Способ раскисления наплавляемого металла при ручной дуговой сварке

 

Изобретение касается сварки, а именно вопросов раскисления наплавляемого металла при ручной электродуговой сварке путем введения определенного количества раскислителей в покрытие и стержень. Цель изобретения - повышение стойкости наплавленного металла против хрупкого разрушения. При ручной дуговой сварке коррозионно-стойкой стали мартенситного класса осуществляют одновременное введение в сварочную ванну раскислителей из стержня, выполненного из стали мартенситного класса, и из покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор. Упомянутые раскислители вводят в количествах, определяемых из соотношений: 1,1 (КВП)ΣR<SB POS="POST">2</SB>/100 - K<SB POS="POST">1</SB>(КВП)ΣR<SB POS="POST">1</SB>/100=10K<SB POS="POST">1</SB>ΣR<SB POS="POST">1</SB>-1,1ΣR<SB POS="POST">2</SB>: где ΣR<SB POS="POST">1</SB> - суммарное количество в покрытии ферросплавов элементов - раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых меньше - 15 при температуре 1600°С

ΣR<SB POS="POST">1</SB> - суммарное количество в стали стержня элементов - раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых меньше - 15 при температуре 1600°С

ΣR<SB POS="POST">2</SB> - суммарное количество в покрытии ферросплавов элементов - раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых больше - 15 при температуре 1600°С

ΣR<SB POS="POST">2</SB> - суммарное количество в стали стержня элементов - раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых больше - 15 при температуре 1600°С

К<SB POS="POST">1</SB> - коэффициент, равный 0,7-1,0

КВП - коэффициент веса покрытия, мас.%

(КВП)ΣR<SB POS="POST">1</SB>/100+15ΣR<SB POS="POST">1</SB>=К<SB POS="POST">2</SB>(КВП)(0,7М+2,5)/100, где М -сод.мрамор, К<SB POS="POST">2</SB> = 0,7-1. Способ позволяет установить стабильную температуру перехода к хрупкому разрушению Т<SB POS="POST">50</SB> ниже 15°С. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„Su„„4 45 4 (II 4 В 23 К 35/365

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4138724/25-27 (22) 01 . 08. 86 (46) 07.06.89. .Бюл. Р 21 (71) Научно-производственное обьединение по технологии машиностроения

I IIIHHHòNAIt1» (72) И,В. Гришин, Д.В. Витман, В.П. Пронин, A.Ñ. Зубченко, С.И. Носов и О.С. Каковкин (53) 621.791.04 (088.8) (56) Каховский Н.И., Фартушный В.Г., Ющенко К.А. Электродуговая сварка сталей. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1979, с. 226-227, 230.

Авторское свидетельство СССР

Р 1242322, кл. В 23 К 35/365, 06.10.83. (54) СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ НАППАВЛЯЕМОГО NETAJIJIA ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ (57) Изобретение касается сварки, а именно вопросов раскисления наплавляемого металла при ручной электродуговой сварке путем введения определенного количества раскислителей в покрытие и стержень. Цель изобретения — повышение стойкости наплавленного металла против хрупкого разрушения. При ручной дуговой сварке коррозионно-стойкой стали мартенситного класса осуществляют одновременное введение в сварочную ванну раскислителей из стержня, выполненного

Изобретение относится к сварке и касается раскисления наплавляемого металла за счет состава электро-.

