Состав электродного покрытия для сварки низколегированных высокопрочных сталей

 

Изобретение относится к сварке, в частности к составам электродных покрытий для сварки низколегированных высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 600 МПа. Целью изобретения является повышение пластичности и ударной вязкости металла шва, повышение стойкости к трещинообразованию при кристаллизации наплавленного металла, снижение уровня остаточных напряжений и деформаций при сварке. Газопшаковая система покрытия, состоящая из 31-34% мрамора, 20-25% плавикового шпата, 12-17% рутилового концентрата, обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностью, легкую отделимость шлаковой корки. Для получения металла шва со структурой пластичного никелевого безуглеродистого мертенсита состав содержит легирующие компоненты: 11-13% никеля, 0,5-1,5% ванадия и 5-8% марганца. Причем отношение содержания никеля и марганца равно 1,35-2,6 при их суммарном содержании 18-19%. В качестве раскислителя покрытие содержит 2-4% ферросилиция. Для снижения содержания водорода в наплавленном металле и подавлении процесса порообразования в покрытие вводится 2-6% кремнефтористого натрия. Для улучшения релаксационной способности мартенсита, повышения пластических свойств металла шва покрытие дополнительно содержит ферроиттрий в количестве 0,5-1,5%, 4 табл. S (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU „1320040

А1 (sg 4 В 23 К 35/365

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0

С>

В:

СР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4025547/31-27 (22) 24.02.86 (46) 30.06.87. Бюл. Ф 24 (7i) Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова (72) А.В.Пряхин, А.С,Табатчиков, В,B,Яно, Ю.И.Пашков и Б.В.Филимонов (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 447236, кл. В 23 К 35/365, 28.02.73.

Авторское свидетельство СССР

N - 450675, кл. B 23 К 35/365, 28.02.73. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ

ДПЯ СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к составам электродных покрытий для сварки низколегированных высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 600 MIIa. Целью изобретения является повышение пластичности и ударной вязкости металла шва, повышение стойкости к трещинообразованию при кристаллизации наплавленнбго металла, снижение уровня остаточных напряжений и деформаций при сварке.

Газошлаковая система покрытия, состоящая из 31-34% мрамора, 20-25% плавикового шпата, 12-17% рутилового концентрата, обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностью, легкую отделимость шлаковой корки.

Для получения металла шва со структурой пластичного никелевого безуглеродистого мертенсита состав содержит легирующие компоненты: 11-13Х никеля, 0,5-1,5% ванадия и 5-8Х марганца.

Причем отношение содержания никеля и марганца равно 1,35-2,6 при их суммарном содержании 18-19Х. В качестве раскислителя покрьггие содержит 2-4% ферросилиция. Для снижения содержания водорода в наплавленном металле и подавлении процесса порообразования в покрьггие вводится 2-6Х кремнефтористого натрия, Для улучшения релаксационной способности мартенсита, повышения пластических свойств металла шва покрытие дополнительно содержит ферроиттрий в количестве 0,5-1,5%, 4 табл.

13200 0

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к составам электродных покрытий, и может быть применено для ручной электродуговой сварки высокопрочных сталей с пределом прочности свьш е 600 МПа.

Цель изобретения — повышение пластичности и ударной вязкости металла

maa, повышение стойкости к трещинообразованию при кристаллизации наплавленного металла, снижение уровня остаточных напряжений и деформаций при сварке.

В качестве стержня применяется проволока Св-08ХН2М.

Содержание в составе покрытия

11-13Х никеля, 0,5-1„5% феррованадия, 5-8% марганца (основные легирующие компоненты покрьггия) обеспечивает получение металла шва со структурой пластичного никелевого безуглеродистого мартенсита, в котором достигается высокая плотность свободных дислокаций. Наличие большого числа свободных дислокаций в металле шва приводит в облегчению протекания релаксационных процессов путем микропластической деформации.

Пределы содержания компонентов покрытия подобраны с учетом содержания элементов в проволоке таким образом, чтобы структура наплавленного металла всегда представляла мартенсит замещения.

