SU1797550A3

SU1797550A3 - Ceramic flux for steel welding

Info

Publication number: SU1797550A3
Application number: SU914927665A
Authority: SU
Inventors: Daniil M Kushnerev; Sergej D Ustinov; Viktor V Golovko; Mikhail A Laktionov; Vasilij S Gladyshko; Georgij M Shelenkov
Original assignee: Иhctиtуt Элektpocbapkи Иm.E.O.Пatoha
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1991-04-15
Publication date: 1993-02-23

Description

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к керамическим флюсам для механизированной сварки и наплавки высоколегированных аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей.The invention relates to welding materials, in particular to ceramic fluxes for mechanized welding and surfacing of high alloy austenitic chromium-nickel stainless steels.

В настоящее время в СССР для автоматической сварки под флюсом высоколегиро ванных аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей применяются как плавленые флюсы марок АН-26С, ФЦ-17, ОФ-6, АН-18 и др., так и керамические флюсы марок ФЦК, ФЦК-С, АНК-45 и др. Несмотря на большое количество марок флюсов, среди них не удается найти какойто один флюс, который обеспечивал бы выполнение всего комплекса требований (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ (57) Керамический флюс флюоритно-основного типа, предназначенный для сварки аустенитных нержавеющих сталей и обеспечивающий в сочетании с аустенитной сварочной проволокой Св-04Х19Н11МЗ получение высоких механических свойств металла швов и сварных соединений, высокую стойкость швов против мегикристаллитной коррозии. Флюс обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами и содержит в своем составе плавленый флюс типа АНФ-6 (86,1-95,0%), фторид бария (2,0-5,0%). гематит (1,0-5Д%), алюминиевомагниевый порошок (1,5-3,5%) и ферробор (0,1-0,4%). 4 Табл.At present, in the USSR, fused fluxes of the AN-26S, FTs-17, OF-6, AN-18, etc. grades and ceramic fluxes of the FTsK, FTsK-S brands are used for automatic submerged arc welding of high alloy austenitic stainless chromium-nickel steels , ANK-45 and others. Despite the large number of flux grades, one cannot find among them a single flux that would ensure the fulfillment of the whole set of requirements (54) CERAMIC FLUX FOR WELDING STEELS (57) Ceramic flux of the fluorine-basic type, designed for welding austenitic stainless steel and providing in combination with austenitic welding wire Sv-04H19N11MZ obtaining of high mechanical properties of weld metal and welded joints, seams high resistance against corrosion megikristallitnoy. The flux has good welding and technological properties and contains fused flux of the ANF-6 type (86.1-95.0%), barium fluoride (2.0-5.0%). hematite (1.0-5D%), aluminum-magnesium powder (1.5-3.5%) and ferroboron (0.1-0.4%). 4 tab.

металлургического и технологического характера, возникающих при сварке высоколегированных аустенитных нержавеющих хромоникелевых и других подобных сталей, особенно сталей больших толщин. Так, например, низкокремнистые плавленые флюсы марок АН-26С, АН-20С содержат чрезмерные количества SlOz (от 19 до 33%). что приводит к протеканию кремневосстановительного процесса, в результате, чего наплавленный металл обогащается оксидными включениями, ухудшающими механические свойства металла шва и его стойкость против образования горячих трещин. По этой причине указанные флюсы не рекомендуют применять при сварке металSU 1797550 АЗ ла толщиной более 40 мм. Флюс АН-18, содержащий от 13,5 до 16,5% БегОз, требует применения сложнолегированных аустенитных проволок, содержащих активные раскислители - алюминий, титан и др„ что вызывает дополнительные трудности.metallurgical and technological nature that arise when welding high-alloy austenitic stainless chromium-nickel and other similar steels, especially steels of large thicknesses. For example, low-silicon fused fluxes of the AN-26C and AN-20C grades contain excessive amounts of SlOz (from 19 to 33%). which leads to a silicon reduction process, as a result of which the deposited metal is enriched with oxide inclusions that impair the mechanical properties of the weld metal and its resistance to the formation of hot cracks. For this reason, these fluxes are not recommended for use in welding metal SU 1797550 AZ with a thickness of more than 40 mm. Flux AN-18, containing from 13.5 to 16.5% BegO3, requires the use of complex alloyed austenitic wires containing active deoxidizing agents - aluminum, titanium, etc., which causes additional difficulties.

