Порошковая проволока для износостойкой наплавки
Изобретение может быть использовано при наплавке инструмента, работающего в условиях термомеханического циклического нагружения, например стальных валков станов горячей прокатки. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей, мас.%: ферровольфрам 11,52-12,96, феррованадий 0,72-0,78, феррохром 4,48-5,04, ферромарганец 1,62-1,77, кремнефтористый натрий 1,07-1,20, графит 0,26-0,29, силикокальций 0,05-0,10, плавикошпатовый концентрат 0,20-0,40, железный порошок 13,46-14,08, оболочка остальное. Коэффициент заполнения проволоки порошкообразной шихтой составляет 34-36%. Проволока обладает высокими сварочно-технологическими свойствами, позволяет повысить разгаростойкость наплавленного металла и отсутствие пор. 2 табл.
Изобретение относится к области наплавки инструмента, работающего в условиях термомеханического циклического нагружения, например стальных валков станов горячей прокатки.
Известна порошковая проволока (Авт. св. СССР №339368, М. кл. В 23 К 35/36, опубл. 24.05.1972), которая предназначена для износостойкой наплавки изделий, работающих при значительных нагрузках и повышенной температуре, содержащая следующие компоненты, мас.%:
| Феррованадий | 0,3-0,8 |
| Молибден | 4-11,0 |
| Никель | 0,3-5,5 |
| Ферроалюминий | 0,2-4,0 |
| Ферротитан | 0,3-4,5 |
| Феррониобий | 0,1-3,0 |
| Азот | 0,01-0,4 |
| Углерод | 0,1-0,8 |
| Кремний | 0,1-3,0 |
| Марганец | 5,0-14,0 |
| Хром | 2,5-14,0 |
| Бор | 0,001-1 |
| Вольфрам | 0,1-5,5 |
| Оболочка | остальное |
Наплавленный металл при использовании указанной проволоки обладает низкой разгаростойкостью и срок эксплуатации наплавленной детали в условиях термомеханических нагрузок невысок.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по химическому составу и назначению является состав порошковой проволоки для наплавки (Авт. св. СССР №449790, М. кл. В 23 К 35/30, опубл. 15.11.1974) металла с повышенной износостойкостью и работающего при повышенных температурах, содержащий, мас.%:
| Феррохром | 6-8 |
| Ферромолибден | 5,5-8,0 |
| Феррованадий | 0,8-1,8 |
| Ферросилиций | 0,5-2,0 |
| Ферромарганец | 0,2-1,0 |
| Графит | 0,05-0,25 |
| Кремнефтористый натрий | 1,5-3,5 |
| Ферровольфрам | 3,5-5,0 |
| Железный порошок | 3,0-14,0 |
| Оболочка | остальное |
Недостатком прототипа является то, что металл, наплавленный указанной проволокой, обладает низкими сварочно-технологическими свойствами, качеством (наличием пор) и разгаростойкостью, поэтому срок эксплуатации наплавленной детали в условиях циклических термомеханических нагрузок невысок.
Задачей данного изобретения является повышение сварочно-технологических свойств, качества (отсутствие пор) и разгаростойкости наплавленного металла.
Поставленная задача достигается тем, что в шихту, содержащую ферровольфрам, феррованадий, феррохром, ферромарганец, кремнефтористый натрий, графит и железный порошок дополнительно вводится силикокальций и плавикошпатовый концентрат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ферровольфрам | 11,52-12,96 |
| Феррованадий | 0,72-0,78 |
| Феррохром | 4,48-5,04 |
| Ферромарганец | 1,62-1,77 |
| Кремнефтористый натрий | 1,07-1,20, |
| Плавикошпатовый концентрат | 0,20-0,40 |
| Силикокальций | 0,05-0,10 |
| Графит | 0,26-0,29 |
| Железный порошок | 13,46-14,08 |
| Оболочка | остальное |
а коэффициент заполнения проволоки порошкообразной шихтой составляет 34-36%.
Введение силикокальция в количестве 0,05-0,10% в порошковую проволоку позволяет уменьшить содержание кислорода в наплавленном металле, так как кальций активно связывается с ним, а также уменьшает содержание серы в металле шва за счет образования сульфидов. В результате повышаются механические характеристики наплавленного металла, снижается склонность к образованию горячих трещин и повышается его разгаростойкость.
Плавикошпатовый концентрат введен в порошковую проволоку как элемент, увеличивающий коэффициент перехода легирующих элементов и эффективно влияющий на улучшение сварочно-технологических свойств с обеспечением хорошего формирования и качества наплавленного металла, хорошей отделимости шлаковой корки и уменьшением газонасыщенности наплавленного металла. Особенно эффективно его влияние проявляется при содержании 0,2-0,4% в сочетании с кремнефтористым натрием.
Кремнефтористый натрий введен для уменьшения газонасыщенности (порообразования) наплавленного металла. Содержание кремнефтористого натрия менее 1,07% приводит к образованию пор в наплавленном металле, а повышение его содержания более 1,20% не влияет на снижение газонасыщенности наплавленного металла.
Введение феррованадия от 0,72 до 0,78% позволяет достигнуть достаточной прочности металла шва за счет измельчения размера зерна и предотвращения его роста при повышенных температурах, что позволяет улучшить механические характеристики (прочность и пластичность).
Графит в состав порошковой проволоки вводится для повышения твердости и износостойкости наплавленного металла. При содержании графита менее 0,26% твердость и износостойкость являются недостаточными. При содержании выше 0,29% из-за высокой твердости наплавленного металла снижается его стойкость против образования трещин и выкрашивания в процессе эксплуатации.
Ферромарганец введен в состав порошковой проволоки как раскислитель сварочной ванны, а также как легирующий элемент. Оптимальное содержание ферромарганца в проволоке 1,62-1,77%.