Никель является основным легирующим элементом, участвующим в образовании мартенсита замещения. Легирование никелем снижает сопротивление кристаллической решетки железа дви-. жению свободных дислокаций и уменьшает энергию взаимодействия дислока.ций с атомами внедрения (углерода, азота.), поэтому облегчается релаксация напряжений и уменьшается склонность металла шва к хрупкому разрушению.

При суммарном содержании никеля и марганца менее 18% или содержании ,никеля менее 11% не удается получить чисто мартенситную структуру. В наплавленном металле появляется феррит.

Введение никеля более 13Х нецелесообразно, поскольку он снижает технологическую прочность наплавленного металла. Наличие в покрьггии более

19Х суммарного содержания никеля и марганца или содержание марганца более 8% отрицательно сказывается на вязких свойствах металла шва вследствие укрупнения первичной структуры и размеров аустенитного зерна. Нижний предел содержания марганца 5% определяет я началом его положительного влияния на технологическую прочность в процессе кристаллизации, Введение в покрытие марганца при соблюдении отношения С . /С, = 1,35-2,6 . способствует увеличению технологической прочности наплавленного металла за счет связывания остаточной серы в труднорастворимый сульфид марганца, Этот процесс препятствует образованию легкоплавких эвтектик типа

NiS — FeS, значительно снижающих технологическую прочность. При отношении процентных концентраций никеля к марганцу более 2,6 снижается технологическая прочность наплавленного металла за счет образования эвтектик типа Ni S — ГеЯ при его кристаллизации, а при отношении процентных концентраций менее 1,35 происходит снижение пластических свойств наплавленного металла.

Ванадий, содержащийся в покрытии в виде феррованадия в количестве

0,5-1,5Х, связывает углерод в карбиды и выводит его из твердого раствора. Необходимость связывания примесного углерода в карбиды и ограничение его содержания до 0,08%. вызвана тем, что при большей концентрации углерода дислокации в металле шва могут оказаться закрепленными, что затруднит протекание релаксационных процессов. Снижение содержания ферропорошков в составе электродного покрьггия сокращает содержание углерода в наплавленном металле. Содержание феррованадия в указанном количестве совместно с молибденом, содержащимся в стержне, улучшает механические свойства сварного шва при комнатной и пониженных температурах. Введение феррованадия в количестве, большем

1,5%, приводит к дисперсному твердению мартенсита и появлению хрупкости.

Содержание феррованадия менее 0 5Х является недостаточным для связывания углерода.

Содержание 0,5-1,5%. ферроиттрия в покрьггии позволяет повысить релаксационную способность мартенсита, пластические свойства и технологическую прочность металла шва за счет очищения границ зерен от примесей, 110-120, постоянный

3 132 так как иттрий обладает высоким сродством к кислороду и сере, благоприятно изменяет состав, форму и расположение неметаллических включений в металле шва. Пределы введения ограничиваются началом действия и максимальной эффективностью при эксномической целесообразности.

Ферросилиций в количестве 2-4 совместно с марганцем обеспечивает хорошее раскисление сварочной ванны, Повышение содержания ферросилиция более 4Х увеличивает склонность наплавленного металла к хрупкому разрушению. При содержании ферросилиция менее 2Х образуются тугоплавкие проI дукты раскисления, загрязняющие металл шва.

Гаэошлаковая система, состоящая из 31-34Х мрамора, 20-25Х плавикового шпата и 12-17Х рутилового концентрата обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностью, легкую отделимость шлаковой корки, способствует удалению из расплавленного металла газов и неметаллических включений. При содержании в покрытии мрамора менее 31Х происходит насыщение азотом металла шва, что неблагоприятно сказывается на его механических свойствах, а при введении мрамора более 34Х возрастает угар марганца и кремния, увеличивается температурный интервал кристаллизации шлака.

Содержание плавикового шпата менее

20Х не обеспечивает получения короткого шлака, что приводит к ухудшению формы шва. При содержании плавикового шпата более 25Х образуется жидкотекучий шлак, не покрывающий верхнюю часть валика, ухудшается отделимость шлаковой корки. Содержание рутилово. го концентрата менее 12Х не обеспечивает устойчивого горения дуги в широком диапазоне токов, наблюдается ухудшение формирования шва. При введении более 17Х рутилового концентрата образуется шлак с низкой основностью, что способствует фиксации серы в металле шва.

