SU1328124A1 - Шихта порошковой проволоки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области сварки и может найти применение при изготовлении порошковых проволок (ТШ) используемых дл  механизированной сварки конструкционных сталей. Целью изобретени   вл етс  повышение сва- рочно-технологических свойств ПП, прочностных и пластических свойств металла шва при пониженном уровне остаточных напр жений и деформаций в сварных конструкци х. Добавление в состав шихты, содержащей, мас.%: никель 16-23; хром 1-3,5; ферромолибден 1,5-3,5; феррованадий 1-1,5; ферросилиций 2-4; марганец 6-10; .ферро- иттрий 1-2; рутиловый концентрат 7- 14; флнюрит 7-17; кремнефтористый натрий 2-4; железный порошок - остальное , ферробора 0,05-1; ферроти- тана 0,5-4 мрамора 2-5 и поташа 1,5- 3,5 мас.%, обеспечивает повьш1енные сварочно-технологические свойства ПП (сопротивл емость образованию гор чих трещин в 1,1-1,3 раза вьше). Ударна  в зкость сварного шва увели- чиваетс  в 1,1-1,2 раза, остаточные напр жени  в шве и околошовной зоне понижаютс  в 1,1-2 раза. 4 табл. (Л

Description

1 1

Изобретение относитс  к области сварки, предназначено преимущественно дл  сварки конструкционных ста лей с дополнительной защитой углекис лым газом и обеспечивает получение сварных швов с высокими прочностными и пластическими свойствами и низким уровнем остаточных напр жений без проведени  термообработки.

Цель изобретени  - повышение сва- рочно-технологических свойств порошковой проволоки, прочностных и пластических свойств металла шва при пониженном уровне остаточных напр жений и деформаций в сварных конструкци х .

Шихта может быть использована как наполнитель порошковых проволок дл  сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, в частности, дл  сварки продольных швов труб, кольцевых стыков трубопроводов, заварки де фектов труб без последующей термообработки . Предлагаема  шихта обеспечивает получение более высоких прочностных и пластических свойств сварных соединений при пониженных напр жени х и деформаци х, достигаемых за счет получени  металла шва со структурой низкоуглеродистого никелевого мартенсита.

При охлаждении металла шва после сварки в нем протекает мартенситное V - об -превращение, сопровождающеес  увеличением объема и повышенной пластичностью метаЛла, что обеспечивает релаксацию накопленных напр жений. При сварке обеспечиваетс  высока  стабильность горени  дуги, хорошее формирование наплавленного металла, легка  отдел емость шлаковой корки и малое разбрызгивание электродного металла.

Дл  получени  мартенсита замещени  в структуре металла щва шихта содержит 16-23 мас.% никел  и 6 - 10 мас.% марганца. При.суммарном содержании никел  и марганца меньше 26 мас.% не удаетс  получить чисто мартенситную.структуру. В наплавленном металле по вл етс  массивньш фер рит, в результате чего металл шва имеет склонность к разрушению по типу внутрикристаллического скола. Наличие в шихте менее 16 мас.% никел  не обеспечивает необходимой пластичности , вследствие чего падает ударна в зкость металла шва. Легирование

281

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

242

никелем снижает сопротивл емость кристаллической решетки движению свободных дислокаций и уменьшает энергию взаимодействи  дислокаций с атомами внедрени  (углерода), поэтому облегчаетс  релаксаци  напр жений и уменьшаетс  склонность металла шва к хрупкому разрушению. Нижний предел содержани  марганца (6 мас.%) определ етс  началом его положительного вли ни  на увеличение технологической прочности металла шва в процессе кристаллизации. Введение в шихту марганца при соблюдении отношени  Ni/Mn 1,6-3,85 обеспечивает повышение стойкости наплавленного металла против образовани  гор чих трещин за счет св зывани  примесной серы в тугоплавкий сульфид марганца (Тпд 1620 С), что преп тствует образованию легкоплавких сульфидов железа и никел  и их эвтектик,  вл ющихс  одной из главных причин образовани  гор чих . При отношении содержани  никел  к марганцу меньшем 1,6 происходит охрупчивание металла шва, поскольку железомарганцевый мартенсит имеет пониженные пластические свойства. В результате снижаетс  ударна  в зкость металла щва и повышаютс  остаточные на правлени  и деформации .