2 из стали мартенситного класса и из покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор. Упомянутые раскислители вводят в количествах, определяемых из соотношений:1,1 (КВП} К,/100 — К, (КВЛ) У К,/100 =

10К, X R — 1,1 g R" где X R, — суммарное количество в покрытии ферросплавов элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциация свободных окислов которых меньше — 15

1 при температуре 1600 C; Z R — суммарное количество в стали стержня элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окис-.. лов которых меньше — 15 при темпераО туре 1600 С; Z R — суммарное количес тв о в покрытии ферр о сплав ов элем е нтов-раскислителей, лог арифм упругости диссоциации свободных окислов, которых

--о больше — 15 при температуре 1600 С;

KR — суммарное количество в стали

Д стержня элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых больше — 15 при температуре 1600 С; К, — коэффициент, равный 0,7-1,0; КВП вЂ” коэффициент веса .покрытия, мас.%; КВП: К,/100+

)5Z В. = K КВП (0,7M + 2,5)/100, где М вЂ” сод.мрамор; K>. = 0,7-1., Способ позволяет установить стабильную температуру перехода к хрупкому разрушению Т« ниже 15 С. 3 табл, дов, используемых преимущественно для сварки ферритно — мартенситных, мартенситных и аустенитно — мартенсит1484534.ных нержавеющих сталей, а также указанных сталей со сталями других структурных классов.

Известно, что ударная вязкость материала является интегральной характеристикой, зависящей одновременно от его прочности и пластичности. Только ударная вязкость не может служить характеристикой сопротивляемости хрупкому разрушению.

В зависимости от структурного состояния и уровня прочности материала переход к хрупкому разрушению с понижением температуры может ытb весьма резким или довольно плавным. В переходном районе температур также более или менее резко изменяется вид излома: волокнистый вязкий излом сменяется кристаллическим хруп- 20 ким. В вязкой области доля волокнистого излома составляет 100Х, в хрупкой †.O .

Температура перехода к хрупкому разрушению разделяет температурную 25 шкалу эксплуатации на две области: при температурах ниже критической иэделие не может надежно эксплуатироваться при динамических нагрузках, а при темп ер ату р ах вьттпе критической Zp надежность эксплуатации резко возрастает.

Существуют два основных метода определения температуры перехода к хрупкому разрушению: по сериальным кривым ударной вязкости и по доле вязкой составляющей в изломе.

В связи с тем, что ударная вязкость является интегральной характеристикой, у высокопрочных матерна- 40 лов вклад прочности в величину ударной вязкости может оказаться превалирующим. Таким образом, наиболее надежным методом определения температуры перехода к хрупкому разрушению сталей мартенситного, мартенситноферритного и мартенситно-аустенитного классов является метод определения доли вязкой составляющей в изломе, которая при температуре перехода должна составлять не менее 507.

50 по в ерхно сти и зл ома уд арно го о б р аз ц а.

При этом температура перехода к хрупкому разрушению температура хрупко-вязкого перехода) У о определяется как минимальная температура, при которой количество вязкой составляюттей в изломе ударного образца т оставляет не менее 501.

Температура эксплуатации ряда сварных конструкций энергетических установок, работают1тих в условиях энакопеременньтх циклических нагрузок (например, гидротурбин) может опускаться ниже 15-20 С, Надежная эксплуатация сварной конструкции в таких условиях может быть обеспечена повьпоением сопротивляемости наплавленного металла хрупкому разруттению за счет снижения Т ниже температуры

-Го эксттлуатации.

Известно, что кислород, ухудшающий пластиче кие свойства стали, содержится в металле преимущественно в виде включений закиси железа.

Для удаления растворенного кислорода в металл вводят элементы-раскислители, образующие нерастворимые в жидкой стали окислы.

При раскислении наплавленного металла, осуществляемом в процессе ручной дуговой сварки корроэионностойкой стали мартенситного класса, заключающемся в одновременном введении раскислителей иэ стального стержня мартенситного класса и из известного покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор и окись хрома, не удается получить наплавленный металл с температурой Т т, хрупковязкого перехода ниже 15 С, Отмеченный недостаток известного способа объясняется неоптимальным ведением раскисления и наличием окиси хрома.

Исключение окиси хрома из покрытия приводит к некоторому снижению

Т тт наплавленного металла. Однако фактическая величина Т -„- в каждом конкретном случае зависит от случайного соотношения содержания раскислителей в стали стержня и мрамора и раскислителей в покрытии, в связи с чем получить наплавленньтй металл со стабильным обеспечением Т не выше о.

