Сварочная проволока для сварки корпусных деталей из разнородных сталей
Владельцы патента RU 2440876:
Старченко Евгений Григорьевич (RU)
Тазлов Яков Яковлевич (RU)
Носов Станислав Иванович (RU)
Кабанов Илья Викторович (RU)
Муруев Станислав Владимирович (RU)
Бастаков Леонид Антонинович (RU)
Изобретение относится к сварке и может быть использовано для выполнения разнородных сварных соединений корпусных конструкций атомного и энергетического машиностроения из низколегированных сталей и заварки выборок при исправлении дефектов. Сварочная проволока для сварки корпусных деталей из разнородных сталей содержит, мас.%: углерод не более 0,03, кремний не более 0,5, марганец 1,0-2,0, хром 18-20, молибден 14-16, железо не более 0,5, сера не более 0,01, фосфор не более 0,015, ванадий не более 0,1, вольфрам не более 0,1, титан не более 0,15, алюминий не более 0,2, никель - остальное. Отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия составляет 6,6-6,9, а отношение содержания серы к суммарному содержанию титана и марганца должно быть в пределах 0,018-0,019. При использовании сварочной проволоки при сварке корпусных деталей из разнородных сталей обеспечиваются оптимальные физико-механические свойства и стойкость к межкристаллитной коррозии, а также предотвращается образование мартенситной структуры в металле сварного шва. 1 табл.
Изобретение относится к сварке и может быть использовано для выполнения разнородных сварных соединений корпусных конструкций атомного и энергетического машиностроения из низколегированных сталей и заварки выборок при исправлении дефектов.
Известен состав сварочной проволоки, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, железо, в который введен кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 0,06-0,10 |
| Хром | 0,9-1,2 |
| Кремний | 0,4-0,7 |
| Марганец | 1,55-1,8 |
| Молибден | 0,5-0,7 |
| Ванадий | 0,2-0,45 |
| Сера | 0,025-0,04 |
| Фосфор | 0,025-0,030 |
| Кальций | 0,05-0,2 |
| Железо | Остальное, |
при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 0,066-0,087, а отношение содержания серы к суммарному содержанию кальция и марганца должно быть в пределах 0, 015-0,020 (см., например, описание изобретения к патенту РФ №2104138, кл. В23К 35/30, опубл.1998).
К недостаткам данного состава можно отнести нестабильное мерцающее горение дуги, а также возможность образования горячих трещин и сравнительная хрупкость сварного шва.
Наиболее близкой из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа сварочная проволока для сварки корпусных деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден и железо (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №200076, кл. В23К 35/30, 14.09.1967).
К недостаткам данного состава можно отнести высокое содержание углерода, что может отрицательно повлиять на стойкость против межкристаллитной коррозии. Низкое содержание кремния и марганца не обеспечивает полное протекание в сварочной ванне процессов образования, коагуляции и удаления неметаллических включений. Повышенное содержание железа может привести к образованию интерметаллидной фазы. Отсутствует регламентация по содержанию карбидообразующих элементов - ванадия, титана, вольфрама. Наличие указанных факторов не гарантирует при определенном соотношении этих элементов стойкость металла сварного шва против образования горячих трещин.
Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в получении оптимальных физико-механических свойств металла сварного шва при выполнении сварных соединений корпусных деталей из разнородных сталей и стойкость против межкристаллитной коррозии, что обеспечивается химическим составом сварочной проволоки, химическим составом металла сварного шва и соотношением хрома, никеля и углерода, регламентирующих содержание ферритной фазы в наплавленном металле, заданным соотношением ванадия, вольфрама, титана и алюминия и предотвращением образования мартенситной структуры в наплавленном металле сварного шва.
