SU1756081A1 - Электродное покрытие - Google Patents

Abstract

Использование: покрыти  электродов дл  ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого сечени  из высокопрочных сталей с последующей высокотемпературной обработкой. Сущность: электродное покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: плавиковый шпат 20-25; рутиловый концентрат 5-10; ферротитан 4-6; ферросилиций 5-12; феррованадий 0,3-0,9; графит 0,4-0,6; хррм 3,6- 6,0; ферромолибден 1,2-2,2; никель 4,5-6,5: марганец 1.2-2,5; поташ 0,5-2,0; железный порошок 8-12; мрамор остальное, Графит, феррованадий и марганец вз ты в соотношении 1:(0,75-1,5):(3,0-4,2), а ферротитаи и ферросилиций - в соотношении 1 :(1,25-2,5). Введение графита, феррованади  и марганца в заданном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его высокотемпературной термической обработки. 3 табл.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к сварочным материалам, в частности к покрыти м электродов дл  ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого (от 1 до 2 м) сечени  из высокопрочных сталей , подвергаемых последующей высокотемпературнойобработке , обеспечивающей получение механических свойств наплавленного металла, близких к механическим свойствам основного металла высокопрочной стали.

При создании таких сварочных материалов (покрыти  электродов) должны быть выполнены два основных услови : обеспечение технологической и эксплуатационной прочности наплавленного металла и прокаливаемости на бейнит дл  получени  механических свойств на уровне их значений дл  основного металла деталей сечением до 2 м.

Известно электродное покрытие дл  сварки, которое содержит, мас.%:

Плавиковый шпат

Песок кварцевый

Ферротитан

Ферромарганец

Ферросилиций

Никелевый порошок

Железный порошок

Поташ

Мрамор

18-22

5-7

5-7

0,5-2.0

3,0-5,5

1,5-2,5

3-6

0,5-1,5 Остальное

-ч ел о о

00

Металл, наплавленный предлагаемыми электродани, обеспечивает после закалки и высокого отпуска следующие механические свойства; временное сопротивление разрыву S539 МПа, предел текучести 2:343 МПа, относительное удлинение S 16%, ударна  в зкость 49 Дж/см2.

Однако недостаточно высокие механические свойства металла, наплавленного электродами с указанным покрытием,  вл - ютс  результатом недостаточной прокали- ваемости вследствие низкого содержани  в нем элементов, повышающих устойчивость аустенита при охлаждении с температурой выше Асз: углерода (0,07-0,13 мас.%) и никел  (1,3-1,9 мас.%). Из-за низкой прокали- ваемости металла, наплавленного этими электродами, при охлаждении происходит диффузионный распад аустенита с выделением структурно свободного феррита, что приводит к снижению прочностных характеристик и ударной в зкости, к повышению перехода температуры хрупкости наплавленного металла.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  электродное покрытие, содержащее, мас.%:

Плавиковый шпат15-25

Рутил5-10

Ферромарганец1-4

Ферросилиций2-5

Ферротитан6-12

Ферромолибден3-8

Феррованадий2-4

Феррониобий0,3-1,0

Алюминиевый порошок1-3

Хром металлический6-14

Никель металлический4-8

Сода кальцинированна  0,5-1,0 Целлюлоза1-4

Графит0,3-1,5

МраморОстальное

которое обеспечивает высокую (140-180 кгс/мм } прочность металла шва (наплавленного металла).

Недостатком известного покрыти   вл етс  неудовлетворительное качество ме- талла шва вследствие низкого уровн  пластических свойств, получаемых в результате изменени  морфологии и состава образующихс  в металле шва неметаллических включений. Неблагопри тное соотношение раскислителей - ферросилици  и ферроти- тана (0,17-0,83) - приводит к образованию сложных титансодержащих оксидных включений и повышенному содержанию растворенного s металле шва титана, отрицательно вли ющих на пластичность, ударную в зкость и технологическую прочность металла шва. Присутствующа  в составе покрыти  целлюлозы - активный поставщик диффузионноподвижного водорода - повышает опасность образовани  флокенов в металле шва, имеющего структуру нижнего бейнита или мартенсита. Прокаливаемость металла шва снижает также присутствие в указанных пределах таких сильных карбидообразователей, как хром и ниобий. Кроме того, большое содержание ниоби  (до 0,2-0,3 мас.%) в сочетании с 0,15-0,20 мас.% углерода создает опасность образовани  трещин в металле шва. при отпуске дл  сн ти  сварочных напр жений .

