Керамический флюс
Изобретение относится к сварочным материалам и может использоваться при автоматической сварке высоколегированных хромоникелевых сталей и сплавов . Целью изобретения является повышение стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии. В состав флюса введены 20-60 мас.% шеелита при содержании во флюсе, мас.%: рутил 8-18; плавиковый шпат 7-16; глинозем 5-12; поташ 3-6; магнезит 2-6; окись хрома 2-5; двуокись циркония 3-10; фтористый алюминий 4-9 и окислы железа 4-6. Это позволяет связать углерод с «6 восстанавливаюпшмся при сварке из шеелита вольфрамом. Переход вольфрама (Л в металл шва приводит к образованию дополнительных карбидов 11-группы типа фаз внедрения, трудно растворимых в аустените даже при очень высоком нагреве, что приводит к повышению стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии. 1 табя. ю
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 В 23 К 35/362 т ь
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
«акр
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3956170/25-27 (22) 25.09.85 (46) 15.12.86. Бюл. У 46 (71) Ташкентский ордена Дружбы народов политехнический институт им.А.P.Áèðóíè (72) M.A. Абралов, А.Р. Бор, P.Т.Садыков, Я.АеПанченко и К.А.Ющенко (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 925599, кл. В 23 К 35/362, 25.12 ° 80.
Патент Японии И 49-40779, кл. В 23 К 35/362, 1973.
Авторское свидетельство СССР
У 833405, кл. В 23 К 35/362, 03.10.79.
Авторское свидетельство СССР
1 606700, кл. В 23 К 35/362р
01.07.76.
Авторское свидетельство СССР
В 738805, кл. В 23 К 35/362, 04.05.78.
Авторское свидетельство СССР
11р 585022, кл. В 23 К 35/362, 01.08.76.
„,SU, 127 4 1 А1
{54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС (57) Изобретение относится к сварочным материалам и может использоваться при автоматической сварке высоколегированных хромоникелевых сталейи сплавов. Целью изобретения является повыь шение стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии. В состав флюса введены 20-60 мас.% шеелита при содержании во флюсе, мас.%: рутил . 8-18; плавиковый шпат 7-16; глинозем
5-12; поташ 3-6; магнезит 2-6; окись хрома 2-5 двуокись циркония 3-10; фтористый алюминий 4-9 и окислы железа 4-6. Это позволяет связать углерод восстанавливакнцимся при сварке из е
С2 шеелвта вольфрамом. Переход вольфрама в металл шва приводит к образованию дополнительных народное 11-группы тнпа фаз внедрения, трудно растворимых в аустените даже при очень высоком р нагреве, что приводит к повышению стойкости металла шва против межкрис таллитной коррозии. 1 табл.
1276471 и составляет 20Х.
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при автоматической и механизированной сварке, преимущественно высоколегированных коррозионностойких хромоникелевых сталей и сплавов аустенитного класса.
Цель изобретения. — создание состава керамического флюса, обеспечивающего высокую стойкость наплавлен- ного металла против межкристаллитной коррозии.
Известно, что явление межкристаллитной коррозии в хромоникелевых аустенитных сталях и сплавах связано с понижением коррозионной стойкости границ зерен. Аустенктные хромоникелевые стали и сплавы промышленной выплавки содержат углерод н количествах, превышающих предел его растворимости н аустенитной основе.
Термическое воздействие приводит к тому, что углерод интенсивно,циффундирует к границам зерен, где практически весь связывается в сложную карбидную фазу Ме>С или Ме Сб. Обладая высоким сродством к углероду, хром является составным компонентом образующихся карбидов. Однако поступление его вследствие низкой диффузионной подвижности осуществляется лишь из пограничных районов зерен.