Наличие в покрытии 2-6Х кремнефтористого натрия позволяет снизить содержание водорода в наплавленном металле и подавить процесс порообразования. Концентрация кремнефтористого натрия менее 2Х недостаточна для снижения содержания водорода в наплавленном металле, что может при0040 4 вести к образованию пор. Наличие кремнефтористого натрия более 6Х нецелесообразно, так как эффективность его действия возрастает незначительно при возрастающем ухудшении стабильности горения дуги.

Введение в покрытие 2-4Х поташа способствует повышению устойчивости горения дуги и пластичности обмазоч10 ной массы. Нижний предел содержания поташа 2Х определяется началом заметного влияния на уменьшение разбрызгивания, а верхний 4Х вЂ” максимальным положительным эффектом при экономической целесообразности.

В табл.1 приведены варианты состава электродного покрытия.

Составы 1-3 удовлетворяют формуле изобретения по пределам, сумме Ni +

20 + Mn и отношению Ni /Мп. Для состава 1 Ni/Mn = 11/8 = 1,35; Ni + Мп =

11 + 8 = 19; для состава 2 Ni/Мп =

12/6 = 2; Ni + Мп = 12 + 6 = 18; для состава 3 Ni/Ìn = 13/5 = 2,6;

25 Ni + Mn = 13 + 5 = 18, Составы 4 и 5 . удовлетворяют формуле изобретения по пределам и отношению Ni /Mn, но не удовлетворяют по сумме Ni + Mn. Для состава 4 Ni/Ìn = 11/5 = 2,2; Ni+Mn=

11 + 5 = 16; для состава 5 Ni/Ìn =

13/8 = 1,62; а Ni + Mn = 13 + 8

21. Составы 6 и 7 не отвечают формуле изобретения по пределам и отношению Ni/Mn и удовлетворяют сумме

35 Ni + Mn. Для состава 6 Ni + Mn = — 10 + 9 = 19; Ni/Mn = 10/9 = 1,1, для состава 7 Ni + Mn = 14 + 4 = 18;

Ni/Mn = 14/4 = 3,5.

Химический состав наплавленного

40 металла представлен в табл.2.

Замер деформации (стрелы прогиба

f) при наплавке валика на кромку пластины показал (см.табл.3), что деформация при наплавке электродами

45,с данным покрытием снижается в 1,72 раза.

Проведенные испытания показали, что уровень остаточных напряжений

50 при сварке электродами с составами покрытия 1-3 снижается в 2-2,4 раза.

Лабораторные испытания по определению стойкости металла шва против образования горячих трещин проводили

55 на испытательной машине ЛТП-1-6М по методике МВТУ им.Н.Э.Баумана.

Режим испытания:

Ток наплавки, А

132

Полярность

Напряжение на дуге, В

Скорость сварки, м/ч

Диаметр электрода, мм

Время деформирования образца

Начальная величина зазора, мм

Обратная

0,2+ 0,1

2-6

2-4

0,5-1,5

Остальное

Ферроиттрий

Мрамор

Таблица1

Содержание компонентов, 7, в составах

2 3 4 5 6 7

Компоненты

25 22 20 20 25 26 19

12 15 17 17 12 11 18

1 1 12 13 1 1 13 10 14

Плавиковый шпат

Рутиловый концентрат

Никель

Критерием оценки технологической прочности наплавленного металла служит критическая скорость деформирования А„- минимальная скорость растяжения кромок образцов, при которой исчерпывается деформационная способность наплавленного металла и появляются горячие трещины.

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как видно из табл.3, металл, наплавленный электродами с составами покрытия 5 и 7, хотя и обеспечивает получением в стыковом сварном соединении более низкие продольные растягивающие напряжения, но имеет меньшую технологическую прочность.

Механические свойства металла приведены в табл.4.

