Состав стали сварочной проволоки для сварки жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов

 

1. СОСТАВ СТАЛИ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ СВАРКИ ЖАРОПРОЧНЫХ И ЖАРОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, алюминий, бор. церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности металла сварного шва и стойкости его против образования горячих трещин, состав донолнительно содержит ниобий, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%: Углерод0,01 - 0,2 Кремний2,0-3,5 /Чарганец5,5-10,0 Хром .24-30 Никель32-42 Ниобий1,0-3,0 Алюминий0,05-0,5 Бор0,3-0,8 Церий0,01-0,2 ЖелезоОстальное 2. Состав по п. 1, отличающийся тем, 9 что, с целью обеспечения повышенной жаро (О прочности металла сварного , состав стали сварочной проволоки дополнительно содержит вольфрам 1,5-4,,0%.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

tWaevh

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3378321/25-27 (22) 07.01.82 (46) 23.07.85. Бюл. № 27 (72) Н. И. Пинчук, К. А. Ющенко, А. А. Наконечный, Л. С. Захаров, М. М. Клюев, P. Б. Гутнов, В. С. Кудрявцев и В. В. Мартьянов (71) Ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени институт электросварки им. Е. О. Патона (53) 621.791.042.2 (088.8) (56) 1. Патент США № 4042383, кл. С 22 С 19/05, 1977.

2. Авторское свидетельство ГССР № 727382, кл. В 23 К 35/30, 1977. (54) (57) 1. СОСТАВ СТАЛИ СВАРОЧНОЙ

ПРОВОЛОКИ ДЛЯ СВАРКИ ЖАРОПРОЧНЫХ И ЖАРОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ И

СПЛАВОВ, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, алюминий, бор, „„SIJ„„1168372 А (51) 4 В 23 К 35/30; С 22 С 38/54 церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности металла сварного шва и стойкости его против образования горячих трещин, состав дополнительно содержит ниобий, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%:

Углерод 0,01 — 0,2

Кремний 2,0--3,5

Марганец 5,5 — 10,0

Хром 24 — 30

Никель 32 — 42

Ниобий 1,0-3,0

Алюминий 0,05 — 0,5

Бор 0,3 — 0,8

Церн и 0,01 — 0,2

Железо Остальное

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения повышенной жаропрочности металла сварного шва, состав стали сварочной проволоки дополнительно содержит вольфрам 1,5 — 4,0%.

1168372

1

Изобретение относится к области сварки жаропрочных сплавов на железоникелевой основе.

Известен никельсодержащий сплав для сварочной проволоки (1), содержащий компоненты в следуюшем соотношении, мас.р/р.

Углерод Менее 0,1

Кремний Менее 1,0

Марганец Менее 2,0

Хром 19 — 24

Молибден 4 — 8 1О

Железо 15 — 25

Бор 0,12 — 0,4

Никель Остальное (42 — 60Р/o ) .

Проволока из легированного бором и молибденом Fe — Ni - Cr сплава обеспечнвает повышенную устойчивость сварных швов против образования горячих трещин и высокий уровень жаропрочных свойств.

Недостатком данной проволоки является низкая стойкость против окисления и 20 науглероживания, обусловленная низким содержанием в ней кремния. Обеспечение указанных свойств в Fe-Ni-Сг сплавах достигается введением кремния в количестве

2 — 5Р/р. Однако в сварных швах и особенно

25 в швах сплавов с высоким содержанием никеля содержание кремния резко ограничивают из-за отрицательного влияния на стойкость против образования горячих трещин. В сварных швах этих сплавов содержание кремния не превышает 0,5 — 0,6 /o. 30

Известен также состав сварочной проволоки (2), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. /р..

Углерод 0,001 — 0,08

Кремний 0,8 — 2,2

Марганец 3 — 16

Никель 12 — 22

Хром 23 — 28

Титан 0,5 — 2,5

Алюминий 0,5 — 2

Цирконий 0,05 — 1,5

Кальций 0,01 — 0,15

Бор 0,001 — 0,005

Церий 0,0001 — 0,1

Иттрий 0,001 — 0,1

Железо Остальное

Данный состав может дополнительно содержать вместе или порознь ванадий, молибден, вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.р/р.