Бескремнистые пассивные плавленые флюсы ОФ-6 и 0Ф-6М весьма склонны к гидратации и требуют перед применением длительной высокотемпературной прокалки, например, флюс 0Ф-6М при 950°С в течение не менее 5 часов. Кроме того, эти флюсы имеют в большинстве случаев неудовлетворительные сварочно-технологические свойства (затруднительная отделимость шлаковой корки, дефекты формирования швов). Другие плавленые флюсы, например ФЦ-17, не обеспечивают требуемые механические характеристики металла швов и достаточно высокую стойкость против образования горячих трещин при сварке, например аустенитных хромоникельмолибденовых сталей больших толщин.OF-6 and 0F-6M non-silicon passive fused fluxes are very prone to hydration and require long-term high-temperature calcination before application, for example, 0F-6M flux at 950 ° C for at least 5 hours. In addition, these fluxes in most cases have unsatisfactory welding and technological properties (difficult separability of the slag crust, joint formation defects). Other fused fluxes, for example FTs-17, do not provide the required mechanical characteristics of the weld metal and a sufficiently high resistance against the formation of hot cracks during welding, for example, austenitic chromium-nickel-molybdenum steels of large thicknesses.

Известны предназначенные для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей керамические флюсы маррк ФЦК, ФЦКС, АНК-45, имеющие недостаточно высокие сварочно-технологические свойства и не обеспечивающие требуемой стойкости швов против образования горячих трещин при сварке хромоникельмолибденовых сталей больших толщин.Ceramic fluxes mark Marck ФЦК, ФЦКС, АНК-45 are known for welding high-alloyed chromium-nickel steels. They have insufficiently high welding and technological properties and do not provide the required resistance of welds against the formation of hot cracks when welding chromium-nickel-molybdenum steels of large thicknesses.

Известен керамический флюс для дуговой сварки нержавеющей стали, содержащий (в %): TiO2 5-50; CaF₂ 5-50; ZrO₂ 5-30; СаСОз <20; А1₂0з <30; AIF3 3-20: ВаСОз и/или ВаР₂ и/или Ы₂СОз и/или LIF₂ >10; раскислители, легирующие элементы и примеси < 30. Этот флюс не обладает требуемыми сварочно-технологическими свойствами, так как содержит до 30% карбонатов.Ceramic flux for arc welding of stainless steel is known, containing (in%): TiO2 5-50; CaF ₂ 5-50; ZrO ₂ 5-30; CaCO3 <20; A1 ₂ 0s <30; AIF3 3-20: VaSOz and / or BaP ₂ and / or N ₂ cos and / or LIF _2> 10; deoxidizers, alloying elements and impurities <30. This flux does not have the required welding and technological properties, as it contains up to 30% carbonates.

Известен керамический флюс следующего состава (%): CaF₂ 40-55; А1₂0з 16-20; Zr 7-16; Na₃AIF_s 4,5-8; БезСМ 2,5-4; Μη 0.81,8; сплав N1 с 40-60% Nb - 1,8; сплав Сг с Mo 0,2-1,8: оксиды металлов, поташ и LI 1,5-3, двуокись кремния 4-8; С < 0,6. Данный флюс при сварке аустенитных хромоникельмолибденовых сталей больших толщин не обеспечивает достаточной стойкости металла швов против образования горячих трещин.Known ceramic flux of the following composition (%): CaF ₂ 40-55; A1 ₂ 0s 16-20; Zr 7-16; Na ₃ AIF _s 4.5-8; Without SMS 2.5-4; Μη 0.81.8; alloy N1 with 40-60% Nb - 1.8; an alloy of Cr with Mo 0.2-1.8: metal oxides, potash and LI 1.5-3, silicon dioxide 4-8; C <0.6. This flux when welding austenitic chromium-nickel-molybdenum steels of large thicknesses does not provide sufficient resistance of the weld metal against the formation of hot cracks.

