Сплав для монтажной сварки трубопроводов из высокопрочного чугуна

Изобретение относится к сварке, в частности к дуговой сварке трубопроводов из высокопрочного чугуна, и может быть использовано в теплоэнергетике, нефтяной и газовой промышленности, в строительстве и др. Сплав для монтажной сварки трубопроводов из высокопрочного чугуна содержит элементы в следующем соотношении, в вес. %: углерод 1,50 - 1,70; кремний 0,70 - 0,90; марганец 0,70 - 0,80; никель 43,5 - 45,5; сера не более 0,025; фосфор не более 0,025; железо - остальное, при этом отношение содержания углерода к содержанию кремния находится в пределах 1,67 - 2,43. Сплав может быть получен в виде сварочной проволоки путем металлургического передела или в виде композиции при плавлении сварочной проволоки и электродного покрытия. Техническим результатом изобретения является получение высокой эксплуатационной надежности сварных соединений, достижение минимальной зоны отбела, получение в переходной зоне структуры графит+перлит, повышение технологичности процесса при сварке без подогрева и отжига сварных соединений, а также повышение коррозионной стойкости сварного соединения. 5 табл.

 

Изобретение относится к сварке, в частности к дуговой сварке трубопроводов (теплоэнергетика, нефтяная и газовая промышленность, строительство и др.) из высокопрочного чугуна.

Цель и задачи изобретения - создание сплава, обеспечивающего равнопрочное, равнопластичное и равнокоррозионно-стойкое сварное соединение при электродуговой сварке трубопроводов из высокопрочного чугуна.

Заявляемый сплав может быть получен в виде сварочной проволоки методом металлургического передела или как композиция при плавлении сварочной проволоки и электродного покрытия.

Применяемые для холодной сварки чугуна никелевые, железоникелевые, железомедные и медноникелевые сплавы не обеспечивают равнопрочность, равнопластичность и равную коррозионно-стойкость сварного соединения при сварке высокопрочного чугуна[1-4].

Наиболее близки к поставленным нами задачам композиция сварочной проволоки Св-08Н50(ГОСТ 2246-70) и химический состав сварного шва электродов ОЗЖН-1 (ТУ14-4-318 -73 АО «Спецэлектрод»).

Сварочная проволока Св-08Н50(ГОСТ 2246-70) как наиболее близкий аналог выбрана в качестве прототипа.

Однако опыт применения сварочной проволоки Св-08Н50 при аргонодуговой сварке и сварке штучными электродами (например, ОЗЖН-1 электродный стержень - Св-08Н50), показал, что как при сварке серого, так и особенно высокопрочного чугуна, не обеспечивается равнопрочность, равнопластичность и равная коррозионная стойкость сварного соединения по причине:

- большой зоны отбела чугуна,

- наличия в переходной зоне цементита,

- большой склонности сварного шва к образованию горячих трещин,

- весьма низкой технологичности при сварке без подогрева и отжига сварных соединений, операций дорогостоящих и трудно реализуемых при монтаже трубопроводов,

- недостаточной коррозионной стойкости сварного соединения.

Цель и задачи изобретения - устранение недостатков, присущих сплаву-прототипу.

Состав сплава для монтажной сварки трубопроводов из высокопрочного чугуна определен экспериментально исходя из следующих предпосылок:

- достижение минимальной зоны отбела,

- получение в переходной зоне структуры графит + перлит,

- обеспечение равнопрочности и равнопластичности сварного соединения,

- повышение технологичности сварки без подогрева и отжига сварных соединений,

- повышение коррозионной стойкости сварного соединения.

Основываясь на нашем большом опыте разработки сплавов для сварки чугуна [2-4], в качестве базового сплава приняли систему 50Ni-50Fe (например, сварочная проволока Св-08Н50 по ГОСТ 2246-70).

Оптимальное содержание углерода установили экспериментально на основе зависимости: содержание углерода в сплаве - величина зоны отбела сварного соединения труб из ВЧШГ.

Содержание углерода в сплаве варьировали в диапазоне 0,5-2,5% за счет изменения углерода в сварочной проволоке (лабораторные плавки в индукционной печи) или содержания графита в электродном покрытии основного типа.