Ванадий 0,1 — 2

Молибден 0,5 — 4,5

Вольфрам 0,3 — 5

Однако данный состав не обеспечивает достаточной жаропрочности металла сварного шва и достаточной его стойкости против образования горячих трещин. 55

Цель изобретения — повышение жаропрочности металла сварного шва и стойкости его против образования горячих трешин.

Для достижения поставленной цели состав стали сварочной проволоки для сваркн жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов, содержаший углерод, кремний, марганец, никель, хром, алюминий, бор, церий, железо, дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов состава, мас. /р..

Углерод 0,01 — 0,20

Кремний 2,0 — 3,5

Марганец 5,5 — 10,0

Хром 24 — 30

Никель 32 — 42

Ниобий 1,0 — 3,0

Алюминий 0,05 — 0,50

Бор 0,30 — 0,80

Церий 0,01 — 0,20

Железо Остальное

Состав дополнительно может содержать вольфрам 1,5 — 4,0Р/р с целью обеспечения повышенной жаропрочности металла сварного шва.

При этом соотношении легирующих элементов улучшается стойкость сварных швов против образования горячих трещин, повышается стойкость против науглероживания и улучшается технологическая пластичность при обработке давлением.

Для улучшения технологической пластичности при горячей обработке давлением и повышения стойкости против окисления в сплав целесообразно вводить церий в количестве 0,01 — 0,20 вес. /o.

Стойкость против образования горячих трещин в сварных швах, выполненных с присадкой проволоки с повышенным содержанием кремния (2-3,5 /р), определяют при сварке жестких образцов литого сплава

15Х22Н34Б толщиной 15 мм. Сварку выполняют вольфрамовым электродом в зашитной атмосфере аргона с присадочной проволокой 3 мм. В швах, выполненных с присадкой проволоки из сплавов с содержанием бора 0,10 — 0,24Р/р, имеются горячие трещины. Качественные швы без трещин получены при повышении в присадочной проволоке содержания бора до 0,3 — 0,80 /р и одновременном повышении содержания марганца более 5,5 /р. Хи мический состав предлагаемого и известного сплавов приведен в табл. 1 и 2 соответственно.

Одновременно с улучшением сварочнотехнологических свойств повышение содержания марганца улучшает также технологическую пластичность сплавов при горячей прокатке. Верхний предел содержания марганца ограничен 10Р/р в связи с тем, что при более высоком его содержании отмечается понижение стойкости против воздействия окислительной газовой среды. Верхний предел содержания бора 0,80 /р определен в связи с низкой технологической пластичностью при прокатке сплавов с большим содержанием бора.

68372

Таблица!

Предлагаемый состав, вес. Х

Пла в с si

Ni A1 Се В Nb W Fe нл Cr ка

4 0,08 2,25 6,22 26,20 40,70 0,18 0,08 0,45 !,28

22,56

20,61 !

9,83

25, 74

420034020065300

22 020 350 550 240

23 0,01 2,00 10,00 30,0

24 О,!2 2,84 8,15 27,5

25 0,17 1,88 5,72 24,0

5 Оз 15 3 08 5 86 29э l

368 005 001 030 100

32,0

О, 50 О, 1 2 О, 80 2, 23

36,4

0,18 0,05 0,45 1,75 4,00 15,4

0,46 0,20 0,41 2.65 !.5 20.39

36,2

6 О. 09 3. 10 8.42 26.5 33. 6 О. 25 О. 01 О. 56 1. 2 1 2, 5 23- 76

11 з

Ниобий повышает жаропрочность сплавов, стабилизирует структуру, улучшает технологическую пластичность при прокатке. Влияние ниобия на жаропрочность сплавов заметно проявляется при содержании более 1 /о. Повышение содержания ниобия выше 3,0б/б в исследованных сплавах нецелесообразно в связи с упрочнением сплавов и затруднением горячей обработки давлением.

Алюминий (0,05 — 0,50 /0) вводится в качестве раскислителя, а также для улучшения стойкости сплавов в окислительной газовой среде при высоких температурах.

