SU965679A1 - Состав сварочной проволоки - Google Patents

Description

(54) СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

1

Изобретение относитс  к сварке и может быть использовано преимущественно дл  сварки низко- и среднелегированных сталей высокой прочности.

Известен состав сварочной проволоки 1 содержащий следующие компоненты, вес. %: Углерод 0,1-0,45

Марганец0,6-0,8

Кремний0,2--0,4

Хром1,8-2

Никель0,6-0,8

Молибден0,35-0,6

Ниобий0,01-0,03

Ванадий0,01-0,03

Бор0,001-0,003

Цирконий0,05-0,25

Церий0,01-0,06

ЖелезоОстальное.

Недостатками известной проволоки  вл ютс  повыщенна  склонность к разбрызгиванию в процессе сварки, образование гор чих трещин в сварных щвах, а также высокий уровень остаточных напр жений, вызывающих образование холодных трещин, вследствие чего не достигаетс  равнопрочность щва и основного металла в сварных конструкци х из высокопрочных сталей.

2

Известен состав сварочной проволоки 2 содержащий следующие компоненты, вес.%: Углерод0,001-0,08

Марганец3-16

Кремний0,8-2,2

Никель12-22

Хром23-28

Титан0,5-2,5

Алюминий0,5-2

Цирконий0,05-1,5

Кальций0,01-0,15

10

Бор0,001-0,005

Церий0,0001-0,1

Иттрий0,001-0,1

Ванадий0,1-2

Молибден. 0,5-4,5

Вольфрам0,3-5

15

ЖелезоОстальное.

Однако известна  проволока не обеспечивает в металле щва минимальное значение остаточных напр жений.

Целью изобретени   вл ютс  повыщение

20 сварочно-технологических свойств проволоки и обеспечение в металле щва минимальных остаточных напр жений и деформаций. Поставленна  цель достигаетс  тем, что состав сварочной проволоки, содержащий

углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, ванадий,титан, церий, бор, иттрий, железо, дополнительно содержит барий при следующем соотношении компонентов, вес.%: Углерод0,02-0,10

Никель4,00-22,20

Хром0,12-2,50

Молибден0,30-4,00

Ванадий0,10-1,20

Марганец0,50-2,50

Кремний0,2-1,5

Титан.0,01-0,15

Бор0,002-0,10

Иттрий0,03-0,15

Церий0,01-0,08

Барий0,002-0,08

Железо Остальное.

Предложенный состав сварочной проволоки при сварке обеспечивает высокую стабильность горени  дуги, малое разбрызгивание электродного металла, хорошее формирование шва. Структура наплавленного металла мартенситна . Снижение остаточных напр жений достигаетс  благодар  образованию мартенсита замещени . Образование мартенсита обеспечиваетс  об зательным содержанием основных легирующих элементов (с учетом доли участи  основного металла в металле шва) в следующих пределах: 4-22,2 вес. % никел , 0,12-2,5 вес. % хрома, 0,3-4,0 вес. % молибдена, 0,1 -1,2 вес. % ванади . В таком мартенсите достигаетс  достаточно высока  плотность подвижных дислокаций (10 см ), что способствует релаксации напр жений, возникающих в процессе охлаждени  металла щва и околошовной зоны.

Никель  вл етс  основным легирующим элементом, участвующим в образовании мартенсита замещени . Легирование никелем снижает сопротивление кристаллической решетки железа движению свободных дислокаций (силы Пайерлса-Набарро) и уменьшает энергию взаимодействи  дислокаций с атомами внедрени  (углерода), поэтому облегчаетс  релаксаци  напр жений и уменьшаетс  склонность стали к хрупкому разрушению . Нижнее содержание никел  ограничено с целью исключить по вление в структуре массивного феррита (высока  температура начала - превращени ). Верхнее содержание никел  ограничиваетс  тем, что он снижает температуру начала превращени  и способствует по влению в структуре остаточного аустенита, поскольку последний подобно ферриту резко снижает релаксационную способность мартенсита и прочностные характеристики сварного соединени .

При указанных содержани х хром упрочн ет одновременно матрицу и границы зерен, поэтому при возрастании прочности пластичность и ударна  в зкость практически не измен ютс . Повышенное содержание хрома приводит к охрупчиванию границ зерен и межзеренных прослоек между ними из-за

по влени  избыточного количества карбидов , что приводит к существенному снижению пластичности и ударной в зкости. При малых содержани х никел  введение хрома способствует образованию мартенсита замещени  за счет снижени  температуры начала у -« «.-превращени .