Известен принятый в качестве прототипа керамический флюс для сварки сталей, содержащий плавленый флюс типа АНФ-6, фтористый барий, гематит, ферробор.Known adopted as a prototype ceramic flux for welding steels containing fused flux type ANF-6, barium fluoride, hematite, ferroboron.

Однако этот флюс не обеспечивает достаточно высокого качества наплавленного металла при сварке высоколегированных аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей, особенно для эксплуатации при температуре минус 190°С, так как флюс не производит необходимого модифицирования наплавленного металла.However, this flux does not provide a sufficiently high quality of the deposited metal when welding high-alloy austenitic stainless chromium-nickel steels, especially for operation at a temperature of minus 190 ° C, since the flux does not produce the necessary modification of the deposited metal.

Целью изобретения является разработка керамического флюса для сварки высоколегированных аустенитных нержавеющих хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей больших толщин (до 60 мм), обладающего отличными сварочно-технологическими свойствами в условиях многопроходной сварки в узкую разделку и обеспечивающего в сочетании со стандартной аустенитной проволокой, например, типа Св - 04Х19Н11МЗ получение металла швов без трещин и имеющего следующие минимальные механические свойства: σ_Β > 560 МПа, σ₀₁₂ >400 МПа, ds > 35%, угол загиба «=180°, KCV £ 40Дж/см²при температуре минут 190°С.The aim of the invention is the development of ceramic flux for welding high-alloy austenitic stainless chromium-nickel and chromium-nickel-molybdenum steels of large thicknesses (up to 60 mm), which has excellent welding and technological properties in conditions of multi-pass welding in narrow grooves and, in combination with standard austenitic wire, for example, of type Sv - 04H19N11MZ receiving metal joints without cracks and with the following minimum mechanical properties: σ _Β> 560 MPa, σ _012> 400 MPa, ds> 35%, bending angle "= 180 °, KCV £ 40Dzh / s ² minutes at a temperature of 190 ° C.

Эта цель достигается дополнительным введением в шлаковую систему достаточных количеств фтористого бария, гематита, алюмомагниевого порошка, а также ферробора или феррохромбора при следующем соотношении компонентов (мае, %):This goal is achieved by the additional introduction of sufficient amounts of barium fluoride, hematite, aluminum-magnesium powder, as well as ferroboron or ferrochrombor in the slag system in the following ratio of components (May,%):

Плавленый флюс АНФ-6 .................... 86,1-95,0Fused flux ANF-6 .................... 86.1-95.0

Барий фтористый ..................... 2,0-5,0Barium fluoride ..................... 2.0-5.0

Гематит................. 1,0-5,0Hematite ................. 1.0-5.0

Порошок алюмомагниевый (50% AI, 50% Мд).......................1.5-3.5Ферробор или феррохромбор (20% В)...............0,1-0,4 причем отношение процентного содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-6 к барию фтористому должно быть в пределах от 17,2 до 46,6, а гематита к алюмомагниевому порошку в пределах от 0,285 до 3,33.Magnesium-aluminum powder (50% AI, 50% Md) ....................... 1.5-3.5 Ferroboron or ferrochrombor (20% V) ..... .......... 0.1-0.4, and the ratio of the percentage in the flux of fused flux ANF-6 to barium fluoride should be in the range from 17.2 to 46.6, and hematite to aluminum powder in ranges from 0.285 to 3.33.

Применение в заявляемом флюсе плавленого флюса ΆΗΦ-6 обеспечивает снижение содержания вредных примесей, так как содержание серы и фосфора во флюсе ΑΗΦ6 обычно не превышает 0,010% каждого из этих элементов.The use of fused flux ΆΗΦ-6 in the inventive flux provides a reduction in the content of harmful impurities, since the sulfur and phosphorus content of ΑΗΦ6 flux usually does not exceed 0.010% of each of these elements.

