических свойств метал- ла шва покрытие дополнительно содержит ферроиттрий в количестве 0,5-1,5%, 4 табл. S (О

Description

Изобретение относитс  к сварочному производству, в частности к составам электродных покрытий, и может быть применено дл  ручной электродуговой сварки высокопрочных сталей с пределом прочности свьш1е 600 МПа

Цель изобретени  - повышение пластичности и ударной в зкости металла шва, повышение стойкости к трещино-- образованию при кристаллизации наплавленного металла, снижение уровн  остаточных напр жений и деформаций при сварке.

В качестве стержн  примен етс  проволока Св-08ХН2Мо

Содержание в составе покрыти  11-13% никел , 0,5-1,5% феррованади , 5-8% марганца (основные легирующрге компоненты покрыти ) обеспечивает получение металла шва со структузшй пластичного никелевого безуглеродистого мартенсита, в котором достигаетс  высока  плотность свободных дислокаций . Наличие большого числа свободных дислокаций в металле шва приводит в облегчению протекани  релаксационных процессов путем микропластической деформации.

Пределы содержани  компонентов покрыти  подобраны с учетом содержани  элементов в проволоке таким образом , чтобы структура наплавленного металла всегда представл ла мартенсит замещени .

Никель  вл етс  основным легирующим элементом, участвующим в образовании мартенсита замещени . Легирование никелем снижает сопротивление кристаллической решетки железа движению свободных дислокаций и умень- шает энергию взаимодействи  дислока- ций с атомами внедрени  (углерода, азота)5 поэтому облегчаетс  релаксаци  напр жений и уменьшаетс  склонность металла шва к хрупкому разрушению .

При суммарном содержании никел  и марганца менее 18% или содержании никел  менее 11% не удаетс  получить чисто мартенситную структуру, В наплавленном металле по вл етс  феррит. Введение никел  более 13% нецелесо™ образно, поскольку он снижает технологическую прочность наплавленного металла. Наличие в покрьггии более 19% суммарного содержани  никел  и марганца или содержание марганца более 8% отрицательно сказываетс  на

5

0

5

в зких свойствах металла шва вследствие укрупнени  первичной структуры и размеров аустенитного зерна. Нижний предел содержани  марганца 5%

определ етс  началом его положительного вли ни  на технологическую прочность в процессе кристаллизации. Введение в покрытие марганца при соблюдении отношени  С. /С 1,35-2,6

0 способствует увеличению технологической прочности наплавленного металла за счет св зывани  остаточной серы в труднорастворимый сульфид марганца , Этот процесс преп тствует образованию легкоплавких эвтектик типа NiS - FeS, значительно снижаюш х технологическую прочность. При отношении процентных концентраций никел  к марганцу более 2,6 снижаетс  технологическа  прочность наплавленного металла за счет образовани  эвтектик типа NiS - f eS при его кристаллизации , а при отношении процентных концентраций менее 1,35 происходит снижение пластических свойств наплавленного метсшла.

Ванадий, содержашрйс  в покрытии в виде феррованади  в количестве 0,5-1,5%, св зывает углерод в карбиды и выводит его из твердого раствора . Необходимость св зывани  примесного углерода в карбиды и ограничение его содержани  до 0,08% вызвайа тем, что при большей концентрации углеро5 да дислокации в металле шва могут оказатьс  закрепленными, что затруднит протекание релаксационных процессов . Снижение содержани  ферро- порошков в составе электродного покрыти  сокращает содержание углерода в наплавленном металле. Содержание феррованади  в указанном количестве совместно с молибденом, содержаш 1мс  в стержне, улучшает механические

5 свойства сварного шва при комнатной и пониженных температурах. Введение феррованади  в количестве, большем ,57,, приводит к дисперсному тверда-, нию мартенсита и по влению хрупкости.

0 Содержание феррованади  менее 0,5%  вл етс  недостаточньм дл  св зывани  углерода.

