Состав сварочной проволоки для сварки высокопрочных сталей

 

СОЮЗ OOBETCHHX

РЕСПУБЛИН

413 А1

699 И1) (SD 4 В 23 К 35/30, С 22 С 38/50

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /Е,:"

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ g,.;„; .. " д .Ъ: ъ . (54)(57) СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

ДЛЯ CSAPKH ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ, преимущественно в среде углекислого газа, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан, ванадий, железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью стабильного (21) 3806355/25-27 (22) 29. 10.84 (46) 30.05.86. Бюл. Р 20 (71) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е.О.Патона (72) В.И.Кабацкий, В.И.Кирьяков и В.П.Синякин (53) 621.791.042.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 298685, кл. С 22 С 38/50, 197 1. повышения стойкости высокопрочного низколегированного шва против образования холодных трещин, состав дополнительно содержит кальций и кислород, при следующем соотношении компонентов, мас. Х!

Углерод 0,03-d,11

Кремний 0,4-0,65

Марганец 1, 1-1,5

Хром 0,05-0,35

Никель f,2-1,6 .

Молибден 0,4-0,65

Титан 0,65-0, 15

Ванадий О, 12-0,3

Кальций 0,005-0,025

Кислород 0,006-0,02

Железо Остальное; причем отношение содержания ванадия к титану 2,0-.3,5. С:, 123

Изобретение относится к сварке металлов плавлением, а более конкретно к электродной низколегированной проволоке высокой прочности для сварки высокопрочных сталей мартенситного класса в среде углекислого газа.

Цель изобретения — повышение стойкости против образования холодных трещин высокопрочного ниэколегированного шва при сварке конструкцйй из высокопрочных сталей.

Стойкость сварного шва против образования холодных трещин достигается за счет оптимального легирования хромом, никелем, молибденом вида модифицирования ванадием и кальцием и степени и вида раскисления металла шва титатом и кальцием.

Уменьшение концентрации хрома, ни-. келя и молибдена ниже предлагаемых пределов даже при условии оптимального соедержания титана и ванадия ведет к снижению прочности металла шва ниже 800 NIIa. Это вызвано недостаточной устойчивостью переохлажденного аустенита в перлитной области, приводящей к появлению в структуре шва феррито-нерлитной смеси с заметными выделениями доэвтектоидного феррита по границам столбчатых кристаллитов. Избыток указанных элементов приводит к снижению стойкости металла шва против хрупких разрушений,что является следствием появления напряженной реечной структуры верхнего бейнита.

Одним из наиболее рациональных способов повьппения прочности низколегированного шва при сохранении его стойкости образования холодных трещин является, как показали исследования, модифицирование. При этом эффект моднфицирования определяется характером присутствия и распределения модифика ropa в металле шва. Наиболее благоприятным является либо равномерное распределение модификатора в твердом растворе, либо вхождение его в состав какой-либо дисперсной равномерно распределенной фазы выделения, что в первую очередь зависит от степени и вида раскисления металла и вида модифицирования. Используемое с помощью проволоки предполагаемого состава модифицирование металла шва дислерсными фазами выделения на осноse ванадия (карбидами, карбонитридами и ингридами) в сочетании с предва рительным раскислением металла тита 1ЗЗ 2 ном позволяет достичь упрочнения шва без заметного снижения его стойкости против образования холодных трещин.

Необходимый стабильный эффект упрочнения металла шва при оптималь5 ном легировании его хромом, никелем и молибденом наблюдается в случае содержания ванадия в пределах О, 12О,ЗХ и титана в пределах 0,06-0, 15Х.

Меньшее их содержание вследствие неполного выделения ванадия из твердого раствора при обычных скоростях охлаждения после сварки без подогрева не всегда позволяет достичь необходимого упрочнения, а также может приводить к ухудшению свойств металла вследствие неравномерного распределения фаз, содержащих ванадий, при недостаточном раскислении металла шва титанам. Избыток титана и ванадия приводит к развитию трудноконтролируемого процесса образования пограничных сегрегаций нитридных и карбонитридных фаз, содержащих титан и ванадий и, как следствие, к заметному повышению склонности металла maa к хрупким разрушениям.