В результате пограничные районы зерен обедняются хромом. Если обед-. нение граничных районов зерен достигает критического значения (менее
12/ «хрома), то коррозионный процесс будет распространяться по этим зонам в глубь металла, вызывая его межкристаллитное разрушение. Для предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии хромоникелевые стали и сплавы подвергают термической обработке: нагреву до 1050-1150 С, что вызывает растворение карбидов хрома, и быстрому охлаждению, фиксирующему состояние пересыщенного твердого раствора. Дополнительно в состав этих сталей вводят элементы стабилизаторы: титан или ниобий, являющиеся сильными карбидообраэонателями. Присутствие их н состане частично или полностью ограничивает обеднение граничных районов зерен хромом, так как повышает склонность хромоникелевого аустенктного материала против МКК, .
t0
Гомогенная аустенитная структура, образующаяся после высокотемпературной обработки, находится в состоянии неустойчивого равновесия. Воздействие термического цикла снарки приводит к вторичному выделению карбидов °
При отсутствии достаточного количества элементов стабилизаторов в металле шва последний приобретает склонность к межкристаллитной коррозии.
Экспериментально установлено, что присутствие в составе флюса шеелита (вольфрама кальция) приводит к повышению стойкости металла к межкристаллитной коррозии при сварке аустенитных сталей и сплавов. Повышение стойкости к MKK пропорционально со,цержанию шеелита но флюсе и повышается с увеличением доли последнего в его составе. Механизм положительного воздействия, вероятно,заключается в стойком связывании углерода восстанавливающимся при сварке из вольфрамата кальция вольфрамом. Переход вольфрама н металл шва приводит к образованию дополнительных карбидов II-группы типа фаз внедрения (W С, WC), трудно растворимых в аустените даже при очень высоком нагреве, что приводит к повышению стойкости металла шна против межкристаллктной коррозии.
С точки зрения стойкости металла шва против МКК, содержание шеелита н составе флюса необходимо повышать до максимально возможного уровня.
Однако введение его в состав флюса ограничивается отрицательным влиянием на формирование валика шва при сварке из-эа ухудшения смачиваемости расплавленного шлака. В выбранной шлаковой основе максимальное содержанке шеелита,„ при котором еще удается получить хорошее формирование валика шва, составляет порядка 607. Минимальный уронень установлен исходя иэ условия повышения стойкости металла шва к межкристаллитной коррозии до уровня швов, сваренных ручной дуговой сваркой электродами АНВ-28, Для снижения отрицательного влияния шеелита на формирование шна в состав флюса введен фтористый алюминий, которык в пределах 4-97 улучпает смачиваемость шлакового расплава. В указанных пределах более высокое содержание фтористого алюминия целесообразно вводить при содержании
1276 шеелита на верхнем уровне. При содержании шеелита на нижнем уровне количество фтористого алюминия может быть снижено.
Шлаковая основа флюса выбрана на базе высокоустойчивых окислов титана (в виде рутила), алюминия (в виде глинозема) и циркония. Перечисленные компоненты обладают сродством к кислороду на уровне и выше основного 10 элемента стабилизатора титана, применяемого для стабилизации отечественных хромоникелевых сталей и сплавов аустенитного класса. Следовательно, шлаковая основа на базе таких 15 окислов будет способствовать минимальному выгоранию титана из металла шва. Так как окислы титана, алюминия и циркония обладают высокой температурой плавления, то для ее снижения 20 в шлаковую основу флюса введен фтористый кальций в виде плавикового шпата.
Рутил, глинозем, двуокись циркония и фтористый кальций в совокупности 25 составляют шлаковую основу флюса и призваны наряду с обеспечением выI. сокой стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии способствовать хорошему формированию .валика 10 шва и стабильному протеканию процесса сварки. Их процентное содержание и допустимая область разброса установлены методом математического планирования многофакторного эксперимента с учетом содержания остальных компонентов в указанных пределах. Параметром оптимизации служил комплексный пока затель сварочно-технологические свойства флюса, учитывающий форми- 4О рование валика шва, отделимость шлаковой корки, наличие внешних и внутренних дефектов в шве. В результате было установлено, что область разброса процентного содержания пере- 4> численных компонентов в составе, при котором сварочно-технологические свойства флюса находятся н допустимых пределах, составляют: для рутила
8-18Х плавикового шпата 7-16Х; глинозема 5-12X окиси циркония 3-10Х.