Применение в качестве легирующего элемента феррохрома улучшает окалиностойкость, следовательно, и износостойкость, сохраняет прочность металла при циклических нагревах-охлаждениях. Вышеуказанные свойства проявляются наиболее эффективно при содержании феррохрома в количестве от 4,48 до 5,04%. Дальнейшее повышение феррохрома приводит к снижению теплостойкости и пластичности.
Ферровольфрам вводится в состав порошковой проволоки с целью повышения красностойкости, теплостойкости и твердости. При содержании ферровольфрама в количестве 11,52-12,96% его влияние наиболее выражено наиболее сильно.
Железный порошок вводится в состав шихты для обеспечения требуемого химического состава наплавленного металла.
При заполнении стальной оболочки порошкообразной шихтой коэффициент заполнения составляет 34-36%. При таком коэффициенте заполнения при последующем волочении для формирования окончательного размера проволоки происходит плотное сжатие кромок, предотвращающее просыпание шихтовых материалов.
Для оценки сварочно-технологических свойств, качества и стойкости против образования трещин разгара наплавленного металла производили наплавку (Таблица 1) валков станов горячей прокатки проволокой трех вариантов состава в пределах заявленного.
Порошковую проволоку изготавливают путем заполнения оболочки из особо мягкой ленты размером 0,8×15 мм из стали 08КП шихтой (коэффициент заполнения от 34 до 36%) и последующим волочением до получения диметра 3,6 мм.
Наплавку производили на вальценаплавочном станке КЖ9711 под флюсом марки АН-20С постоянным током обратной полярности по следующему режиму: сила тока 350-380 А, напряжение на дуге 28-32 В, скорость наплавки 32-36 м/час.
Сварочно-технологические свойства наплавленного металла оценивали визуально.
Отсутствие пор в наплавленном металле оценивали после механической обработки валков методом магнитопорошковой дефектоскопии. Внешний вид и качество формирования сварных швов определяли по системе: хорошее - гладкая блестящая поверхность шва с плавным переходом от шва к основному металлу; удовлетворительное - шов матовый, имеет чешуйчатый характер, переход от шва к основному металлу неровный; неудовлетворительное - шов имеет подрезы, наплывы, поверхность шва неровная.
Отделимость шлаковой корки оценивали по системе: хорошая - шлаковая корка самопроизвольно отделяется без применения механических усилий; удовлетворительная - шлаковая корка отделяется при постукивании молотком; неудовлетворительная - шлаковая корка удаляется только с помощью зубила и молотка. Результаты оценки качества представлены в Таблице 2.
Использование предложенного состава (Таблица 2) позволяет улучшить сварочно-технологические свойства, качество, повысить работоспособность наплавленного инструмента за счет повышения стойкости против образования трещин разгара при одновременном повышении стойкости против выкрашивания, так как трещины являются их причинами. Повышение качества наплавленного металла позволяет снизить трудозатраты на перенаплавку и уменьшить парк валков. Повышение разгаростойкости валков горячей прокатки приводит к уменьшению количества перевалок и, следовательно, повышает производительность стана. Снижение склонности наплавленного металла к образованию выкрашивания приводит к отсутствию дефектов на прокатываемом металле, что приводит к повышению его качества.
| Таблица 1 | |||
| Состав порошковой проволоки | Содержание компонентов, мас.% (варианты) | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Ферровольфрам | 11,52 | 12,24 | 12,96 |
| Феррованадий | 0,72 | 0,75 | 0,78 |
| Феррохром | 4,48 | 4,76 | 5,04 |
| Ферромарганец | 1,62 | 1,70 | 1,77 |
| Кремнефтористый натрий | 1,07 | 1,14 | 1,20 |
| Плавикошпатовый концентрат | 0,20 | 0,30 | 0,40 |
| Силикокальций | 0,05 | 0,07 | 0,10 |
| Графит | 0,26 | 0,27 | 0,29 |
| Железный порошок | 14,08 | 13,77 | 13,46 |
| Оболочка | остальное | остальное | остальное |
| Таблица 2 | ||||
| Показатели | Состав (варианты) | |||
| 1 | 2 | 3 | Прототип | |
| 1. Сварочно-технологические свойства: | ||||
| 1.1. Отделимость шлаковой корки; | Хорошая | Хорошая | Хорошая | Удовлетворительная |
| 1.2. Внешний вид и формирование сварного шва. | Хорошие | Хорошие | Хорошие | Удовлетворительные |
| 2. Качество: | ||||
| 2.1 Поры на поверхности. | Нет | Нет | Нет | 6-10 на 0,12 м2 |
| 3. Эксплутационные характеристики: | ||||
| 3.1 Количество циклов до зарождения первой трещины; | 16240 | 19550 | 18597 | 10504 |
| 3.2 Количество случаев выкрашивания; | 1 | 3 | 4 | 10 |
| 3.3 Износостойкость, тн | 3897 | 4692 | 4463 | 2521 |
Порошковая проволока для износостойкой наплавки, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферровольфрам, феррованадий, феррохром, ферромарганец, кремнефтористый натрий, графит и железный порошок, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит силикокальций и плавикошпатовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ферровольфрам | 11,52-12,96 |
| Феррованадий | 0,72-0,78 |
| Феррохром | 4,48-5,04 |
| Ферромарганец | 1,62-1,77 |
| Кремнефтористый натрий | 1,07-1,20 |
| Плавикошпатовый концентрат | 0,20-0,40 |
| Силикокальций | 0,05-0,10 |
| Графит | 0,26-0,29 |
| Железный порошок | 13,46-14,08 |
| Оболочка | Остальное |
а коэффициент заполнения проволоки порошкообразной шихтой составляет 34-36%.