Исходили из концепции: для достижения химической однородности сварного соединения содержания углерода в сплаве и чугуне должно быть одного порядка (содержание углерода в чугуне 3,2-3,9 вес.%).

Минимальную зону отбела наблюдали при содержании углерода в сплаве 1,5-1,7% -таблица 1.

Уменьшение зоны отбела увеличивает пластичность сварного соединения: рост угла загиба при статическом изгибе.

Влияние содержания углерода в сплаве 170Н45ГС на протяженность зоны отбела и угол загиба сварного соединения (трубы 200х6 из ВЧШГ).

Таблица 1
Содержание С в сплаве, вес.%0,1 прототип1,51,61,71,8
Протяженность зоны отбела, мкм500705050100
Угол загиба при статическом изгибе,°2080909040

Для обеспечения перлитной (перлитно-ферритной) структуры в зоне сплавления изучили влияние соотношения углерода и кремния (элементов, конкурирующих при графитизации) на структуру зоны сплавления, протяженность зоны отбела и механические свойства сварных соединений.

Влияние содержания углерода, кремния и их соотношения в сплаве 170Н45ГС на структуру зоны сплавления, протяженность зоны отбела и механические свойства сварных соединений.

Таблица 2
Содержание С, вес.%Прототип 0,081,21,51,61,72,0
Содержание, Si вес.%0,51,00,90,80,70,6
Соотношение С/ Si0,161,21,672,02,433,33
Структура зоны сплавленияЦ+П+ФЦ+ПП+ФП+ФПЦ+П
Протяженность зоны отбела, мкм320170606570120
Прочность σв МПа342374455461444482
Удлинение δ,%3,14,27,46,97,33,8
Угол загиба при статическом изгибе, °442890809333

С целью сохранения наиболее благоприятной с позиций механических свойств перлитной (или ферритно-перлитной) структуры зоны сплавления необходимо соблюдать соотношение графитизаторов С и Si в пределах 1,67-2,43. Появление в зоне сплавления цементита снижает пластичность сварного соединения.

В развитие наших исследований [2] о влиянии содержания никеля в сварном шве на свойства сварных соединений при сварке серого чугуна (это количество определено как 32-37%) установлено (таблица 3) оптимальное содержание никеля в сплаве для сварки центробежно-литых труб из высокопрочного чугуна, которое равно 43,5-45,5%.

Влияние содержания никеля в сплаве 170Н45ГС на свойства сварных соединений.

Таблица 3
Содержание Ni, вес.%37,043,544,045,546,0Прототип

50,5
Структура зоны сплавленияП+Ф+ЦП+ФП+ФППП+Ф
Протяженность зоны отбела, мкм854844386155
Прочность σв, МПа340465453444'360293
Текучесть σ0.2, МПа183390392388361265
Удлинение, δ%1,87,78,18,35,83,6
Угол загиба при статическом изгибе, °128690783438

43,5-45,5% никеля в сплаве 170Н45ГС обеспечивают равнопрочность и равнопластичность сварного соединения труб из ВЧШГ. Уменьшение содержания никеля снижает пластичность сварного соединения, увеличение Ni - уменьшает прочность: σв и особенно σ0.2.

Содержание в сплаве 43,5-45,5 вес.% Ni обеспечивает легирование никелем сварного шва в диапазоне 32-37 вес.%.

Далее определили влияние марганца в сплаве на склонность к горячим трещинам сплава 170Н45ГС. Увеличение содержания марганца до 0,7-0,8% (против ≤0,50% в прототипе) повышает сопротивляемость сплава образованию горячих трещин (таблица 4).

Таблица 4

Влияние содержания марганца на склонность к горячим трещинам сплава 170Н45ГС.х)
Содержание Mn, вес.%0,5 прототип0,60,70,80,9
Оценка склонности к горячим трещинам по методике МВТУ, Δмм/минхх)81015181 1
Оценка склонности к горячим трещинам при сварке натурных образцов, количество трещин21нетнет2

Х) S≤0,025 и Р≤0,025;

ХХ) Критическая скорость растяжения свариваемых пластин -скорость перемещения зажимов испытательной машины, приводящая к образованию горячих трещин.