Верхнее содержание углерода ограничиваетс  0,1 вес. % в св зи с тем, что он образует атмосферы Котрелла из внедренных атомов около дислокаций, блокирует

0 их и затрудн ет зарождение новых дислокаций . Закрепление дислокаций, вызванное атомами внедрени , повышает сопротивление пластической деформации и, следовательно , снижает релаксационную способность мартенсита. Исход  из этого необходимо иметь в твердом растворе как можно меньшее содержание углерода, способного образовывать твердые растворы внедрени . Концентраци  атомов внедрени , необходима  дл  образовани  насыщенных атмосфер Котрелла, зависит от плотности дислокаций . Так, в отожженном железе с невысокой плотностью дислокаций (- 10 см) даже самые малые концентрации углерода (ЗЮ вес. /о) достаточны дл  закреплени  всех дислокаций, тогда как в мартенсите

5 с большой плотностью дислокаций (10 сМ) дл  их закрепени  требуетс  уже 0,2 вес % углерода, и при меньших содержани х углерода часть дислокаций оказываетс  незакрепленной . Нижний предел содержани  углерода 0,02 вес. % ограничиваетс  лишь

0 возможност ми металлургического передела. Ванадий и молибден снижают температуру начала у -(х,- -превращени , св зывают углерод в карбиды и вывод т его из твердого раствора, что повыщает подвижность дислокаций, а следовательно, и релаксационную способность мартенсита. Молибден в сочетании с титаном и ванадием, вводимые в указанных количествах, улучщают механические свойства сварного шва при комнатной и пониженных температурах. Наличие ванади  и молибдена в больших количествах может привести к дисперсионному твердению мартенсита и охрупчиванию.

Наличие 0,01-0,15 вес. /о титана обеспечивает повышенную стойкость металла шва против образовани  гор чих трещин.

5 Гор чие трещины в металле щва без титана проход т по сульфидным цепочкам и пленкам . Титан видоизмен ет, дезориентирует микроструктуру металла шва, способствует разрушению сульфидных включений. На стойкость наплавленного металла к образованию гор чих трещин наиболее благопри тно сказываетс  по вление разобщенных тугоплавких сложных титанистых сульфидных фаз (сульфидов, карбосульфндов и др.), сравнительно равномерно распределенных по границам дезориентированных

5 кристаллов в их межосных пространствах. При содержании титана в проволоке более 0,15 вес. % в наплавленном металле по вл ютс  сложные титанистые фазы, которые КОЛОНИЯМИ или группами оконтуривают границы первичных кристаллитов, что приводит к снижению стойкости к образованию гор чих трещин. При содержании титана в проволоке менее 0,01 вес. % заметного его вли ни  на свойства наплавленного металла не обнаружено. Бор, вводимый в количестве 0,002- 0,1 вес. °/о, способствует измельчению зерна первичной кристаллизации. Ввиду чрезвычайно малой растворимости бора в металлах и их сплавах (растворимость в об -железе не превышает 0,15 вес. %), а также способности бора как поверхностно-активного элемента обогащать границы зерен и другие места скоплений несовершенств кристаллического строени  образование некоторого количества боридов имеет место уже при очень малых содержани х бора (0,001 вес. %) Образу  тугоплавкие соединени  с металлами , а также с азотом и кислородом, бор, будучи активным раскислителем, одновременно действует как активный модификатор (особенно при совместном введении с титаном ), измельча  зерно первичной кристаллизации . Однако измельчение зерна первичной кристаллизации наблюдаетс  только при содержании бора до 0,1 вес. %. При более высоких содержани х бор способству-ет укрупнению зерна и по влению боридной эвтектики, располагающейс  по границам зерен, что приводит к резкому снижению пластических свойств наплавленного металла . Нижний предел содержани  бора ограничиваетс  началом про влени  модифицирующего действи . Наличие 0,03-0,15 вес. % иттри  в составе сварочной проволоки позвол ет повысить релаксационную способность мартенсита и улучщить механические свойства, .так как измельчаетс  структура металла шва и очищаютс  границы зерен от примесей. Иттрий, облада  высоким сродством к кислороду и сере, благопри тно измен ет состав, форму и расположение неметаллических включений в металле шва. Нижний предел содержани  иттри  0,03 вес. % прин т из услови  начала его вли ни  на структуру и релаксационную способность мартенсита. Верхний предел - 0,15 вес. % обусловлен эффективностью и экономической целесообразностью . Наличие цери  и выбор определенного соотношени  концентрации остальных компонентов , обусловливающих наличие мартенситной структуры позвол ет уменьщить склонность металла к порообразованию, так как никель не только повышает пластичность , но и увеличивает склонность к порообразованию . Присутствие в сварочной проволоке таких сильных раскислителей, как иттрий, церий, титан и бор, необходимых, в частности, дл  глубокого раскислени  металла сварочной ванны и св зывани  серы , приводит к ухудшению характеристик капельного переноса электродного металла. Поэтому в состав сварочной проволоки вводитс  барий, присутствие которого снижает потенциал ионизации горени  дуги и способствует ее стабилизации. Пределы содержани  бари  и цери  прин ты от значений 0,002 вес. % и 0,01 вес. % соответственно, когда начинает про вл тьс  вли ние этих элементов на уменьшение порообразовани  и разбрызгивани  электродного металла при сварке в защитных газах, до значени  0,08 вес. /о, когда эффективность их становитс  максимальной. Марганец и кремний  вл ютс  необходимыми эле.ментами в сварочной ()Bo., предназначенной дл  сварки в гчктиькых защитных газах. Верхние прсде.-ь-i i;i(;.. марганца и кре.мни  прин ты :i. .,.u .ini сохранени  пластических свой .-п. -.:..... шва. Нижние пределы ,ioR..i , ,.(чением надлежащей макростру,.,,,: ,,ного шва (отсутствие неметал.шч:;. ки. и шлаковых включений), так ка), пр:- ,,i- содержани х марганца и кремни  и выи)-получаютс  продукты раскислени  с oiiioсительно невысокой температурой плаплени  что облегчает их коагул цию и уда,1енш на поверхность ванны. Предложенный состав сварочной iipoволоки позвол ет получить качественный наплавленный металл со структурой низкоуглеродистого никелевого мартенсита, который обеспечивает релаксацию напр жений в шве и околошовной зоне в процессе их охлаждени  после сварки. Это приводит к снижению уровн  остаточных напр жений и деформаций в шве и сварной конструкции. В табл. 1 привод тс  варианты выполнени  предлагаемого состава сварочной проволоки. Т а б л и ц а 1 .