15 С при раскислении наплавляемого металла в процессе ручной дуговой сварки электродом с известным п :рытием не представляется возможным.

Целью изобретения является повышение стойкости против хрупкого разрушения наплавленного металла за счет стабильного обеспечения Т ниже 15 С.

Одним иэ широко принятых методов оценки сродства различных элементов к кислороду является оценка по упру5 14845 гости диссоциации QKHcJIoB, Давление кислорода в системе металл — кислород — окисел, находящейся в равновесии, называется упругостью диссоциации данного окисла и характеризует его прочность (сродство данного метал. ла к кислороду). В силу малости абсолютных значений упругости диссоциации окислов металлов в технической литературе часто приводятся логариф,мы упругости диссоциации окислов.

Чем меньше упругость диссоциации окисла (чем более отрицательно значение ее логарифма) при данной температуре, тем он прочнее.

Температура, при которой оценива лось сродство элементов-раскислите.лей к кислороду, выбрана равной

1600 С в связи с тем, что при этой . температуре завершаются металлургические реакции в сварочной ванне и, таким образом, эта температура апределяет направление и полноту протекания реакций раскисления. 25

Установлено, что оптимальная фор !а неметаллических включений при минимальном их количестве может быть достигнута при одновременном использ овании "сильных" р аски слит елей (например, тит ан, алюминий, кальций), именах логарифм упругости диссоциации окислов при 1600 0 меньше -15, и "слабых" раскислителей (например, кремний, марганец), имеющих логарифм о диссоциации окислов при 1600 С больше — 15. Логарифм упругости диссоциации равный -15 является грани. цей, разделяющей "сильные" и "слабые!! раскислители. При этом постав- 4О ленная цель достигается при условии выбора суммарных количеств сильных

1I !! и "слабых" раскислителей в соответствии с предлагаемым соотношением.

За счет этого обеспечивается Тщ нап45 лавленного металла не выше 15 0.

При содержании раскислителей в покрытии и в стали стержня в предложенных количествах и в соответствии 5О с приведенными в формуле соотношени- . ями обеспечивается оптимальная (глобулярная) форма неметаллических включений при их минимальном количестве в наплавленном металле. Этим достига-. 55 ется снижение температуры Т даплавленного металла до требуемого уровня (ниже 15 t.) и повьппение его сопротивляемости хрупкому раэруше34 нию при сохранении уровня механических свойств.

При отклонении содержания раскислителей в стали стержня и покрытия от предлагаемых значений и несоблюдении первого соотношения нарушается глобулярность неметаллических включений. При несоблюдении второго соотношения не обеспечивается оптимальная степень раскисления наплавленного металла. Все это приводит к повьппению Т наплавленного металла

1 и снижению его сопротивляемости хрупкому разрушению.

Наряду или вместо ферромарганца в качестве раскислителя покрытие может содержать марганец металлический. При этом содержание марганца металлического следует уменьшать. в

1,5-2,5 раза по сравнению с величиной, рассчитанной по соотношению (1) .

Повышенное содержание раскислителей в стали стержня и покрытии электрода позволяет повысить содержание мрамора в покрытии до 15Х без снижения свойств наплавленного металла и, тем самым, значительно улучшить физическую защиту сварочной ванны от вредного влияния воздушной атмосферы.

В табл.1 приведены составы стержня и покрытия, выполненные согласно предлагаемому способу.

Пример 1. Проводят расчет состава электрода с покрытием, содержащим максимально допустимое количество мрамора и максимальное расчетное содержание раскислителей при KBlI=

= 40 мас.% и минимальном содержании раскислителей в стали стержня.

При содержании мрамора 15 соотношение (2) для максимального содержания раскислителей х R имеет вид

40 40 — — К + 15 R = 1 ° —.—

100 . 100 (0,7 15 + 2,5) !, I

Учитывая, что й: К, = 0 (табл.1) „.уммарное количество раскислителей

Х R в покрытии составляет Z Rt — 13%.