При отношении Ni/Mn больше 3,85 снижаетс  стойкость металла шва против образовани  гор чих трещин за счет образовани  при его кристаллизации легкоплавких эвтектик сульфида железа и никел  (Т„д 690 С). Введение в шихту порошковой проволоки более 23 мас.% никел  нецелесообразно, поскольку он ухудшает пластические свойства, в частности ударную в зкость , так как в металле наблюдаетс  межзеренное разрушение, очагами которого  вл ютс  трещины кристаллизационного типа. Введение в шихту более 10 мас.% марганца ухудшает пластичность металла шва вследствие значительных искажений решетки твердого раствора и повышени  твердости. При суммарном содержании никел  и марганца более 29 мас.% прочность металла шва возрастает, а пластичность и ударна  в зкость падают за .счет увеличени  степени закреплени  дислокаций .

Хром при содержании 1-3,5 мас.% упрочн ет одновременно матрицу и границу зёрен , в св зи с этим при воз- i растании прочности пластичность и ударна  в зкость практически не мен ютс . Введение хрома более 3,5мас. приводит к охрупчиванию границ зерен и межзеренных прослоек за счет по влени  избыточного количества карбидов , вследствие чего резко снижаютс  пластичность и ударна  в зкость, склонность металла шва к релаксации напр жений. При содержании хрома менее 1 мас.% наблюдаетс  межзеренное разрушение, очагами которого  вл ютс  трещины кристаллизационного типа.

Молибден и ванадий, вводимые в состав шихты в виде ферромолибдена и феррованади , св зывают примесный углерод и карбиды и вывод т его из твердого раствора. Необходимость св  зьшани  углерода и ограничени  его содержани  в наплавленном металле до 0,09 мас.% вызвана тем, чтр углерод образует твердые растворы внедрени  (атмосферы Котрелла), которые блокируют свободные дислокации. За- крепление дислокаций повьшает сопротивление пластической деформации и, следовательно, снижает релаксационную способность мартенсита.

При введении в шихту 1,5-3,5 мас.% 30 мельчанию зерна первичной кристаллизации . Ввиду чрезвычайно малой растворимости бора в металлах и сплавах, а также способности бора как поверхностно-активного элемента обогащать границы зерен и другие места скоп- лений несовершенств кристаллической решетки, образование боридов имеет место уже при очень малых содержани х бора в наплавленном металле (0,001 мас.%). Образу  тугоплавкие соединени  с металлами, азотом и кислородом, бор будучи активным рас- кислителем, одновременно действует как активный модификатор, особенно при совместном введении с титаном. При содержании ферробора в шихте более 1 мас.% в наплавленном металле наблюдаетс  укрупнение зерна и по вление боридной эвтектики, располага- кнцейс  по границам зерен, что приводит к значительному снижению пластических свойств металла шва. Нижний предел содержани  ферробора (0,05 мас.%) ограничиваетс  началом

ферромолибдена повьш аютс  прочностные свойства шва, стойкость против образовани  гор чих трещин, сопротивл емость хрупкому разрушению. При введении ферромолибдена менее 1,5 мас.% 35 существенного действи  на указанные свойства не отмечено. Пов1гдиение содержани  ферромолибдена в шихте свыше 3,5 мас.% вызывает охрупчивание металла шва при температурах старе- 40 ни  (450-550°С).

Феррованадий, вводимьш в количестве 1-1,5 мас.% св зывает примесньй углерод в карбиды, преп тствует рос- ту зерна при нагреве, улучшает механические свойства металла шва при комнатной и пониженной температурах. Содержание феррованади  в шихте менее 1 мас,% не обеспечивает полного о св зывани  углерода в карбиды. Введение феррованади  более 1,5 мас,% сни- .жает ударную в зкость металла пша за счет выделени  частиц фазы Лавеса.

Содержащийс  в количестве 1-2мас. про влени  модифицирующего действи , ферроиттрий позвол ет повысить релак- Ферросилиций в количестве 2-4 мае.5 сационную способность мартенсита и механические свойства за счет очищени  границ зерен от примесей. Иттрий,

вводимый совместно с марганцем, обеспечивает в процессе сварки растекае- мость металла, предупреждает порисоблада  высоким сродством к кислоро- ду и сере, благопри тно измен ет состав , форму и расположение неметаллических включений. Нижний предел (1 мас.%) ограничиваетс  началом эффективного действи  на указанные свойства, а верхний (2 мас.%) - когда эффективность введени  ферроиттри становитс  максимальной.

Введение в пшхту порошковой проволоки ферротитана в количестве 0,5- 4 мас.% предупреждает выгорание других легирующих элементов, обеспечивает мелкозернистую структуру металла шва, способствует разрушению сульфид ных прослоек. При содержании ферротитана в шихте более 4 мас.% в наплавленном металле по вл ютс  сложные титанистые фазы, которые колони ми или группами оконтуривают границы первичных кристаллитов, что приводит к снижению СТОР1КОСТИ против образовани  гор чих треш;ин. Введение ферротитана менее 0,5 мас.% заметного вли ни  на свойства металла шва не оказывает.