Целью изобретени   вл етс  повышение технологической и эксплуатационной прочности металла, наплавленного при ремонтной заварке дефектов деталей большого (от 1 до 2 м) сечени  из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, включающей аустенизацию и высокий отпуск, на уровне свойств основного металла.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в состав покрыти  электродов дл  ручной дуговой сварки, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, фер- ротитан, ферросилиций, феррованадий, графит4, хром, ферромолибден, никель, марганец и пластификатор, дополнительно вве ден железный порошок, в качестве пластификатора - поташ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавиковый шпат20-25

Рутиловый концентрат5-10

Ферротитан4-6

Ферросилиций 5-12

Феррованадий0,3-0,9

Графит0,4-0,6

Хром3,6-6,0

Ферромолибден1,2-2,2

Никель4,5-6,5

Марганец1,2-2,5

Поташ0,5-2,0

Железный порошок8-12

МраморОстальное

при этом графит, феррованадий и марганец вз ты в соотношении 1:(0,75-1,50):(3,0-4,2), а ферротитан и ферросилиций в соотношении 1:(1,25-2.0).

Мрамор обеспечивает необходимое дл  защиты расплавленной сварочной ванны от атмосферы воздуха количество газовой смеси СОа + CO, образующейс  при диссоциации мрамора. Кроме того, оксид кальци , остающийс  как продукт диссоциации мрамора в шлаковой фазе, образует в совокупности с другими шлакообразующими

компонентами легкоотделимую шлаковую корку.

Введение в за вл емых пределах плавикового шпата обеспечивает необходимую жидкотекучесть шлака, что способствует удовлетворительному формированию валика сварного шва во всех пространственных положени х. Снижение уровн  содержани  плавикового шпата в составе предложенного покрыти  ухудшает формирование валика сварного шва. Повышение этого уровн  приводит к ухудшению сварочно-технологи- ческих свойств электродов при сварке в вер- тикальном и потолочном положени х вследствие повышенной жидкотекучести шлака.

Ру иловый концентрат введен в состав электродного покрыти  в заданных пределах дл  обеспечени  сварочно-технологиче- ских свойств электродов в части обеспечени  улучшенной отделимости шлаковой корки.

Ферротитан и Ферросилиций введены в покрытие в качестве раскислителей наплавл емого металла. Указанные компоненты снижают содержание кислорода в наплавленном металле, что приводит к повышению значений ударной в зкости. Снижение количества вводимых раскислителей ниже указанных пределов приводит к повышению содержани  растворенного в металле кислорода и, следовательно, к снижению значений ударной в зкости. Увеличение количества вводимых раскислителей выше указанных пределов приводит к увеличению содержани  экзогенных включений на их основе, что снижает механические характеристики металла шва (наплавленного металла ). При этом ферротитан и ферросилиций вз ты в соотношении 1 :(1,25-2,0), что обеспечивает наилучшее соотношение этих раскислителей с точки зрени  св зывани  кислорода в сварочной ванне, образовани  оксидов в процессе сварки и отшлаковки последних. Когда указанное соотношение 2,0, в металле шва по вл етс  значительное количество сложных титансодержащих неметаллических включений, наличие которых снижает механические свойства металла шва (наплавленного металла). При значени х указанного соотношени  1,25 в металле шва увеличиваетс  количество растворенного кислорода вследствие несбалансированности вводимых рас ислителей что нар ду со Снижением значений ударной в зкости повышает веро тность образовани  пор в наплавленном металле, вызываемого наличием растворенного в нем азоте.

Хром в указанных пределах в сочетании с более высоким по сравнению с прототипом и аналогом содержанием никел  обеспечивает глубокую прокаливаемость

металла шва на бейнит при закалке в процессе сварки (наплавки) крупногабаритных изделий сечением от 1 до 2 м.

Введение молибдена в виде ферромолибдена а указанных пределах обеспечиаэ0 ет подавление отпускной хрупкости наплавленного металла при сварке (наплавке ) изделий большого сечени , требующих по существующим технологи м их сварки медленного охлаждени .