Содержание 0,5-1,5% ферроиттри  : в покрытии позвол ет повысить релаксационную способность мартенсита, пластические свойства и технологическую прочность металла шва за счет очищени  границ зерен от примесей,

0

0

так как иттрий обладает высоким сродством к кислороду и сере, благопри тно измен ет состав, форму и расположение неметаллических включений в металле шва. Пределы введени  ограничиваютс  началом действи  и максимальной эффективностью при экономической целесообразности.

Ферросилиций в количестве 2-4% совместно с марганцем обеспечивает хорошее раскисление сварочной ванны. Повышение содержани  ферросилици  более 4% увеличивает склонность наплавленного металла к хрупкому разрушению . При содержании ферросилици  2% образуютс  тугоплавкие продукты раскислени , загр зн ющие металл шва.

Газошлакова  система, состо ща  из 31-34% мрамора, 20-25% плавикового шпата и 12-17% рутилового концентрата обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностью, легкую отделимость шлаковой корки, способствует удалению из расплавленного металла газов и неметаллических включений . При содержании в покрытии мрамора менее 31% происходит насыщение азотом металла шва, что неблагопри тно сказываетс  на его механических свойствах, а при введении мрамора более 34% возрастает угар марганца и кремни , увеличиваетс  температур- ньш интервал кристаллизации шлака. Содержание плавикового шпата менее 20% не обеспечивает получени  короткого шлака, что приводит к ухудшению формы шва. При содержании плавикового шпата более 25% образуетс  жидко- текучий шлак, не покрывающий верхнюю часть валика, ухудшаетс  отделимость пшаковой корки. Содержание рутилового концентрата менее 12% не обеспечивает устойчивого горени  дуги в широком диапазоне токов, наблюдаетс  ухудшение формировани  шва. При введении более 17% рутилового концентрата образуетс  шлак с низкой основ-

ностью, что с юсобствует фиксации серы в металле шва.

Наличие в покрытии 2-6% кремнефтористого натри  позвол ет снизить содержание водорода в наплавленном металле и подавить процесс порообразовани . Концентраци  кремнефтористого натри  менее 2% недостаточна дл  снижени  содержани  водорода в наплавленном металле, что может при10

20

25

200404

вести к образованию пор. Наличие кремнефтористого натри  более 6% нецелесообразно , так как эффективность его действи  возрастает незначительно при возрастающем ухудшении стабильности горени  дуги.

Введение в покрытие 2-4% поташа способствует повышению устойчивости горени  дуги и пластичности обмазочной массы. Нижний предел содержани  поташа 2% определ етс  началом заметного вли ни  на уменьшение разбрызгивани , а верхний 4% - максимальным положительным эффектом при 5 экономической целесообразности.

В табл.1 приведены варианты состава электродного покрыти .

Составы 1-3 удовлетвор ют формуле изобретени  по пределам, сумме Ni + + Мп и отношению Ni/Мп. Дл  соста- . ва 1 Ni/Mn 11/8 1,35; Ni + Мп 11 + 8 19; дл  состава 2 Ni/Mn 12/6 2; Ni + Мп 12 + 6 18; дл  состава 3 Ni/Mn 13/5 2,6; Ni+Mn 13+5 18. Составы 4 и 5 удовлетвор ют формуле изобретени  по пределам и отношению Ni/Mn, но не удовлетвор ют по сумме Ni + Мп, Дл  состава 4 Ni/Mn- 11/5 2,2; Ni+Mn 11 + 5 16; дл  состава 5 Ni/Mn 13/8 1,62; а Ni + Мп 13 + а 21. Составы 6 и 7 не отвечают формуле изобретени  по пределам и отношению Ni/Mn и удовлетвор ют сумме 35 Ni + Мп. Дл  состава 6 NL + Мп 10 + 9 19; Ni/Mn 10/9 1,1, дл  состава 7 Ni + Мп 14 + 4 18; Ni/Mn 14/4 3,5.

