Электрод для сварки хладостойких низколегированных трубных сталей категории к60, х70
Владельцы патента RU 2383419:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" (ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU)
Изобретение может быть использовано для сварки без предварительного подогрева конструкций из хладостойких низколегированных сталей с пределом текучести более 480 МПа, работающих при температурах до минус 40°С. Электрод состоит из низколегированного стержня с нанесенным на него покрытием, содержащим, мас.%: мрамор 40-50, плавиковый шпат 14-23, кварцевый песок 6-10, рутил 3-6, комплексный компонент 8-20, ферросилиций 3-8, марганец металлический 1,5-6, ферромолибден 0,5-3. Кроме того, покрытие содержит сверх массы сухой смеси компонентов соду 0,5-2,0 мас.% и жидкое стекло натриевое 23-28 мас.%. Комплексный компонент в виде минерального сплава содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 35-40, плавиковый шпат 10-18, кварцевый песок 18-22, глинозем 28-35, двуокись титана 3-5 и РЗМ в виде оксидов церия и лантана 1-10. Электрод обеспечивает высокие механические свойства металла шва при низких температурах и обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами. 3 табл.
Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано для монтажной сварки стыков и ремонта труб из хладостойких низколегированных сталей категории прочности К60, Х70, а также в различных областях промышленности для сварки перлитных сталей с пределом текучести от 400 до 500 МПа.
Известны электроды, используемые для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности типа 48ХН-3. Эти электроды не отвечают современным требованиям, предъявляемым классификационными обществами для сварки труб категории К60, Х70 в части прочностных свойств и сварочно-технологических характеристик электродов.
Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов и взятым в качестве прототипа является электрод марки 48ХН-3 типа Э40А (патент №2302327), состоящий из стержня - проволоки марки Св-08А и электродного покрытия, содержащего в мас.%:
| Мрамор | 34-52 |
| Плавиковый шпат | 9-25 |
| Кварцевый песок | 6-15 |
| Двуокись титана | 3-15 |
| Ферросилиций | 3-15 |
| Ферромарганец | 3-15 |
| Сурик железный | до 5 |
| Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) | 23-28 |
Основными недостатками этих электродов является низкие прочностные свойства для сварки сталей категории К60, Х70 и недостаточно высокие сварочно-технологические характеристики электродов при сварке отличного от нижнего положения.
Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки хладостойких низколегированных сталей категории К60, Х70, работающих при температурах минус 40°С, обеспечивающего наряду с более высокими по сравнению с аналогом механическими свойствами металла шва высокие сварочно-технологические характеристики электродов.
Технический результат достигается тем, что электрод состоит из стержня-проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, ферросилиций, марганец металлический, жидкое стекло натриевое, в электродном покрытии дополнительно содержится сода, рутил, комплексный компонент и ферромолибден, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Мрамор | 40-50 |
| Плавиковый шпат | 14-23 |
| Кварцевый песок | 6-10 |
| Рутил | 3-6 |
| Комплексный компонент | 8-20 |
| Ферросилиций | 3-8 |
| Марганец металлический | 1,5-6 |
| Ферромолибден | 0,5-3 |
| Сода | 0,5-2 |
| (к массе сухой смеси) | |
| Жидкое стекло натриевое | 23-28 |
| (к массе сухой смеси) |
При этом комплексный компонент (минеральный сплав) содержит элементы в следующем соотношении, %:
| Мрамор | 35-40 |
| Плавиковый шпат | 10-18 |
| Кварцевый песок | 18-22 |
| Глинозем | 28-35 |
| Двуокись титана | 3-5 |
| РЗМ | 1-10 |
| (оксиды церия и лантана) |
Повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости объясняется введением в покрытие комплексного компонента и рутила, которые совместно с композицией мрамор-плавиковый шпат-кварцевый песок позволяют получать благоприятное формирование металла шва во всех пространственных положениях, хорошую отделимость шлаковой корки и низкое содержание диффузионно-подвижного водорода.