Пример. Используют предлагаемый состав стали при сварке опытной партии труб реформеров установки прямого восстановления железа из сплавов 15Х22Н34Б с рабочей температурой стенки до 1000 Си условиях работы в науглероживающей среде.

Опытные образцы жаропрочных сплавов плавки 22, 23, 24, 19, 20, 21, 4, 25, 5, 6 выплавлены в 25 кг индукционной печи.

Слитки прокатаны на заготовку квадрат 14, из которой изготовлена проволока диаметром 1,6 и 3 мм. Все плавки показывают удовлетворительную деформационную способность при горячем и холодном переделе.

Структура литого сплава плавок 22,23,24,25, 4, 5, 6, — аустенит + эвтектические бориды.

Структура литого сплава 19,20,21 — аустенит+карбиды

Т1С, Сг, Сс.

Проволоку из опытных сплавов используют в качестве присадки при автоматической аргонодуговой сварке жестко закрепленных образцов 200х200 литого жаропрочного сплава 15Х22Н34Б толщиной 15 мм, а также при сварке заготовок центробежнолитых труб из этого сплава. Сварку выполняют вольфрамовым электродом при следующих параметрах сварки: сварочный ток 200 А, напряжение в дуге 15 В, скорость сварки

10 м/ч. Корневой шов выполняют с присадкой проволоки диаметром 1,6 мм, заполнение разделки кромок — с присадкой проволоки g 3 мм.

Швы, выполненные с присадкой проволок из сплавов 19,20,21, т.е. известного состава (2), имеют горячие трещины. Выполненные с присадкой проволок из сплавов

4, 22, 23, 24, 25, 5, 6 получены качественные

10 сварные соединения без трещин, пор, шлаковых включений и других дефектов.

Присадочные проволоки из сплавов 4, 22,23 прошли опробование при сварке опытной партии труб реформера из центробежнолитых заготовок ф230xl5 мм из сплава

15Х22Н34Б. Получены качественные кольцевые сварные соединения труб без трещин, непроваров и пор.

В табл. 3 представлены механические свойства сварных соединений заготовок труб реформера.

Сварные соединения труб показывают удовлетворительный уровень механических свойств при кратковременном разрыве при

20 и 1000 С, а также удовлетворительный уровень ударной вязкости металла шва.

Сварные швы имеют мелкозернистую структуру — аустенит+бориды типа (Na, Cr, Fe, Mn, Si) 2 (В, С).

Предлагаемый жаропрочный сплав может использоваться в качестве сварочной проволоки или литых прутков для электродов и присадки при сварке конструкций в химическом и металлургическом производстве, в производстве термических печей.

Предложенный жаропрочный сплав может использоваться также в качестве конструкцион ного материала (деформируемого и литейного), в частности, для отливки заготовок труб реформеров. Сплав обладает хорошей свариваемостью в литом и деформированном состоянии.

1168372

Таблица 2

Известный состав, вес. Х

1!ла вС Si Mn Cr Ni Al Се В Ti Са Zr Y Fe!

9 0 01 2,00 4,95 23,1 20,6 0,63 0,10 0 005 0 50 0 05 0 05 0,01 47,995

20 0,08 1,75 7,64 25,2 20,8 0,50 0,01 0,005 0,86 0,10 0,20 0,001 43,854

2 I О, 05 2, 20 10, 20 24,9 22,0 О, 74 О, 05 О, 002 О, 55 О, 01 О, 10 О, 05 39, 1 48

Таблица3

Место

G, Дж/см

5 Ь, МПа

Свариваемый Присадочная материал проволока Т, С о разрушения св арных соединений

20 620-645 60-100

Сплав

1000 96-104

15Х22Н34Б

20 780-802 25-45

Плавка 4

По основному металлу

По шву

Сварное соединение сплава

1000 101-109

20 800-822 20-36

15Х22Н34Б Плавка 23

По основному металлу

1000 108-120

По шву

20 785-798 25-45

По основному металлу

Плавка 22

1000 100-108 По шву

Надрез по шву.

Составитель Н. Гершанова

Редактор Н. Пушненкова Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 4544/14 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4