Далее по соотношению (1) общее содержание раскислителей в покрытии с

1484534 учетом содержания раскислителей в стали стержня

1 1 40 40

- - — — 7 R — 1. — — ° 13 = -1 7R

100 100 . < 5! так как g R, раскислителей тавляет

= 0,4, содержание

R> в покрытии сос10

40 (1 — — 1 3 — 1 1

100

100 к

1, 1 .40

0,4) = 11%.

Электроды изготавливают на стержнях диаметром 4,0 мм на лабораторном электродообмазочном прессе высокого давления. Сварные соединения выполняют на пластинах толщиной 30 мм из стали 01Х14Н5МФ. Для определения механических свойств наплавленного металла используют образцы типа II, для испытаний на ударный изгиб (для определения Т ) — образцы типа 1Х . по ГОСТ 6996-66.

В табл.2 приведени .механические 40 свойства и Т - металла, наплавленного согласно предлагаемому способу раскисления.

В табл.3 дана ударная вязкость 45 при 20 С металла, наплавленного предлагаемым способом.

Как показывают результаты, приведенные в табл.2 и 3, предлагаемый способ позволяет получить наплавлеио ный металл, обладающий Т „ниже 15 С при сохранении уровня механических свойств.

Таким образом, способ раскисления позволяет получать наплавленный металл, обладаний более высокой сопротивляемостью хрупкому разpymeнию при сохранении уровня механических свойств.

Аналогично рассчитывают и осталь- 15 ные примеры в табл.1.

Коэффициент К, в примере 11 не задается, так как соотношение (1) не может быть применено для расчета состава известного покрытия, так как это соотношение получают иэ условия, что в составе покрытия электрода основным окислителем является мрамор, в то время как в составе известного покрытия обязательно 25 присутствует окись хрома, являющаяся сильным окислителем. где, R суммарное количество в покрытии ферросплавов элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых меньше -15 при

1600 С; суммарное количество в стали стержня элементовраскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых меньше -15. при 1600 С суммарное количество в покрытии ферросплавов элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых больше -15 при

1600 С; суммарное количество в стали стержня элементовраскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окислов которых больше -15 при 1600 r,; коэффициент, равный 0,71,0; коэффициент покрытия, мас ° 7, к, КВП при.чем (КВП) (КВП) Z R+ 15 .R- К

100 100 (0,7М + 2,5), (2) где M — содержание мрамора в покрытии, 8-15 мас.7.;

К -0,7-1,0. о р м у л а и з о б р е т е и и я

Способ раскисления наплавляемого металла при ручной дуговой сварке коррозионно-стойкой стали мартенсит ного класса, включалций одновременное введение в сварочную ванну раскислителей иэ стержня, выполненного из стали мартеиситного класса, и из покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стойкости против хрупкого разрушения наплаяленного металла за счет стабильного обеспечения т ниже о

15 С, упомянутые раскислители вводят в количествах, определяемых из соотношений

1 1 (КВП) (КВП)

К К ;«R

100 100

ОК XR< — 1,17 Rz r (1) 1484534

° «

° I ц I

1С4 I

Сб

Е» а

М О р х

1

1 ! мЪ в

СЧ Ф (4 4

an а

Сс Сс СС

I ! .1

4 мъ мъ мъ с ф ф 4"Ъ ф СО мЪ

0 4С4 МЪ мъ 0

С 1 И в °

14 ca й"

С Ъ вЂ” o mmN мЪ мъ 1 I сч мъ а

О 1 CO 1 .»!

4 !

СЧ

О I !»»1

1 !

I

МЪ МЪ М-4

Со ф 40 1

I мЪ мЪ мЪ

40 СЧ сЧ

° СЪ

О в

1 С 1

4СЪ сЧ an

ССО I !

5! !й! — (— „— 1

5!