Введение во флюс фтористого бария и гематита полностью подавляет кремневосстановительный процесс, который мог бы происходить при сварке из-за наличия во флюсе около 6% SIO₂ (из сухого остатка жидкого стекла и примеси SIO₂ во флюсе АНФ-6 и в гематите), ·The addition of barium fluoride and hematite to the flux completely suppresses the silicon reduction process that could occur during welding due to the presence of about 6% SIO ₂ in the flux (from the dry residue of liquid glass and SIO ₂ impurity in the ANF-6 flux and in hematite), ·

Алюмомагниевый порошок и ферробор (феррохромбор) во флюсе служат раскислителями и модификаторами, позволяющими измельчать структуру металла шва и тем самым достигать высокую стойкость швов против образования горячих трещин, а также получать требуемую хладостойкость сварных швов (KCV > 40 Дж/см₂ при температуре минус 190°С).Magnesium-aluminum powder and ferroboron (ferrochrome boron) in the flux serve as deoxidizers and modifiers that allow grinding the structure of the weld metal and thereby achieve high resistance of the joints to the formation of hot cracks, as well as obtain the required cold resistance of welds (KCV> 40 J / cm ₂ at a temperature of minus 190 ° C).

Наличие в заявляемом флюсе, состоящем в основном из плавленого флюса АНФ6, добавок фтористого бария, гематита и алюмомагниевого порошка позволяет получить отличные сварочно-технологические свойства флюса, несмотря на то, что заявляемый флюс относится к группе пассивных флюсов.The presence in the inventive flux, consisting mainly of fused flux ANF6, additives of barium fluoride, hematite and aluminum-magnesium powder allows to obtain excellent welding and technological properties of the flux, despite the fact that the claimed flux belongs to the group of passive fluxes.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый флюс обладает свойствами, не присущими ранее известному, т.е. обладает существенными преимуществами.Based on the foregoing, we can conclude that the inventive flux has properties not inherent in the previously known, i.e. has significant advantages.

В табл. 1 приведены варианты состава заявляемого флюса. Опытные партии этих флюсов изготавливались по обычной технологии с применением натриевого или натрий-калиевого жидкого стекла, имеющего модуль 2,5 и плотность 1,40 г/см³, в количестве 120 мл на 1 кг сухой шихты. Прокалка флюсов производилась в садочной печи при температуре (640 ± 15)°С в течение 1,5 ч.In the table. 1 shows the composition of the inventive flux. Experimental batches of these fluxes were made using conventional technology using sodium or sodium-potassium liquid glass having a modulus of 2.5 and a density of 1.40 g / cm ³ in an amount of 120 ml per 1 kg of dry charge. Fluxes were calcined in a furnace at a temperature of (640 ± 15) ° С for 1.5 hours.

- Первоначальная оценка сварочно-технологических свойств вариантов заявляемого флюса производилась путем наплавки валиков на пластину стали типа 18-8 при сварочном токе до 900 А. Далее с применением этих флюсов были получены сварные соединения из стали Х17Н13М2Т толщиной 60 мм при использовании сварочной проволоки марки Св-04Х19Н11МЗ. диаметром 4 мм. Сварка производилась на режиме: 1св=500 А, и_д=32-34 В, V_CO=25 м/ч, суммарный угол разделки кромок - 40°. Для оценки склонности металла швов к образованию горячих трещин выполняли заварку первого прохода в строганую V-образную канавку на стали Х17Н13М2Т толщиной 60 мм. Глубина канавки 15 мм, угол раскрытия 40°. При этом сварку выполняли на токе 380-400 А, при и_д=32 В и при различных значениях Vcb. Критерием стойкости металла шва против образования горячих трещин являлась максимальная скорость сварки, при которой не наблюдается образование трещин.- An initial assessment of the welding and technological properties of the variants of the inventive flux was carried out by surfacing the rollers on a steel plate of type 18-8 with a welding current of up to 900 A. Next, using these fluxes, welded joints of steel X17N13M2T 60 mm thick with a welding wire of the grade Sv- 04X19H11MZ. with a diameter of 4 mm. Welding was performed in the mode: 1sv = 500 A, and _d = 32-34 V, V _CO = 25 m / h, the total angle of cutting edges - 40 °. To assess the tendency of weld metal to form hot cracks, the first pass was welded into a planed V-shaped groove on 60 mm thick X17H13M2T steel. The depth of the groove is 15 mm, the opening angle is 40 °. In this case, welding was performed at a current of 380-400 A, at and _d = 32 V and at various values of Vcb. The criterion for the resistance of the weld metal against the formation of hot cracks was the maximum welding speed at which cracking was not observed.