Коррозионную стойкость заявляемого сплава 170Н45ГС и сварочной проволоки Св-08Н50 - прототипа оценили при испытаниях сварных образцов из высокопрочного чугуна в средах: в среде по стандарту NACE ТМО 1-77(96), содержащей H2S, и в среде, содержащей CO2. Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5
Наименование сплаваСкорость коррозии, мм/год
H2SСО2
170Н45ГС0,3100,324
08Н500,6930,493

Как видно, коррозионная стойкость заявляемого сплава существенно превышает аналогичную характеристику прототипа.

Промышленные испытания в реальных нефтепромысловых средах, содержащих Н2S и СО2, подтвердили результаты лабораторных исследований.

В результате исследований, стендовых и промышленных испытаний разработан сплав для монтажной сварки трубопроводов из высокопрочного чугуна, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, серу, фосфор и железо в следующем соотношении, в вес.%:

Углерод1,5-1,7
Кремний0,70-0,90
Марганец0,70-0,80
Никель43,5-45,5
Серане более 0,025
Фосфорне более 0,025
Железоостальное,

при этом отношение содержания углерода к содержанию кремния находится в пределах 1,67-2,43.

Источники информации

1. Электроды для дуговой сварки и резки. Каталог АО «Спецэлектрод».

2. Авторское свидетельство №1050837 В 23 К 35/365.

3. Авторское свидетельство №1074691 В 23 К 35/365.

4. Авторское свидетельство №833407 В 23 К 35/365.

1. Сплав для монтажной сварки трубопроводов из высокопрочного чугуна, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он содержит элементы в следующем соотношении, вес. %:

Углерод1,50 - 1,70
Кремний0,70 - 0,90
Марганец0,70 - 0,80
Никель43,5 - 45,5
СераНе более 0,025
ФосфорНе более 0,025
ЖелезоОстальное

при этом отношение содержания углерода к содержанию кремния находится в пределах 1,67 - 2,43.

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он получен в виде сварочной проволоки путем металлургического передела.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он получен в виде композиции при плавлении сварочной проволоки и электродного покрытия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа под давлением около 1035 - 7590 кПа и при температуре около -123 до около -62oС.

Изобретение относится к системам наземной транспортировки находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123oС до примерно -62oС.

Изобретение относится к системам хранения сжиженного природного газа под давлением (СПГД-топлива) от примерно 1035 до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123 до примерно -62oС и подачи испаряющегося СПГД-топлива для сгорания в двигателе.

Изобретение относится к системе для обработки, хранения и транспортировки газа при высоком давлении и криогенной температуре. .

Изобретение относится к производству стали для магистральных трубопроводов для транспортировки природного газа, сырой нефти и т.п. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к магнитопроводам насыщающихся реакторов и импульсных трансформаторов. .

Сталь // 2055931
Изобретение относится к металлургии, в частности к стали, используемой преимущественно в машиностроении. .

Изобретение относится к шихте для получения конструкционного спеченного материала на основе железа. .

Изобретение относится к металлургии, конкретно к магнитным сплавам. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам пористых сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано в медицинской технике, конкретно в производстве медицинских материалов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам жаропрочных низкоуглеродистых хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может быть использовано при изготовлении реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок, работающих при температуре 650-950oС при давлении до 50 атм.

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам жаропрочных низкоуглеродистых хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может быть использовано при изготовлении реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок, работающих при температуре 700-1060oС при давлении до 46 атм.

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам жаропрочных низкоуглеродистых хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может быть использовано при изготовлении реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок, работающих при 700-950oС и давлении до 50 атмосфер.

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам жаропрочных низкоуглеродистых хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может быть использовано при изготовлении реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок, работающих при температуре 700-950oС при давлении до 50 атм.

Изобретение относится к железоникелевому суперсплаву типа IN 706. .

Изобретение относится к сплавам на основе железа (сталям), обладающим сочетанием памяти формы и демпфирующих свойств. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении монокристаллических изделий из жаропрочных сплавов заданной кристаллографической ориентации, например лопаток ГТД и ГТУ.

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающего при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца.

Изобретение относится к сварке, в частности к дуговой сварке трубопроводов из высокопрочного чугуна, и может быть использовано в теплоэнергетике, нефтяной и газовой промышленности, в строительстве и др

Наверх