Провод т лабораторные испытани  предлагаемой и известной сварочных проволок путем определени  коэффициентов разбрызгивани  электродного металла, остаточных напр жений и угловых деформаций в сварных стыковых соединени х. Размеры свариваемых пластин 500x200x22 мм, разделка кромок V-образна . При замере угловых деформаций одна из свариваемых пластин закрепл етс , а друга  имеет возВариант 2

12,0 Вариант 3 10,1

Проведенные испытани  показывают, что разбрызгивание электродного металла в 1,3-1,8 раза меньше, чем при сварке проволокой известного состава. Остаточные напр жени  в шве при сварке проволоками с предлагаемым составом в 1,5-1,8 раза ниже, чем при сварке проволокой известного состава, а деформации от углового излома в 1,5-1,9 раза меньше.

Таким образом, применение сварочной проволоки предложенного состава позвол ет снизить трудоемкость изготовлени  сварной

965679

8 Продолжение табл. 1

можность поворачиватьс  относительно оси шва под действием напр жений на какую-то, величину f (мм) в точке замера, удаленной от оси шва на рассто ние 230 мм. Остаточные напр жени  замер ют по методике МВТУ. Во всех случа х сварка производитс  в среде углекислого газа.

В табл. 2 приведены результаты испытаний .

Таблица2

+86 -15

-ыю

+37 +83 -17

+ 122 +35

конструкции на ZO-50% (в зависимости от ее сложности и назначени ). Это достигаетс  путем исключени  или частичной отмены операций, направленных на устранение или предотвращение недопустимых остаточных напр жений и деформаций в шве и сварной конструкции. Например, высокий отпуск сварных конструкций, проводимый с целью сн ти  остаточных напр жений , по объему своего применени  значительно превосход щей все остальные методы снижени  остаточных напр жений.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   Состав сварочной проволоки преимущественно для сварки низко- и среднелегированных сталей повышенной прочности, содержащий углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, ванадий, титан, церий, бор, иттрий, железо, отличающийся тем, что, с целью повышения сварочно-тех₃₀ нологических свойств проволоки и обеспечения в металле шва минимальных оста точных напряжений и деформаций, состав дополнительно содержит барий при с !.·дующем соотношении компонентов, вес. '/(>:

   Углерод 0,02—0,10 35 Никель 4—22.2 Хром 0,12—2,5 Молибден 0,3-4,0 Ванадий 0,1-1,2 Марганец 0,5-2,5 Кремний 0,2-1,5 40 Титан 0,01—0,15 Бор 0,002—0,1 Иттрий 0,03—0,15 Церий 0,01—0,08 Барий 0,002—0,08 Железо Остальное. 45 Источники информации,

   принятые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство СССР № 660804, кл. В 23 К 35/30, 1979.
2. 2. Авторское свидетельство СССР № 727382: кл. В 23 К 25/30, 1977 (прото50 тип).

   Составитель Т. Арест Редактор Г. Гербер Заказ 7186/16 Техред И. Верес Корректор А. Ференц Тираж 1153 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж—35, Раушская наб,, д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4