5 Содержание марганца металлического в составе покрыти  электрода в указанных пределах обеспечивает повышение стойкости наплавленного металла к образованию гор чих трещин за счет св зывани  серы в

0 термодинамически устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца, которые частично отшлаковываютс  в процессе сварки (наплавки ), частично остаютс  (меньша  их часть) в наплавленном металле в виде ком5 пактных включений, что предотвращает протекание ликвацйонных процессов,  вл ющихс  источником образовани  гор чих трещин. Введение графита, феррованади  и марганца в предложенных пределах и в за0 данном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его термической обработки при высоких температурах. Превышение заданных соотношений (1:1,5:4,2)

5 указанных компонентов покрыти  электрода в заданных пределах приводит к образованию трещин в металле сварного шва (наплавленного металла) особенно после высокотемпера турнбй термообработки.

0 Снижение содержани  этих компонентов ниже заданных пределов приводит к снижению уровн  прочностных свойств металла шва ниже значений, необходимых дл  надежной эксплуатации свариваемого обору5 довани . Снижение же соотношени  в покрытии электрода между графитом, феррованадием и марганцем ниже 1:0,75-3,0 приводит к снижению значений относительного удлинени  вследствие повышени 

0 диффузионной подвижности углерода (увеличение количества несв занного в карбиды углерода) в наплавленном металле и соответственно охрупчиванию границ зерен .

5 Увеличение содержани  углерода до 0,17% и никел  до 2,75% в металле шва за счет введени  графита и никел  в за вл емых пределах позвол ет повысить устойчивость аустенита при охлаждении с температурой выше Асз, что приводит к повышению гарантированного предела прочности до значений 700 МПа и ударной в зкости - до значений 150 МДж/м .

В табл. 1 представлены предлагаемые составы покрытий электродов, в табл. 2 - химический состав наплавленного им металла , в табл. 3 - технологические (трещино- стойкость при кристаллизации) и механические свойства наплавленного металла (металла шва) после закалки с температуры 870-880°С через воду в масло и отпуск 200 ч при 630-640°С.

Образцы дл  механических испытаний изготовлены стандартные по ГОСТ.

Сварку провод т посто нным током обратной пол рности. Ток 140-150 А, напр жение на дуге 24+1 В.

Состав 1 - состав электродного покрыти , наносимый на стержень из проволоки Св-ЮГНША, соответствует электродному известному покрытию 1, состав 2 - соответствует известному покрытию 2, состав 3-5 - составы покрытий в предлагаемых пределах и соотношени х, состав 6 и 7 - запредельные составы покрытий при предлагаемых соотношени х компонентов, составы 8-11 - составы электродных покрытий, в которых углерод, феррованадий и марганец, а также ферротитан и фер- росилиций вз ты вне предлагаемых соотношений,

Анализ полученных результатов позвол ет сказать, что составы 3-5 обеспечивают получение металла шва (наплавленного металла ) с такими прочностными и пластическими свойствами, которые позвол ют повысить технологическую и эксплуатационную прочность металла шва при сварке изделий большого (1-2 м) сечени , по сравнению с составами прототипа и аналога.

Составы 6-7 показывают, что изменение пределов содержани  компонентов покрыти  или изменение соотношени  между ними приводит к снижению механических свойств металла шва (наплавленного металла ), к снижению его технологической прочности .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Электродное покрытие дл  сварки и на- плавки высокопрочных сталей, содержащее мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат , ферротитан, ферросилиций, феррованадий , графит, хром, ферромолибден, никель, марганец и пластификатор, о т л и ч- ающеес  тем, что, с целью повышени  технологической и эксплуатационной прочности металла при заварке дефектов деталей , подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, покрытие дополнительно содержит железный порошок , а в качестве пластификатора - поташ, при следующем соотношении компонентов, мас,%:

   Плавиковый шпат20-25

   Рутиловый концентрат5-10

   Ферротитан4-6

   Ферросилиций5-12

   Феррованадий0,3-0,9

   Графит0,4-0.6

   Хром3,6-6,0

   Ферромолибден1,2-2,2

   Никель4,5-6,5

   Марганец1,2-2,5

   Поташ0,5-2,0

   Железный порошок8-12

   МраморОстальное

   при этом графит, феррованадий и марганец вз ты в соотношении 1:(0.5-1,5):(3,0-4,2), а ферротитан и ферросилиций в соотношении 1:(1.25-2,0).

   Т « б л и и а