Малоуглеродистая легированная сталь для холоднотянутой сварочной проволоки

 

Изобретение относится к области производства легированной стали для изготовления холоднотянутой сварочной проволоки, применяемой для сварки конструкций, работающих в условиях низких температур. Сталь содержит углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор, серу, железо и примеси: молибден, медь, алюминий. При этом отношение содержания марганца к никелю взято 1,7-3,3, а сумма массовых долей никеля и марганца в пределах 2,1-2,9 при следующем соотношении компонентов, мас.% в стали: углерод 0,05-0,010; кремний 0,1-0,35; марганец 1,5-2,0; никель 0,6-0,9; хром не более 0,20; фосфор не более 0,012; сера не более 0,010; молибден не более 0,01; медь не более 0,2; азот не более 0,012; алюминий не более 0,05; железо остальное. Сварочная проволока из такой стали сохраняет прочность при низких температурах. Удешевляется производство проволоки из стали и возможность использования ее с плавлеными флюсами. 1 табл.

Изобретение относится к области производства легированной стали для изготовления холоднотянутой сварочной проволоки, применяемой для сварки конструкций, работающих в условиях низких температур.

Известна малоуглеродистая сталь, содержащая, мас.%:

Углерод 0,08-0,16

Марганец 0,40-1,25

Кремний 0,20-0,42

Никель 1,80-2,20

Медь 1,20-1,50

Ванадий 0,08-0,15

Алюминий 0,02-0,08

Кальций 0,006-0,01

Молибден 0,15-0,25

Железо Остальное

и по крайней мере, один элемент выбранный из группы

Ниобий 0,02-0,04

Церий 0,08-0,15

Сталь может содержать примеси, мас.%

Сера до 0,015

Фосфор До 0,015

Хром До 0,30

Азот До 0,03

Кислород До 0,0035

(Авт. св. №503933, М. кл. С 22 С 38/00, 1976 г.)

Эта сталь и имеет значительно более высокий предел прочности, по сравнению со свариваемыми сталями, используемыми в судостроении, газопроводах и других аналогичных конструкциях, работающих в условиях низких температур.

В этой стали используются дорогостоящие легирующие элементы, например, ванадий.

Известна малоуглеродистая легированная сталь для производства холоднотянутой сварочной проволоки марки СВ 10 ГН, содержащая, мас.%:

Углерод Не более 0,12

Кремний 0,15-0,35

Марганец 0,90-1,20

Хром Не более 0,20

Никель 0,90-1,20

Сера Не более 0,025

Фосфор Не более 0,030

Железо Остальное

(ГОСТ 2246-70 “Проволока стальная сварочная”, технические условия. Издательство стандартов. - М., таблица 2).

Эта сталь имеет широкий диапазон изменения содержания углерода и, тем самым, создаются условия для широкого разброса механических свойств. По требованию судостроительных норм, например, предел прочности сварного соединения не должен отличаться от предела прочности свариваемого металла (сталей марок Д-32, Е-32, Д-40, Е-40, 10ХСНД) более чем на 10%.

Сварные соединения, сделанные сварочной проволокой из стали СВ 10 ГН (ГОСТ 2246-70), под плавлеными флюсами не могут быть использованы для сварки конструкций, работающих при низких температурах, например, в судостроении, так как не соблюдаются требования предъявляемые к сварным соединениям по механическим свойствам (ударной вязкости) и их соответствие свариваемому металлу.

В этой стали низкая сумма массовых долей никеля и марганца, (в пределах 1,8-2,4%), что не позволяет получить высокую ударную вязкость сварных соединений при температурах ниже -40°С. Кроме того, предел текучести этой стали порядка 420-440 Н/мм² не соответствует пределу текучести 500-570 Н/мм² сталей класса F 500 и аналогичных сталей российского производства.

Известна наиболее близкая к предложенной малоуглеродистая легированная сталь для холоднотянутой сварочной проволоки, содержащая, мас.%:

Углерод 0,04-0,06

Кремний Не более 0,20

Марганец 1,1-1,5

Хром Не более 0,10

Никель 1,7-1,9

Молибден Не более 0,08

Медь Не более 0,15

Сера Не более 0,006

Фосфор Не более 0,008

Титан 0,05-0,12

Алюминий Не более 0,04

Ванадий Не более 0,03

Мышьяк Не более 0,005

Азот Не более 0,008

Кислород Не более 0,004

Железо Остальное

при этом суммарное содержание никеля и марганца составляет 3,0-3,3 мас.%, а отношение содержания марганца к никелю 0,6-0,9. (Патент РФ №2148674, М. кл. 7 С 22 С 38/50, 38/58; В 23 К 35/30).

Эта сталь используется для изготовления холоднотянутой сварочной проволоки, применяемой для сварки конструкций, работающих в условиях низких температур и обеспечивающих предел текучести сварных соединений 500-570 Н/мм² и работу удара не менее 60 Дж при температуре -40°С и не менее 50 Дж при температуре -60°С.

Обычно в сталях с высокой величиной суммарного содержания марганца и никеля требуемые механические свойства сталей (повышение ударной вязкости) достигают за счет увеличения содержания никеля, при этом отношение содержания марганца к никелю берут меньшим 1,0, что приводит к удорожанию стали и удорожанию процесса изготовлению готовой проволоки, требующему использованию сложной и дорогостоящей технологии травления, аналогичной нержавеющему металлу.