Введением в проволоку в оптимальных пределах такого активного элеменО та-раскнслителя, как титан, способного конкурировать с. ванадием в явлении межкристаллитной внутренней адсорбции, может достигаться высокая равномерность, распределения фаз выделения, следствием чего является принципиальная возможность получения высокопрочного низколегированного шва стойкого против образования холодных

40 трещин. В то же время титан как термодинамически активный элемент в зависимости от соотношения в проволоке концентраций его и ванадия может существенно влиять на кинетику процес45 сов растворения и выделения фаз на основе ванадия и в результате способствовать их коагуляции и неравномерному распределению. В связи с этим его концентрация в проволоке должна обязательно ограничиваться в зависимости от концентрации в ней ванадия, однако быть достаточной для регулирования процесса раскисления металла шва, Как показали- результаты исследований, это может быть осу55 ществлено только при выполнении двух условий: соблюдении строго определенной зависимости между содержанием в проволоке ванадия и титана, строгой

Компоненты Содержание компонентов, мас.7, в вариантах — т

1 2 3 4 5

0,03

Углерод

0,082 0, 11 . 0,085 0,078

0,53

0,56

0,65 0,52

Кремний

Марганец

1,32

1,36

1,5

0,05

О., 17

0,35 0,21

Хром

Никель

1,38

1,2

3 1?341 регламентАции в проволоке концентрации кислорода.

Необходимая степень раскисления металла при содержании титана в предлагаемых пределах достигается в случае содержания в проволоке кислорода в пределах 0,006-0,027..

Недостаток кислорода обусловливает появление в металле шва сульфидов типа П неблагоприятной формы, 1р повышающих опасность возникновения трещин сульфидного характера.

° При этом наиболее полный стабильный эффект модифицирования дисперсными фазами выделения на основе ванадия наблюдается при выполнении соотношения: 1 ?- = 2,0-3,5. (Til

Выполнение указанных условий при содержании остальных легирующих элементов в предлагаемых пределах является необходимым для получения высокопрочного.низколегированного шва, обладающего высокой стойкостью против образования холодных трещин. 3ффект стабилизации стойкости металла шва против образования холодных трещин, достигаемый в случае выполнения указанного условия, усиливается за счет микролегирования проволоки кальцием в предлагаемых пределах

Кальций B этих пределах оказывает заметное положительное влияние на ъ форму и распределение сульфидной фазы. в металле шва, уменьшая опасность появления трещин сульфидного характера. Избыток кальция приводит к появлению заметных скоплений крупных комплексных включений сульфидно- го происхождения,. снижающих стойкость О

4О металла шва против образования холодных трещин.

В пределах укаэанных концентраций компонентов и их соотношений при сварке высокопрочной стали типа 25ГСМ могут быть использованы, например, варианты проволоки приведенные в табл.1.

В табл. 2 приведены результаты, полученные при сварке стали типа 25 ГСМ указанными выше вариантами опытной проволоки в пределах предлагаемого состава и соотношений элементов.

Стойкость металла шва против образования холодных трещин оценивалась при сварке проб Теккен. Данная проба обладает большой конструктивной жесткостью и достаточной чувствитель . ностью, вследствие чего она получила широкое распространение при оценке низколегированных швов. Критерием оценки при испытаниях служит суммарная длина трещин в пробе, отнесенная к общей длине шва, выраженная в процентах.

По известным данным при суммарной длине трещин в пробе ниже 50Х холодных трещин в натурных иэделиях не наблюдают.

Предлагаемая проволока обеспечивает необходимое упрочнение металла шва во всем диапазоне состава при достаточно высоком уровне пластичности и вязкости. При этом одновременно может быть сохранен высокий уровень стойкости металла шва против образования холодных трещин.

Сравнение приведенных результатов по различным вариантам показывает н4сколько обязательным является строгое выполнение указанного отношения. Нарушение данного отношения ведет к заметному снижению стойкости металла шва против образования холодных трещин.

Таблица 1

1234133

Продолжение табл.!

Компоненты

Содержание компонентов,мас.Ж, в вариантах! 2 3 4 5

0,65 0,48 0,5

0,5

0,4

Молибден

0,1

0,15

0,08

0,08

0,06

Титан 0,2

0,28

0,3

0,2

0,12

Ванадий

0,005 0,011

0,025 0,01 . 0,015

0,02 0,009 - 0,009

Кальций

Кислород

О, 006 0,012

96,629 95,655 94,645 95,686 95,598

Железо

lv)

I.Ti) 2,0 . 2,5 3 5 т

2,0

2,0

I Таблица 2

Механические характеристики металла шва

Вариант

Суммарная длина трещин в пробе, 7 о в, 8 4

МПА МПА Ж 7.

Дж/см

678 802 17,3 55,6 87 20

685 879 17,6 53,3 82 15

775 963 16,6 46,2 65 35

667 864 18,3 55,3 90 1О

760 904 17 3 51 1 72 30

Hp и м е ч а н и е. Образцы для механических испытаний вырезались из стыков толщиной 15мм, сваренных полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа постоянным током обратной полярности проволокой 1,4 мм на режиме: I, =240290 А; U =26-29В. Контрольный шов .пробы Теккен выполняется на режиме:

z =240- 260А U =26-27 В..

cS Я

Составитель И.. Попова

Редактор М.Недолуженко Техред И.Гайдоа Корректор И. Муска

Заказ 2936/16 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб, д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4