В табл. 2, 3 и 4 приведены химический состав и механические свойства металлаIn the table. 2, 3 and 4 show the chemical composition and mechanical properties of the metal

Claims

Claim

Ceramic flux for welding steels containing fused flux ANF-6, barium fluoride, hematite, ferroboron, characterized in that. in order to increase the seams in the table. 3, an assessment is also given of some welding and technological properties of fluxes and the results of tests on the resistance of welds against intergranular corrosion, performed according to the AMU method (GOST 603289).

As can be seen from the data given in table. 1, 2, 3, 4 and the attached test report, the required mechanical properties of the weld metal (σ _Β > 560 MPA, Oo.2 - 400 MPa, 05> 35%, bend angle 180 °, KCV 40 J / cm ² at minus temperature 190 ° C), the absence of hot cracks in the welds when welding chromium-nickel-molybdenum steel with a thickness of 60 mm. sufficient resistance of joints against intergranular corrosion, as well as excellent welding and technological properties of the flux can be obtained with the following ratios of components in the inventive flux (May.%):

Fused flux ANF-6 86.1-95.0

Barium fluoride 2.0-5.0

Hematite 1.0-5.0

Magnesium-aluminum powder (AI 50%, MD 50%) 1.5-3.5

Ferroboron or ferrochromium (B = 20%) is 0.1-0.4, and the ratio of the percentage in the flux of fused flux ANF-6 to barium fluoride should be in the range from 17.2 to 46.6, and hematite to aluminum-aluminum powder in ranging from 0.285 to 3.33.

The inventive flux should be widely used for welding metal structures from austenitic high-alloyed chromium-nickel and chromium-nickel-molybdenum stainless steels using standard austenitic wire, for example, Sv04X19N11MZ grade, which will improve the quality, reliability and durability of welded structures in cryogenic engineering, used, for example, in chemical engineering other industries where the use of the inventive flux will give a significant economic effect through the use of more cheaper welding wire, as well as reducing the complexity and increasing the productivity of welding work.

resistance of welds against the formation of hot cracks, improving the cold resistance of weld metal and improving welding and technological properties when welding high-alloy austenitic stainless nickel-chromium and chromium-nickel-molybdenum steels, the flux additionally contains aluminum-magnesium alloy powder in the following ratio of components, May. %: Fused flux ANF-6 86.1-95.0

Barium fluoride 2.0-5.0 Hematite 1.0-5.0 Aluminum powder magnesium magnesium alloy (50% AI, 50% Md) 1,5-3.5 Ferroboron 0.1-0 A

Table 1

Options for the composition of the proposed flux

Name of company entov Mass fraction of components in flux,% 1 2 3 4 5 6 G 7- Gumboil ANF-6 86.1 91.0 91.3 92.0 95.0 96.4 85.0 Barium fluoride 5,0 2.2 3.0 3.0 2.0 1,0 6.45 Hematite 5,0 5,0 3.0 1,0 1,0 0.8 7.0 Aluminum-magnesium powder (A1 = 50%, Md = 50%) 3,5 1,5 2,5 3,5 1.9 1.3 1.5 Ferroboron 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1 0.5 0.05 ANF-b / WaBg 17,2 46.6 30,4 30.8 47.5 96.4 13.18 Hematite / AlMg 1.43 3.33 1,2 0.285 0.625 0.615 4.67

Note: ANF-6, BaBg, hematite and AlMg are the percentages of the flux of fused flux ANF-6, barium fluoride, hematite and aluminum-magnesium powder, respectively.

