Экономнолегированный электрод марки 48xh-7 для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей
Владельцы патента RU 2268129:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Изобретение может быть использовано при производстве электродов для сварки высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа. Металлический стержень выполнен из проволоки марки Св-10ГНА. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 35,2-48,6, плавиковый шпат 17,0-24,0, кварцевый песок 4,0-10,0, рутиловый концентрат 6,0-12,0, железный порошок 10,0-15,0, никелевый порошок 0,4-0,8, комплексная лигатура 8,0-12,0, жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) 23,0-28,0. Комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: титан 25,00-35,00, кремний 2,00-6,00, алюминий 9,00-15,00, марганец 8,00-12,00, церий 0,02-1,00, бор 0,50-1,50, железо остальное. Электрод обеспечивает высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости сварных соединений хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С. 3 табл.
Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки хладостойких высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа.
Известны электроды, используемые для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности типа Э-138/50Н.
Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов, и взятым в качестве прототипа, является электрод марки Э-138/50Н типа Э50А ("Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов", И.А.Закс, изд. СПб: "WELCOME", 1996 г., стр.336, 337), состоящий из стержня - проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего в мас.%:
| Мрамор | 53 |
| Плавиковый шпат | 22 |
| Кварцевый песок | 9 |
| Ферротитан | 15 |
| Ферросилиций | 1 |
| Жидкое стекло натриевое | |
| (к массе сухой шихты) | 28-30 |
Основным недостатком этих электродов является ограниченная хладостойкость металла шва до минус 20°С, повышенная склонность его к образованию пор, а также низкие сварочно-технологические свойства.
Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки низколегированных высокопрочных хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С, обеспечивающего в металле шва высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости.
Технический результат достигается тем, что электрод марки 48ХН-7, состоящий из стержня-проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и стекло натриевое, дополнительно содержит рутиловый концентрат, никелевый порошок, комплексную лигатуру и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Мрамор | 35,2-48,6 |
| Плавиковый шпат | 17,0-24,0 |
| Кварцевый песок | 4,0-10,0 |
| Рутиловый концентрат | 6,0-12,0 |
| Железный порошок | 10,0-15,0 |
| Никелевый порошок | 0,4-0,8 |
| Комплексная лигатура | 8,0-12,0 |
| Жидкое стекло натриевое | |
| (к массе сухой смеси) | 23,0-28,0 |
при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, %:
| Титан | 25,00-35,00 |
| Кремний | 2,00-6,00 |
| Алюминий | 9,00-15,00 |
| Марганец | 8,00-12,00 |
| Церий | 0,02-1,00 |
| Бор | 0,50-1,50 |
| Железо | остальное |
Введение в покрытие лигатуры в количестве 8-12% по массе обеспечивает содержание в металле шва 0,0015-0,0025% бора, 0,02-0,03% титана, 0,01-0,03% алюминия, что повышает его хладостойкость. Работа удара металла шва при температуре минус 60°С более 47 Дж.
Повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости, объясняется введением в покрытие железного порошка и рутилового концентрата, которые совместно с композицией мраморплавиковый шпаткварцевый песок позволяют получать благоприятное формирование металла шва, самопроизвольную отделимость шлаковой корки.
Введение в покрытие железного порошка приводит к повышению производительности сварки (коэффициент наплавки 10 г/Ач) и низким потерям электродного металла (коэффициент потерь менее 1,5%). Увеличение содержания железного порошка в покрытии (более 15%) затрудняет производство сварки в положениях, отличных от нижнего. Введение в покрытие рутилового концентрата в количестве 6-12% позволяет получить наряду с хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью металла шва к порообразованию, гарантированное содержание 0,02-0,03% титана в металле шва. Увеличение содержания в покрытии рутилового концентрата более 12% приводит к повышению содержания в металле шва титана и как следствие снижению механических характеристик металла шва.
Введение в покрытие никелевого порошка 0,4-0,8% и комплексной лигатуры 8-12% позволяет получить оптимальное легирование, микролегирование, модифицирование и раскисление металла шва, а также перлитно-ферритную мелкозернистую структуру. Увеличение содержания никелевого порошка в покрытии (более 0,8%) приводит к повышению прочностных характеристик металла шва.