Известно, что при сварке высоколегированных сталей и сплавов аустенитного класса металл шва обладает
: повышенной склонностью к образованию N . горячих трещин. Поэтому для обеспечения требуемой технологической прочности швов в состав керамического
471 4 флюса введены окислы железа и хрома.
Содержание последних способствует повышению стойкости напланленного аустенитного металла к горячим трещинам и положительно влияет н» формирование при их содержании но флюсе н пределах 2-67. Этому же частично способствует и двуокись циркония, входящая н состав шлаковой основы флюса.
Более высокое содержание окислов железа и хрома в составе флюса практически не сказывается на технологической прочности швов и приводит к образованию пор. Отсутствие их н составе-.или содержание ниж» минимального уровня приводит к повышению чувствительности швов к образованию горячих трещин.
Известно также, что увеличение оснонности снарочног0 шлака тоже повышает тр»щиноустойчиность аустенитных швов главным образом вследствие подавления кремненосстановительных процессов и десульфурации снарочной ванны. В связи с этим н состав флюса введен магнезит, дающий при диссоциацип окисел магния с высокой оснонностью. Минимальное содержание магнезита и составе не должно быть ниже 27 так как н протинном случае введение его не будет сказываться на основности флюса. Содержание магнезита toлее 5Х повышает температуру плавления флюса, ухудшает его сварочно-тех- нологические свойства. Кроме того, .выделяющийся при диссоциации кислород может привести к повышенному ныгоранию титана.
Для повышения стабильности дугового процесса и увеличения пропланляющей способности дуги в состав флюса введен поташ-компонент с низким потенциалом ионизации. Наряду с ионизацией дугового промежутка поташ способствует повышению оснонности флюса. Равномерное и устойчиное го-. рение дуги наблюдается при содержании поташа во флюсе не менее двух процентов. При содержании фторидов но флюсе на верхнем уровне процентное содержание поташа необходимо увеличить до 5Х. Более высокое содержание поташа, хотя и способствует повышению степени ионизации дугового промежутка и увеличивает основность флюса, нецелесообразно, так как приводит к ухудшению формирава1276471 ния валика шва и повышению гигроскопичности флюса.
На примерах конкретного исполнения установлено, что при содержании компонентов в указанных в составе 5 пределах сварочно-технологические свойства флюса остаются на высоком уровне ° Обеспечивается устойчивое и стабильное протекание процесса сварки. Хорошее формирование валика 10 шва с мелкочешуйчатой блестящей поверхностью беэ следов окисленности.
Шлаковая корка легко удаляется.
Стойкость металла швов к межкристаллитной коррозии, в зависимости от содержания во флюсе шеелита, на требуемом уровне (см, табл.).
Влияние состава керамического флюса на склонность металла шва к MKK и формирование валика шва при сварке 20 высоколегированного коррозионностойкого аустенитного сплава 06ХН28МДТ приведено в таблице.
Определение стойкости металла швов против межкристаллитной корро- 25 зии определяли на образцах, подвергнутых провоцирующему отжигу при 550800 С (см. табл.) в течение часа и последующему кипячению в агрессивной среде по методу ВУ ГОСТ 6032-75.
При содержании компонентов:в пред лагаемом флюсе 1 (см. табл„) процесс сварки протекает стабильно, формирование валика .шва удовлетворительное„ однако стойкость швов к межкристаллитной коррозии ниже стойкости швов, сваренных электродами AHB-28. МКК наблюдается у образцов, подвергнутых о провоцирующему отжигу уже при 600 С„ в то время как для образцов, сварен- щ ных ручной дуговой сваркой, склонность к МКК наблюдается для образцов, подвергнутых провоцирующему отжигу при температурах 650 С и выше.