Химический состав наплавленного металла представлен в табл.2.

Замер деформации (стрелы прогиба f) при наплавке валика на кромку пластины показал (см.табл.3), что деформаци  при наплавке электродами с данным покрытием снижаетс  в 1,7- 2 раза.

30

40

45

25

Проведенные испытани  показали, что уровень остаточных напр жений 50 при сварке электродами с составами покрыти  1-3 снижаетс  в 2-2,4 раза. Лабораторные испытани  по определению стойкости металла шва против образовани  гор чих трещин проводили 55 на испытательной машине ЛТП-1-6М по методике МВТУ им.И.Э.Баумана. Режим испытани : Ток наплавки, А 110-120,

посто нный

Пол рность Напр жение на дуге, В

Скорость сварки, м/ч

Диаметр электродаj мм

Врем  деформировани  образца Начальна  величина зазора, мм

Критерием оценки технологической прочности наплавленного металла служит критическа  скорость деформировани  - минимальна  скорость раст жени  кромок образцов, при которой исчерпываетс  деформационна  способность наплавленного металла и по вл ютс  гор чие, тресцины.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как видно из табл„3, металл, наплавленный электродами с составами покрыти  5 и 7, хот  и обеспечивает получение.в стыковом сварном соединении более низкие продольные раст гивающие напр жени , но имеет меньшую технологическую прочность.

Механические свойства металла приведены в табл.4.

Металл, наплавленный электродами с покрытием составов 4-7, обладает более низкими пластическими свойст-. вами и ударной в зкостью по сравнению с составами 1-3.

Электроды с составами покрыти  1-3 обеспечивают получение более высоких прочностных и пластических свойств сварных соединений без применени  термической обработки.

При сварке электродами с данным покрытием не требуетс  предварительный и/или сопутствуюпщй подогрев,, обеспечиваетс  легкое возбуждение дуги,, хорошее формирование шва, лег13200406

ка  отделимость шпаковой корки, мало разбрызгивание.

Использование сварочной проволоки Св-08ХН2М позвол ет сократить приме- с нение порошковых материалов и расширить область применени  электродов при сварке в различных пространственных положени х за счет уменьшени  содержани  легирующих компонентов в

10 составе покрыти .

5

0

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Состав электродного покрыти  дл  сварки низколегированных высокопрочных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, никель, феррованадий, ферросилиций, отличающийс  тем, что, с целью повышени  пластичности и ударной в зкости металла шва, повьш1ени  стойкости к трещинообразованию при кристаллизации наплавленного металла, снижени  уровн  остаточных напр же- 5 НИИ и деформаций, при использовании проволоки марки Св-08ХН2М состав дополнительно содержит марганец, крем- нефтористый натрий, поташ и ферро- иттрий, причем отношение содержани  0 никел  к марганцу равно 1,35-2,6, а суммарное их содержание составл ет 18-19%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Шавиковый шпат

   Рутиловый концентрат

   Никель

   Феррованадий

   Ферросилиций

   Марганец металлический

   Кремнефтористый

   натрий

   Поташ

   5

   0

   20 - 25 12 - 17 11 - 13 0,5-1,5 2-4

   5-8

   2-6 2-4

   0,5-1,5 Остальное

   Таблица 1

   Молибден и хром в состав.металла переход т из стержн  Св-08ХН2М.

   Продолжение табл.1

   84 78 71

   106 82

   111 76

   1080 1110 1160 960 1100 1130 1160

   17,9 18,6 17,3 14,9 15,4 14,7 15,9

   Составитель Т.Арест Редактор Т.Лазоренко Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

   Заказ 2561/13 Тираж 975 Подписное 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

   ТаблипаЗ

   0,73 0,69 0,62 0,96 0,74 0,91 0,73

   2,6 2,8 2,5 2,4 2,0 2,2 1,9

   Таблица4

   30 31 32 28 34 3& 33

   15,2 16,0 14,9 13,6 11,6 13,4 13,8