Введение в покрытие комплексного компонента приводит к уменьшению содержания гидратированных соединений в покрытии и, как следствие, ведет к снижению склонности пористости металла шва. Входящие в состав комплексного компонента оксиды редкоземельных металлов церия и лантана обеспечивают высокий уровень хладостойкости металла шва при высоких значениях прочности. Увеличение содержания комплексного компонента в покрытии (более 20%) затрудняет производство сварки в положениях, отличных от нижнего, и приводит к окислению легирующих элементов. Введение в покрытие рутила в количестве 3-6% позволяет получить наряду с хорошими сварочно-технологическими характеристиками формирование однородной мелкодисперсной структуры металла шва. Увеличение содержания в покрытии рутила более 6% приводит к повышению содержания оксидов титана в металле шва и, как следствие, снижению механических свойств. Совместное влияние комплексного компонента и рутила позволяет получать металл шва с минимальным количеством дефектов и мелкозернистой феррито-перлитной структурой, что позволяет обеспечить высокую ударную вязкость при низких температурах. Введение в состав покрытия ферромолибдена до 3% позволяет получать заданные прочностные характеристики без потери ударной вязкости металла шва. Дальнейшее увеличения ферромолибдена более 3% введет к охрупчиванию металла шва и потере хладостойкости. Также при изготовлении электродов сверх массы сухой шихты покрытия вводится сода до 2% для пластификации обмазочной массы. Увеличение содержания соды в покрытии электродов более 2% ведет к повышению гигроскопичности покрытия и повышения количества диффузионного водорода в составе металла шва.
Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки хладостойких низколегированных сталей. Были выполнены слитки стали марки Св-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 промышленных условиях на установке для производства покрытых электродов фирмы «Манса».
Опытные образцы электродов испытывались на хладостойких низкоуглеродистых трубных сталях категории К60, Х70 и стали марки Ст3сп. Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=150-180А, Uд=22-24В, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла 80-120°С. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, подрезов, 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 Св-10ГНА | |||||
| С | Si | Mn | Ni | S | P |
| Н.б. 0,08 | 0,02-0,04 | 0,8-1,2 | 0,9-1,3 | Н.б. 0,03 | Н.б. 0,03 |
| 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+20°С | Т-20°С | Т-40°С | Кол-во пор (св. тавр. пробы) | Отд. шлака | |||||
| Заявляемый | 1 | 440 | 580 | 29 | 168 | 138 | 100 | Хор.100% | |
| 2 | 500 | 600 | 27 | 233 | 170 | 130 | Хор.100% | ||
| 3 | 530 | 630 | 23 | 170 | 90 | 76 | Хор.100% | ||
| Изв. | 4 | 421 | 530 | 33 | - | 120 | 90 | Уд.90% | |
| 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 свойства и сварочно-технологические характеристики в положениях, отличных от нижнего. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает более стабильные механические свойства и отсутствие пористости в металле шва.
Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности конструкций за счет повышения сварочно-технологических характеристик и механических свойств металла шва.
Электрод для сварки хладостойких низколегированных трубных сталей категории прочности К60, Х70, включающий стержень из проволоки марки Св-10ГНА и электродное покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, ферросилиций, марганец и жидкое стекло натриевое, отличающийся тем, что электродное покрытие дополнительно содержит комплексный компонент в виде минерального сплава, рутил, соду и ферромолибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| мрамор | 40-50 |
| плавиковый шпат | 14-23 |
| кварцевый песок | 6-10 |
| рутил | 3-6 |
| комплексный компонент | 8-20 |
| ферросилиций | 3-8 |
| марганец | 1,5-6 |
| ферромолибден | 0,5-3 |
| сода сверх массы сухой смеси компонентов | 0,5-2 |
| жидкое стекло натриевое сверх массы сухой смеси компонентов | 23-28 |
при этом комплексный компонент содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
| мрамор | 35-40 |
| плавиковый шпат | 10-18 |
| кварцевый песок | 18-22 |
| глинозем | 28-35 |
| двуокись титана | 3-5 |
| РЗМ в виде оксидов церия и лантана | 1-10 |