Table2

The chemical composition of the weld metal in welding steel X17H13M2T using the inventive flux and wire Sv-04X19H11 M3

Nf scream * gz Mass fraction of elements e metal weld from si Mp SG Nt Mo T1 IN A1 S R 1 ο.οεο 0.52 1.1 18.0 10.0 1.63 0.048 0.075 0.051 0,030 0.011 2 0.070 0.50 12 . 18.0 10.1 1.61 0.037 '0.070 0.042 0.030 0.012 3 0,075 0.55 1.1 18.2 10s 1.60 0.051 0.055 0.050 0.029 0.015 4 0.065 0.53 1.2 18.4 yo 1.60 0.055 0.050 0.052 0.030 0.014 5 0.068 0.56 1.2 18.4 10.0 1.62 0.059 0.042 0.047 0.030 0.014 6 0.062 0.54 12 18.5 10.0 1.55 0.049 0.090 0.045 0.030 0.010 7 0.058 0.50 1.0 17.8 U.0 1.52 0.036 0.037 0.022 0.030 0.017

The mechanical characteristics of the metal is yours and the assessment of some of the technological and technological properties of the variants of the inventive flux

Table 3

Ν "option flux <% 2. MPa o>. mp Angle hail. · " bend. Quality for worldview SEAM Separation of the slag crust Maximum welding speed (m / h). at The results of corrosion tests of the weld metal according to the AMU method (GOST6032-89) -maximum bending angle and the appearance of the first crack, degrees which cracks not 1 401 580 39.5 180 great great 26 110 2 420 582 39.3 180 25 95 3 416 586 40.5 180 l 26 115 4 408 568 39.4 180 Λ Λ 24 97 5 417 579 39.0 180 satisfactory good 23 98 spruce 6 412 573 39.9 180 udoeletrovit- bad 23 91 spruce 7 405 550 32.4 1® bad bad * " ²¹²¹ 84

Noted and f. The table shows the average values obtained as a result of testing at least three samples

Table 4

Impact strength of weld metal during welding of Kh17N13M2T steel using variants of the inventive flux and wire Sv-04X19N11MZ

No. of option flux Impact strength of weld metal (KCV), J / cm ² at temperature, ° C +20 -20 -60 -100 -140 -180 -190 1 106-115 104-109 86-93 69-78 58-63 48-56 46-54 111.6 106,4 91.8 75,2 61.8 52,4 59.6 2 108-113 103-107 83-98 71-75 59-64 49-55 45-54 "5 110.5 105.7 90,4 73.2 62,4 52.9 49.5 3 109-114 105-112 89-104 70-84 59-65 51-58 48-53 112.8. 108.9 95.1 78.8 63.3 54,4 51,2 4 107-112 102-108 90-98 68-80 55-72 50-57 43-51 109.0 105,2 93.5 73,4 60.9 53,2 47.9 5 103-110 98-104 82-86 64-76 51-54 48-52 42-49 107.4 100.6 84.2 69,4 52.9 50.6 44.5 ⁶⁶ 102-109 94-102 77-82 49-56 48-53 38-42 25-37 103.8 97.4 79.7 54,2 51,2 40,4 32.3 7 95-101 92-97 72-84 51-59 46-49 25-52 16-40 97.3 94.3 76.5 56.2 47.3 31,4 . * ⁸ · ⁸ .....

Note, in the table in the numerator the minimum and maximum values, in the denominator - the average of at least 3 samples

Editor Compiled by S. Ustinov - Tehred M. Morgenthal. Proofreader Z. Salko

Order 662 Circulation Subscription

VNIIIPI of the State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee for Science and Technology

113035, Moscow. J-35. Raushskaya nab., 4/5