Для сталей с низкой величиной суммарного содержания этих легирующих элементов при соотношении марганца к никелю меньшим 1,0 характерна величина предела текучести в диапазоне 390-430 Н/мм², что не позволяет применять их для строительства конструкций сталей F 500 с пределом текучести 500-570 Н/мм².

Эта сталь может обеспечить необходимый предел текучести при температуре до -60°С лишь при производстве сварки под керамическими флюсами, например, 1062 ЭСАБ, при сварке под плавлеными флюсами, например, АН-47 и ФИМС-20, она обеспечивает необходимый предел текучести лишь до -40°С. Учитывая, что керамические флюсы значительно дороже плавленых использование их при сварке значительно удорожает сварочные работы.

Технической задачей изобретения является удешевление производства малоуглеродистой легированной стали для изготовления холоднотянутой сварочной проволоки и обеспечение возможности использования ее с плавлеными флюсами с сохранением прочности соответствующей сталям класса F 500 и сталям российского производства, используемым при строительстве конструкций, работающих при температурах до -60°С.

Эта задача достигается тем, что в малоуглеродистой легированной стали для холоднотянутой сварочной проволоки, содержащей углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор, серу, железо и примеси: молибден, медь, алюминий, отношение содержания марганца к никелю взято 1,7-3,3, а сумма массовых долей никеля и марганца в пределах 2,1-2,9% при следующем соотношении компонентов, мас.% в стали:

Углерод 0,05-0,010

Кремний 0,1-0,35

Марганец 1,5-2,0

Никель 0,6-0,9

Хром Не более 0,20

Фосфор Не более 0,012

Сера Не более 0,010

Молибден Не более 0,01

Медь Не более 0,20

Азот Не более 0,012

Алюминий Не более 0,05

Железо Остальное

Отношение содержания марганца к никелю 1,7-3,3 и содержание суммы массовых долей никеля и марганца 2,1-2,9% установлены экспериментально исходя из требований к величине предела текучести сварных соединений от 480-570 Н/мм², и обеспечения работы удара от 47 до 100 Дж при температурах до -60°С.

Проведенные исследования показали, что температура, при которой резко начинает уменьшаться работа удара, находится в диапазоне от -59 до -62°С.

Снижением содержания никеля до 0,6-0,9% и повышение содержания марганца до 1,5-2,0% при суммарном их содержании 2,1-2,9% и отношении содержания марганца к никелю 1,7-3,3 достигается требуемый предел текучести при некотором снижении ударной вязкости с сохранением требований к сварным конструкциям из сталей класса F 500.

Уменьшение отношения содержания марганца к никелю ниже 1,7 ведет к снижению предела текучести сварных соединений, что не позволяет использовать эту сталь для сварки конструкций из сталей класса F 500 и аналогичных сталей российского производства.

Увеличение отношения содержания марганца к никелю больше 3,3 ведет к увеличению предела текучести выше 600 Н/мм² и появлению холодных трещин в процессе сварки без подогрева.

Результаты испытаний сварных соединений, выполненных проволокой из предложенной стали, приведены в таблице.

Выплавка стали производится в 100-тонных дуговых печах с использованием одношлаковых процессов и до 30% чугуна в заливку. Окислительный период начинается в конце расплавления, что способствует получению низкого содержания газов в металле.

Незначительное снижение характеристик пластичности по сравнению с прототипом позволяет использовать проволоку из этой стали для сварки конструкций, работающих в условиях низких температур от -40 до -60°С в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конструкциям из стали класса F 500.

При этом расход никеля снижается по сравнению с прототипом на каждые 100 т стали в среднем на 1100 кг.

Кроме того, для выплавки стали прототипа из-за низкого содержания углерода приходится использовать дорогой металлический марганец, а при выплавке предложенной стали можно использовать более дешевый силикомарганец.

Предложенная сталь позволяет эффективно применять изготовленную из нее сварочную проволоку в сочетании с дешевыми высокоосновными флюсами.

Отпадает необходимость использования в процессе производства сварочной проволоки из катанки для очистки поверхности проволоки в промежуточном размере после термообработки дорогостоящей технологии травления, аналогичной технологии травления нержавеющей проволоки.

Все это удешевляет производство сталей и сварочной проволоки из нее, а также процесс сварочных работ.

Формула изобретения

Малоуглеродистая легированная сталь для холоднотянутой сварочной проволоки, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, фосфор, серу, азот, железо и примеси: молибден, медь, алюминий, отличающаяся тем, что соотношение содержания марганца к никелю взято 1,7?3,3, а сумма массовых долей никеля и марганца в пределах 2,1?2,9 при следующем соотношении компонентов в стали, мас.%:

Углерод 0,05-0,010

Кремний 0,1-0,35

Марганец 1,5-2,0

Никель 0,6-0,9

Хром Не более 0,20

Фосфор Не более 0,012

Сера Не более 0,010

Молибден Не более 0,01

Медь Не более 0,2

Азот Не более 0,012

Алюминий Не более 0,05

Железо Остальное