Электрод марки эа-868/20 для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного класса

Изобретение может быть использовано при производстве электродов для сварки высокопрочных сталей различного класса, в том числе аустенитных марганцовистых сталей. Металлический стержень выполнен из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ (ЭП-868). Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 34,0-49,0, плавиковый шпат 28,0-45,0, кварцевый песок 3,0-5,0, ферротитан 3,0-8,0, ферросилиций 2,0-5,0, марганец металлический 2,0-8,0, феррованадий 2,0-6,0, жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) 23,0-28,0. Электрод обеспечивает высокие прочностные свойства металла шва, низкую склонность к образованию горячих трещин, пор в корневых проходах и хорошую отделимость шлаковой корки. 3 табл.

 

Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки высокопрочных сталей различного класса.

Из известных электродов, используемых для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности, наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов покрытия является электрод марки ЭА-981/15 ("Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов", И.А.Закс, изд. СПб: "WELCOME", 1996 г., стр. 342, 343), состоящий из стержня - проволоки марки ЭИ-981 (Св-09Х16Н25М6АФ) и электродного покрытия, содержащего в мас.%:

Мрамор	49
Плавиковый шпат	26
Марганец металлический	6
Ферротитан	5
Двуокись титана	6
Ферросилиций	4
Сурик железный	2
Феррованадий	4
Жидкое стекло натриевое
(к массе сухой смеси)	23-30

Основным недостатком этих электродов является недостаточно высокие прочностные характеристики получаемого металла шва, повышенная склонность его к порообразованию при сварке в потолочном положении, а также горячих трещин в корневых проходах, неудовлетворительная отделимость шлаковой корки при сварке аустенитных марганцовистых сталей.

Техническим результатом является создание электрода для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного класса, обеспечивающих более высокие прочностные свойства металла шва, низкую склонность к образованию горячих трещин, пор в корневых проходах и хорошую отделимость шлаковой корки при сварке всех типов высокопрочных сталей, в том числе аустенитных марганцовистых сталей.

Технический результат достигается тем, что электрод марки ЭА-868/20, состоит из металлического стержня - проволоки и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, ферротитан, ферросилиций, марганец металлический, феррованадий. Согласно изобретению стержень выполнен из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ, а покрытие дополнительно содержит кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор	34,0-49,0
Плавиковый шпат	28,0-45,0
Кварцевый песок	3,0-5,0
Ферротитан	3,0-8,0
Ферросилиций	2,0-5,0
Марганец металлический	2,0-8,0
Феррованадий	2,0-6,0
Жидкое стекло натриевое
(к массе сухой смеси)	23,0-28,0

причем в качестве стержня используется проволока марки ЭП-868 (Св-10Х19Н23Г2М5ФАТ).

Данное соотношение компонентов в электродном покрытии и легированном стержне из проволоки ЭП-868 позволяет получить электроды, обеспечивающие: высокую стабильность горения дуги, самопроизвольную отделимость шлаковой корки как при сварке перлитных, так и аустенитных марганцовистых сталей, низкую склонность к горячим трещинам, отсутствие пор и высокие прочностные свойства металла шва.

Повышение сварочно-технологических характеристик и снижение склонности металла шва к пористости объясняется заменой в покрытии двуокиси титана на кварцевый песок. Использование двуокиси титана в покрытии приводит при сварке марганцовистых аустенитных сталей к образованию шпинелей, препятствующих отделимости шлаковой корки.

Установленное легирование металла шва позволяет получить высокие прочностные характеристики металла шва - предел текучести не менее 560 МПа, предел прочности не менее 800 МПа и низкую магнитопроницаемость μ≤1,01 металла шва. Получаемые высокие прочностные характеристики металла шва позволяют снизить расход сварочных электродов, в сравнении с электродами марки ЭА-981/15, на 10-15%.

Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного классов, в том числе и высокопрочных чисто аустенитных азотистых марганцовистых сталей. Изготовление металлического сердечника включало выплавку слитков из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ, химический состав приведен в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получен металлический стержень ⊘ 4 мм.

Электроды были изготовлены в опытном производстве на установке для производства покрытых электродов швейцарской фирмы "Эрликон".

Опытные образцы электродов испытывались на высокопрочных низколегированных и аустенитных марганцовистых сталях. Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=140-160 А, Uд=22-26 B, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла не более 100°С.

Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений.

Из металла сварных швов, полученного при использовании электродов предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств.

Химический состав покрытий предлагаемого и известного сварочного электрода представлены в таблице 2. Данные сравнительных испытаний механических свойств представлены в таблице 3. Технико-экономическая эффективность от использования предлагаемого изобретения выразится в повышении надежности и долговечности изделий, сваренных данными электродами, за счет повышения прочности металла сварного шва и уменьшения склонности металла к образованию горячих трещин.

Таблица 1 Химический состав стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ
С	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Ti	S	P	V	N2	Fe
0,08 0,12	Н.б. 0,4	1,5 2,5	18,0 20,0	22,0 24,0	4,5 5,8	0,20 0,45	Н.б. 0,015	Н.б. 0,020	1,0 1,3	0,20 0,35	Ост.
Таблица 2 Химический состав покрытий известного и заявленного электродов
Состав	№	Состав покрытия, мас.%
Плавиковый шпат	Кварцевый песок	Двуокись титана	Ферротитан	Ферросилиций	Марганец мет.	Сурик	Феррованадий	Мрамор	Жидкое стекло
Заявляемый	1	45	5	-	3	5	2	-	6	34	23
	2	37	4	-	5	3	5	-	4	42	25
3	28	3	-	8	2	8	-	2	49	28
Изв.	4	26	-	6	5	4	6	2	4	47	28-30
Таблица 3 Результаты сравнительных испытаний электродов
Состав	№	Характеристики металла шва	Количество пор на 100 мм св. шва. Потолочное полож. Свар.	Отделимость шлаковой корки, % (марганц. аустенит. ст.)
		Предел текучести, МПа			Предел прочности, МПа	Отн. удлинение, %	Работа удара KV, Дж
Т=20°С	Т=-40°С
Заявляемый	1	575	798	32	68	65	Отс.	Хор.(100%)
	2	587	805	32	74	63	Отс.	Хор.(100%)
3	592	807	31	72	66	Отс.	Хор.(100%)
Изв.	4	530	750	32	74	68	3	Неуд. (15%)
Примечание - Данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на одну точку.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным обеспечивает сварному шву более высокие прочностные характеристики, низкую склонность к образованию пор и горячих трещин. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает отсутствие пригаров на сварном шве при сварке аустенитных марганцовистых сталей.

Электрод для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного класса, состоящий из металлического стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, ферротитан, ферросилиций, марганец металлический, феррованадий и жидкое стекло, отличающийся тем, что металлический стержень выполнен из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ (ЭП-868), а покрытие электрода дополнительно содержит кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор	34,0-49,0
Плавиковый шпат	28,0-45,0
Кварцевый песок	3,0-5,0
Ферротитан	3,0-8,0
Ферросилиций	2,0-5,0
Марганец металлический	2,0-8,0
Феррованадий	2,0-6,0
Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)	23,0-28,0