IC 1 1 >в

Q О

О в! О I

I СЧ мЪ О в

1 I! †! !

I I 1 1!

1

I л

С

4 в ч I О I

СЧ

1 О I 1 мъ мЪ мЪ all I в в в в

- eNeN СЧ !!

1 1 I 1

1 (! СЪО

O О-ССЪ

40 О в а

О С ) с 40

О О мЪ

СЧ 1

4d

Й

О а

О

1 ! 1 I !

5l„

an

СЪ an а

С 1 С СЪ N

all

N l 1 1

I 1

Я

14» 1 мЪ а

Сч — ) 1 I 1 1 сч

СС4 мЪ мЪ an а а

an an C в «СЧ! У сч I I 1 1 1 I 1

\Г4

1 а и

О

- N

СЧ !

I!

О 4 Ъ О со» 441 сч 44ъ с ъ с ъ m

СЪ а а а

CO

СЧ 40 04 О мЪ 4 Ъ сч 1 С 4

4»Ъ мЪ 10

СЧ СЧ О 10

1 1

О

О

40 сч 4 мъ мъ с4ъ О мъ -ас мъ сч

СЧ 9 С Ъ 4»Ъ

МЪ - - О СЪ СЧ СЧ»

М О л

СС С

Ф с

О

С 1 ctl W МЪ ЧЪ л СО Ch! 1 ! I й!0

-! ! р!Д ! .

С Ъ Св) .Ф С4 4"Ъ 4 Ъ Ф о л со ф ф ф — 40 m ф 4 а в а а — оосоо оооо

CO ф M 44Ъ С Ъ 40 о с л 4 m co ф со 40 а»»»»» в а а

ОООО СОО О I

ООООСОООООО! Wa0ananananananananan мЪ

1 I СЧ

N С

1 в ° в в

O 1 О 1 ОООО 1 1 а в

I 1!OC!1!

«СОО»

С 1 Ch CO Ф Л 44Ъ 4С) МЪ CO CO 40 в» а а а а а в в в а

ООСОССООССС

an мЪ

СЧ»CN<40»NNC

4 а в в а а в а а а в а с4а С Е С С С С С С С С С

441 свЪ

Оъ< СWWananch а а в в в а

O » «C C C C C C

» сч сч N сч сч

РЪ 44\ Свс а в в °

1 1 C 1 I 1 CCCC !

О 1 1 1 OOO 1 1 сч an оъ мъ an мъ atl а а а а а а а

1 ОО I 1 OOOOO!

СЧ МЪ СЧ С Ъ О 04 44Ъ 441 СЧ t4 ССЪ

* а а ° а в в ° в а в

СЧ Сч ИЪ СЧ» 0 иЪ МЪ 4СЪ МЪ СЧ

44Ъ 4СЪ Л 40 О Ch Ф»C Л Л 40 в в в в в I в в а в с Ъ N N N O мЪ N аФ < O СЧ

О»

СЧ С Ъ Q МЪ 40 С CO Ch»

K! ! PI !

И ! !

1 мЪ

443 а

С 4 -Ф С 1 40 4 С Ъ

1 !

1 !

lj !

11 !

В

an

4С

О

Х а

Х

О

Х

3С

1484534

1г

Т аблица2 6,,2

МПа МПа

Х, Х

Пример

Т аблица3

Ударная Пример

Дж /см 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

à„73 84 78 75 71 72 69 74 69

Составитель Т. Арест

Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Малец

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 2978/12

Тираж 894

Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.yæãîðoä, yst. Гагарина, 101

1 957

2 924

3 864

4 902

5 870

6 882

7 937

8 .853

9 882

10 870

11 886

603 .20,8 53,5 +10

612 23,0 59,3 +10

580 22,6 58 8 -10

606 22,1 54,4 -20

574 21,7 56,8 -5

591 21,0 59,9 -15

591 17,6 49,8 +30

558 !7,8 47,7 +40

553 18 3 47 7 + 0

574 18,4 49,4 +35

581 19,6 53,8 +40