При содержании компонентов в сос- pg тавах 2„ 3, 4, 5 и 6 (см. табл,) процесс сварки стабилен, формирование валика шва хорошее . Шов не окислен, мелкочешуйчатый. По окончании процесса, шлаковая корка легко удаляется.. С повышением содержания шеелита в шве температура провоцирующе.го отжига образцов, вызывающая межкристаллитную коррозию, повышается. При содержании шеелита во флюсе 607 МКК у наблюдается лишь у образцов пссле о их провоцирующего отжига при 750 С и выше. Однако при таком содержании шеелита ухудшается уже формирование валика шва, При содержании компонентов во флюсе 7 таблицы иэ-за высокого содержания шеелита (707) и низкого содержания фтористого алюминия валик шва формируется неудовлетворительно.
Наиболее оптимальное соотношение компонентов в предлагаемом керамическом флюсе, при котором наблюдается высокое качество валика шва при повышенной стойкости наплавленного металла к межкристаллитной коррозии, соответствует составу, вес.7.:
Шеелит 38
Рутил 13
Плавиковый шпат 11
Глинозем 8,5
Окись циркония 7
Фтористь|й алюминий 7
Окись железа 2,5
Поташ 5
Магнезит 4,5
Окись хрома 3 5
При таком соотношении компонентов керамического флюс» процесс протекает устойчиво, формирование наплавленного металла хорошее ° Валик шва блестящий„ не окислен. Шлаковая корка легко удаляется„ Дефекты в виде трещин, пор или шлаковых включений не наблюдаются. Состав флюса позволяет осуществлять сварку бездефектных стыков, стойких к межкристаллитной коррозии на хромоникелевых коррозионно-стойких аустенитных сталях и сплавах повышенной толщины. Прочностные и ударно-пластические свойства металла шва не них<е основного металла.
При использовании изобретения ожидается повышение качества сварного соединения вследствие высокой стойкости метачла шва к межкристаллитной коррозии и, как следствие этого, повышение эксплуатационных характеристик свар:.ых конструкций из высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей и сплавов.
Формула из обре те ния
Керамический флюс для сварки высоколегированных хромоникелевьгх сталей и сплавов аустенитного класса, содержащий рутил, глинозем, плавиковый шлат, окислы железа, окись хрома, магнезит и поташ, о т -л и ч а юшийся reM что, с целью повышеНаличие N(II прл темперет ренее е е, 2
Фтаристий
550 ЬОО
100 Нет йств Есть
0 20 17 15 10 Ю В 7 Н
7лавлетьаЕсть
Есть
Есть ретельеае
Верее
Вараеее
Есть
Есть
Есть
Есть
4 100 Нет Нет Есть
2 20 !8 12 12 10 9 S 6 4
3 30 14 10 10 10 В S 5 6
Нет
Есть
2 100 Нет Вет
S 100 Нет Нет Нет
2 100 Нет Нет Нет
40 В 16 6 Ь Ь 4
Есть
Есть
Есть йств
5 50 10 9 8 5 5 Ь 3 2
Есть
Нет
3 100 Нет Нет
6 6О В 7 5 3 4
7лаелетеарлтельNOa
4 3 3
Есть
Нет
Нет
7 70 S 6 4 2 3 3 3 2
Не теавле тэа" летельера
Всть
2 100 Нет Нет Нет
Нет
Составитель Т. Арест
Редактор М. Бандура Техред А.Кравчук
Корректор С. Шекмар
Заказ 6619/11
Тираж 1001
Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
7 1276471 ния стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии, флюс дополнительно содержит шеелит, двуокись циркония,и фтористый алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.Е:
Рутил . 8-18
Плавиковый шпат 7-16
Глинозем
Окислы железа
Окись хрома
Магнезит
Поташ
Шеелит
Фтористый алюминий
Двуокись циркония
5-12
4-6
2-5
2-6
3-6
20-60
4-9
3-10