Г

Ферробор, вводимый в количестве 0,05-1 мас.% способствует измельчанию зерна первичной кристаллизации . Ввиду чрезвычайно малой растворимости бора в металлах и сплавах, а также способности бора как поверхностно-активного элемента обогащать границы зерен и другие места скоп- лений несовершенств кристаллической решетки, образование боридов имеет место уже при очень малых содержани х бора в наплавленном металле (0,001 мас.%). Образу  тугоплавкие соединени  с металлами, азотом и кислородом, бор будучи активным рас- кислителем, одновременно действует как активный модификатор, особенно при совместном введении с титаном. При содержании ферробора в шихте более 1 мас.% в наплавленном металле наблюдаетс  укрупнение зерна и по вление боридной эвтектики, располага- кнцейс  по границам зерен, что приводит к значительному снижению пластических свойств металла шва. Нижний предел содержани  ферробора (0,05 мас.%) ограничиваетс  началом

про влени  модифицирующего действи , Ферросилиций в количестве 2-4 мае.5

вводимый совместно с марганцем, обеспечивает в процессе сварки растекае- мость металла, предупреждает пористость , исключает шлаковые включени  за счет образовани  легкоплавких продуктов раскислени . Содержание ферросилици  в шихте мене 2 мас.% оказываетс  недостаточным дл  образовани  легкоплавких продуктов раскислени . Введение ферросилици  более 4 мас.% повышает склонность металла -шва к хрупкому разрушению за счет дисперсионного твердени  при температурах ста-10 ным положительным эффектом.

рени  (450-550 С).

Шлакообразующа  часть шихты, состо ща  из 2-5 мас.% мрамора,7-14 мас.% рутилового концентрата и 7-17 мас.%

флюорита, позвол ет интенсивно обра- 15 талл шва с лучшими эксплуатационными

ботать металл сварочной ванны шлаком и снизить содержание газов и неметаллических включений. Введение мрамора и флюорита в указанных пределах

позвол ет получить шлак основного типа, 20 лаксацию напр жений в шве и основном

что благопри тно сказьшаетс  на его способности удал ть из расплавленного металла такие вредные примеси, как сера и фосфор. Введение рутилового концентрата в количестве 7-14 мае.%25 вой проволоки (составы 1-3) и сос- обеспечивает устойчивое горение тав с запредельным содержанием ком- дуги в широком диапазоне токов, улуч- понентов (составы 4-7). Хот  суммарметалле в процессе их охлаждени  после сварки.

В табл.1 приведены варианты предлагаемых составов шихты дл  порошкошает формирование шва и уменьшает потери электродного металла на разбрызгивание . Вход щий в состав шихты флюорит в количестве 7-17 мас.%,  вл  сь флюсующим реагентом, обеспечивает минимальное содержание неметаллических включений в наплавленном металле, способствует равномерному плавлению сердечника и оболочки.При содержании мрамора менее 2 мас.% наблюдаетс  образование жидкотекуче- го шлака, не обеспечивающего защиту

расплавленного металла. Введение мра- 40 волоки составл ет 25-28%.

.мора более 5 мас.% ухудшает газопроницаемость и отделимость шлаковой корки.

Уменьшение содержани  водорода в металле шва достигаетс   введением в состав шихты кремнефтористого натри  в количестве 2-4 мас.%. Введение кремнефтористого натри  более 4 маСо% вызывает нарушение стабильности горени  дуги. При содержании кремнефтористого натри  менее 2 мас.% эффективность его действи  оказываетс  недостаточной, возможно по вление пор в металле шва.

С целью улучшени  переноса электродного металла и снижени  потерь на разбызгивание в состав шихты вводитс  поташ в количестве 1,5-3,5 мас.

1246

При плавлении оболочки и ишхты порошковой проволоки, содержащей поташ , значительно уменьшаетс  врем  существовани  капель, их размеры. Нижний предел содержани  поташа (1,5 мас.%) определ етс  началом заметного вли ни  на уменьшение разбрызгивани , а верхний предел С3,5 мас.% ) определ етс  максимальТаким образом, предлагаемь й состав шихты дл  порошковой проволоки нар ду с повышенными сварочно-технологически- ми свойствами позвол ет получить мехарактеристиками . В наплавленном металле достигаетс  стуктура пластичного низкоуглеродистого никелевого мартенсита, который обеспечивает ревой проволоки (составы 1-3) и сос- тав с запредельным содержанием ком- понентов (составы 4-7). Хот  суммарметалле в процессе их охлаждени  после сварки.