Увеличение содержания комплексной лигатуры в покрытии, более 12% приводит к избыточному микролегированию металла шва и как следствие к снижению работы удара и склонности к трещинообразованию. При недостаточном микролегировании и легировании металла шва (содержание комплексной лигатуры в покрытии менее 8%) снижается работа удара, что вызвано увеличением размера зерна и уменьшением в структуре количества игольчатого феррита и бейнита.
Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей. Были выполнены слитки стали марки 10ГНА с химическим составом, приведенным в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получены металлические стержни ⊘4 мм.
Электроды были изготовлены в опытном производстве на установке для производства покрытых электродов швейцарской фирмы "Эрликон".
Опытные образцы электродов испытывались на высокопрочных хладостойких низколегированных сталях марки F500 и стали марки Ст3сп.Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=150-170 А, Uд=22-24 В, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла 80-120°С. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений.
Из металла сварных швов, полученного электродами 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 металла шва представлены в таблице 3.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Химический состав стали марки 10ГНА | |||||||||||
| С | Si | Mn | Cr | Ni | S | Р | |||||
| Н.б.0,12 | 0,15-0,35 | 0,9-1,2 | Н.б. 0,2 | 0,9-1,2 | Н.б. 0,012 | Н.б. 0,015 | |||||
| Таблица 2 | |||||||||||
| Химический состав покрытий известного и заявленного электродов | |||||||||||
| Состав | № | Состав покрытия, мас.% | |||||||||
| Плавиковый шпат | Кварцевый песок | Рутиловый конц. | Ферротитан | Ферросилиций | Лигатура | Железный пор. | Никелевый пор. | Мрамор | Жидкое стекло | ||
| Заявляемый | 1 | 24 | 10 | 12 | - | - | 8 | 10 | 0,8 | 35,2 | 23 |
| 2 | 20 | 7 | 9 | - | - | 10 | 15 | 0,6 | 38,4 | 25 | |
| 3 | 17 | 4 | 6 | - | - | 12 | 12 | 0,4 | 48,6 | 28 | |
| Изв. | 4 | 22 | 9 | - | 15 | 1 | - | - | - | 53,0 | 28-30 |
| Таблица 3 | |||||||||||
| Результаты сравнительных испытаний известных и заявляемых электродов | |||||||||||
| Состав | № | Механические характеристики металла шва | Сварочно-технологические характеристики | ||||||||
| σ02, МПа | σв, МПа | δ, % | Работа удара KV, Дж | ||||||||
| Т=0°С | Т=-20°С | Т=-40°С | Т=-60°С | Кол-во пор (св. тавр. пробы) | Производит. | Отд. шлака | |||||
| Заявляемый | 1 | 490 | 590 | 27 | 134 | 102 | 65 | 53 | 0 | 10 г/Ач | Хор. 100% |
| 2 | 530 | 610 | 24 | 165 | 130 | 124 | 105 | 0 | 10 г/Ач | Хор. 100% | |
| 3 | 502 | 602 | 25 | 125 | 115 | 75 | 68 | 0 | 10 г/Ач | Хор. 100% | |
| Изв. | 4 | 450 | 560 | 24 | 80 | 50 | 25 | 16 | 15 | 8,5 г/Ач | Уд. 70% |
| Примечание: 1. Данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на одну точку. |
Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным позволяет получить более высокие прочностные характеристики и хладостойкость металла шва. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает более высокие сварочно-технологические характеристики электродов и отсутствие пористости в металле шва.
Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности установок за счет повышения хладостойкости металла шва и снижения пористости, а также снижения трудоемкости сварочных работ за счет повышения сварочно-технологических характеристик электрода.
Электрод для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей, включающий стержень из проволоки марки Св-10ГНА и покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и жидкое натриевое стекло, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно железный порошок, комплексную лигатуру, рутиловый концентрат и никелевый порошок при содержании компонентов в покрытии в следующем соотношении, мас.%:
| Мрамор | 35,2-48,6 |
| Плавиковый шпат | 17,0-24,0 |
| Кварцевый песок | 4,0-10,0 |
| Рутиловый концентрат | 6,0-12,0 |
| Железный порошок | 10,0-15,0 |
| Никелевый порошок | 0,4-0,8 |
| Комплексная лигатура | 8,0-12,0 |
| Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) | 23,0-28,0 |
при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%
| Титан | 25,00-35,00 |
| Кремний | 2,00-6,00 |
| Алюминий | 9,00-15,00 |
| Марганец | 8,00-12,00 |
| Церий | 0,02-1,00 |
| Бор | 0,50-1,50 |
| Железо | Остальное |