Металл, наплавленный электродами с покрытием составов 4-7, обладает более низкими пластическими свойст-. вами и ударной вязкостью по сравнению с составами 1-3.

Электроды с составами покрытия

1-3 обеспечивают получение более высоких прочностных и пластических свойств сварных соединений без применения термической обработки.

При сварке электродами с данным покрытием не требуется предварительный и/или сопутствующий подогрев, обеспечивается легкое возбуждение дуги,,хорошее формирование шва, лег0040 6 кая отделимость шлаковой корки, малое разбрызгивание, Использование сварочной проволоки

Св-08ХН2М позволяет сократить применение порошковых материалов и расширить область применения электродов при сварке в различных пространственных положениях за счет уменьшения содержания легирующих компонентов в

10 составе покрытия.

Формула изобретения

Состав электродного покрытия для

15 сварки низколегированных высокопрочных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, никель, феррованадий, ферросилиций, отличающийся тем, что, с

20 целью повышения пластичности и ударной вязкости металла шва, повьппения стойкости к трещинообразованию при кристаллизации наплавленного металла, снижения уровня остаточных напряжений и деформаций, при использовании проволоки марки Св-08ХН2М состав дополнительно содержит марганец, кремнефтористый натрий, поташ и ферроиттрий, причем отношение содержания

30 никеля к марганцу равно 1,35-2,6, а суммарное их содержание составляет

18-193, при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Плавиковый шпат 20 — 25

Рутиловый концентрат 12 — 17

Никель 11 — 13

Феррованадий 0,5-1,5

Ферр о силиций 2

Марганец метал40 лический 5-8

Кремнефтористый натрий

Поташ

1320040

Продолжение табл. 1

Содержание компонентов, 7, в составах

Компоненты

1 2 Э 4 5 . 6 7

0,5 1,0 1,5 1,5 0,5 0,3 1,7

Феррованадий

2 3 4 4 2

Ферросилиций

5 8

2 6

8 6 5

Марганец

6 4

Кремнефтористый натрий

Поташ

4 3 2 2 4

1 1,5 1,5 0 5 0,3 1,7

0,5

Ферроиттрий

31 33 34 36 29 30,4 34,6

Мрамор

Таблица2

Элемент

1 2 3 4 5 6 7

0,042 О, 044 О, 042

О, 042 0,044 О, 035 О, 04

Углерод

5,46

5,92

4,71

5,34

5,57 . 5,09

5,22

Никель

Марганец 1,19 0,96

0,47

1,36

0,65

0,83

Молибден+ 0,22

0,23

0,22

0,25

0,23

0,23

0,24

0,26 0,22

0,07

0,21

0,13

0, 12

0,17

Ванадий

0,30

0,08

0,27

0,26

0,12

0,19

0,83

0,84

0,74

0,81

О,?9

0,86

О,?2

0,003 0,005

О, 003

0,002 0,013

О, 011

0i0i

0,016

0,013 0,015 0,014 0,015 0,012 0,016

Сера

0,014 0,015 0,013 0,016 0,014 0,018 0,012

Фосфор

Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- Осталь- ОстальЖелезо ное ное ное ное ное ное ное

" Молибден и хром в состав металла переходят из стержня Св-08ХН2М.

Кремний

Хром+

Иттрий

Массовые доли элементов, Ж, в составах

1 5

9 4

7 1

5 1

1320040

Таблица 3

А „р мм/мин

Продольные растягивающие напряжения, МПа

Состав

Деформация, мм электр одного покрытия по оси на расстоя нии 12 мм шва от оси шва

2,6

0,73

127

0,69

2,8

137

0,62

2,5

121

106

0,96

2,4

142

0,74

134

2,0

148

2,2

0,91

132

0,73

1,9

Та блица4 остав 6, МПа о", Ж ф, Ж HRC

КСП

Д41

Дж/см

1080

17,9, 58

15,2

1110

18,6

16,0

1160

17,3

32

14,9

960

14,9

13,6

1100

15,4

34

11,6

1130

14,7

13,4

1160

15,9

33

13,8

Составитель Т. Арест

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Ходанич Корректор С ° Шекмар

Заказ 2561/13 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4