В табл.1 приведены варианты предлагаемых составов шихты дл  порошконое содержание никел  и марганца в составах 6 и 7 отвечает требованию

30 получени  мартенситной структуры, однако отношение Ni/Mn не соответствует предлагаемому. Дл  составов 4 и 5 выполн етс  условие отношени  Ni/Mn, но не выполнено условие сум35 марного их содержани .

В качестве оболочки дл  изготовлени  порошковой проволоки используют ленту из стали 08КП размером 15x0,8 мм Коэффициент заполнени  порошковой проЛабораторные испытани  порошковых проволок с известной и предлагаемой шихтой провод т путем определени  остаточных напр жений и угловых дефор45 маций в сварных стыковых соединени х пластин размером 350x150x32 мм с V-образной разделкой кромок, стойкости металла шва против образовани  гор чих трещин, ударной в зкости, проч50 ностных и пластических свойств металла шва при нормальной температуре, потерь на угар и разбрызгивание.

Определение остаточных напр жений и угловых деформаций производ т по методике МВТУ 1J. Критерием оценки служит величина остаточных напр жений &о(.(МПа) и деформаци  от углового излома f (град).

71

Испытание на сопротивл емость металла шва образованию гор чих трещин провод т на машине ЛТП 1-бМ. Критерием оценки  вл етс  критическа  скорость деформировани  А (мм/мин).

Определение прочностных и пластических свойств металла шва провод т в соответствии с ГОСТом. Критерием оценки служит предел прочности бй(МПа) и относительное удлинение

в s(%).

При определении ударной в зкости из сварных соединений изготовл ют об разцы Менаже (тип 1) размером ЮхЮх х55 мм с надрезом по центру шва. Критерием оценки служит величина ударной в зкости КСи (даДЖ/см).

Определение потерь электродного металла на угар и разбрызгивание про вод т по известной методике. Критерием оценки служит коэффициент потер

Ч р(%).

В табл.2 приведены результаты измерени  остаточных напр жений и уг левых деформаций в сварных стыковых соединени х.

В табл.3 приведены результаты испытани  сварочных проволок.

В табл.4 приведено содержание примесей в металле шва.

Анализ результатов испытаний позвл ет заключить, что металл шва, полученный порошковой проволокой с шихтой предлагаемого состава, обладает по сравнению с известным следующими преимуществами: остаточные напр жени  в шве и околошовной зоне в 1,1-2 раза ниже; углова  деформаци  1,2-1,4 раза меньше , ударна  вз кост мета.ш1а шва в 1,1-1,2 раза большеJ сопротивл емость образованию гор чих трещин в 1,1-1,3 раза вьш1е; металл шва обладает лучшими прочностными и пластическими свойствами, при сварке порошковой проволокой с шихтой предлагаемого состава потери электродного металла на 5-25% меньше

Предлагаемый состав шихты обеспечвает получение металла шва со структ рой низкоуглеродистого никелевого матенсита (твердый раствор замещени ), обладающего значительной пластичност и потому менее склонного к образованию холодных трещин, содержание угле

8

Q

0

5

о

5

5

0

5

0

рода в нем не превышает 0,05-0,06%. Тем не менее, при разработке шихты порошковой проволоки учитывалось вредное вли ние водорода на склонность металла шва к замедленному разруше- нию - образованию холодных трещин. Дл  предотвращени  фиксации и уменьшени  содержани  водорода в наплавленном металле в состав шихты введен кремнефтористый натрий в количестве 24%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Шихта порошковой проволоки, содержаща  хром, никель, ферромолибден, рутиловый концентрат, марганец, ферросилиций , ферроиттрий, феррованадий, флюорит, кремнефтористый натрий, железный порошок, отличающа - с   тем, что, с целью повьш1ени  сва- рочно-технологических свойств порошковой проволоки, повышени  прочности и пластичности металла сварного шва при снижении остаточных напр жений . и деформаций в нем, шихта дополнительно содержит ферробор, ферротитан, мрамор , поташ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Никель16-23

   Хром1,0-3,5

   Ферромолибден1,5-3,5

   Феррованадий1,0-1,5

   Ферросилиций2-4

   Марганец6-10

   Ферробор0,05-1

   Ферротитан0,5-4

   Ферроиттрий1-2 Рутиловый

   концентрат7-14

   Флюорит7-17

   Мрамор2-5

   Кремнефтористьй

   натрий2-4

   Поташ1 5-3,5

   Железный

   порошокОстальное

   причем отношение содержани  никел  к марганцу находитс  в пределах ( 1,6-3,85) , а суммарное их содержание составл ет (,+0 26- 29%).

   Примечание. Знак + - напр жение раст жени , а знак - напр жение сжати .

   Таблица 3

   Продолжение табл.2