Указанный технический результат достигается тем, что сварочная проволока для сварки корпусных деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден и железо, дополнительно содержит серу, фосфор, ванадий, вольфрам, титан и алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | Не более 0,03 |
| Кремний | Не более 0,5 |
| Марганец | 1,0-2,0 |
| Хром | 18-20 |
| Молибден | 14-16 |
| Железо | Не более 0,5 |
| Сера | Не более 0,01 |
| Фосфор | Не более 0,015 |
| Ванадий | Не более 0,1 |
| Вольфрам | Не более 0,1 |
| Титан | Не более 0,15 |
| Алюминий | Не более 0,2 |
| Никель | Остальное, |
при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 6,6-6,9, а отношение содержания серы к суммарному содержанию титана и марганца составляет 0,018-0,019.
Для предупреждения зарождения кристаллизационных трещин и их интенсивного развития ограничивается содержание элементов, усиливающих склонность металла шва к образованию таких дефектов: серы, фосфора, железа, ванадия, титана, вольфрама, алюминия.
Высокая чувствительность никелевого сплава к присутствию серы обусловлена образованием легкоплавкой эвтектики, которая приводит к снижению пластичности и образованию трещин при кристаллизации.
Ограничение содержания серы не более 0,01% и введение 1-2% марганца снижает вредное влияние серы.
Пониженное содержание железа, алюминия ванадия, титана, вольфрама предотвращает образование интерметаллидной и карбидной фазы, склонной к выделению в виде крупных фракций по границам зерен.
Свободные от интерметаллидной и карбидной фазы и неметаллических включений границы обладают повышенной деформационной способностью. В результате металл сварного шва, имеющий в структуре ориентированные столбчатые кристаллиты, приобретает стойкость против образования кристаллизационных трещин.
Заявленное содержание углерода обеспечивает формирование в металле первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, пластичной структуры без мартенситной составляющей, что обеспечивает стойкость против образования холодных трещин.
Низкое содержание серы, фосфора, олова, сурьма, меди предотвращает сегрегацию примесей и снижение прочности по границам зерен. Это обеспечивает стойкость против образования горячих трещин металла первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, в условиях недостаточного содержания ферритной фазы, что возможно в результате уменьшения ее количества по отношению к расчетному вследствие разбавления металла наплавки основным металлом.
Проволока обеспечивает повышение стойкости против образования холодных и горячих трещин в наплавленном металле переменного состава в зоне сплавления разнородного соединения, стойкость против образования горячих трещин в аустенитном наплавленном металле и стойкость против межкристаллитной коррозии при контакте с коррозионной средой.
В производственных условиях были изготовлены партии сварочной проволоки Св-03Х19Н60М15.
В качестве основного металла были использованы поковки стали марки 15Х2НМФАА.
Наплавку производили аргонодуговой сваркой сварочной проволокой следующих составов:
| Углерод | 0,01 | 0,01 |
| Кремний | 0,08 | 0,07 |
| Марганец | 1,44 | 1,64 |
| Хром | 18,72 | 18,41 |
| Молибден | 15,08 | 14,95 |
| Железо | 0,27 | 0,23 |
| Сера | 0,003 | 0,003 |
| Фосфор | 0,008 | 0,012 |
| Ванадий | 0,05 | 0,02 |
| Вольфрам | 0,05 | 0,05 |
| Титан | 0,13 | 0,07 |
| Алюминий | 0,08 | 0,17 |
| Никель | Остальное | Остальное |
при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 6,6-6,9, а отношение содержания серы к суммарному содержанию титана и марганца составляет 0,018-0,019.
Сварку соединений корпусных деталей из разнородных сталей «низколегированная сталь + аустенитная сталь» производили аргонодуговой сваркой с подогревом до температуры 150-250°С.
Сварные соединения были исследованы в состоянии после сварки.
Выполнены металлографические исследования следующих зон соединения:
- металл шва (наплавленный металл), прилегающий к линии сплавления;
- наплавленный металл по сечению сварного шва.
Проведенные металлографические исследования показали следующее.
Несплошности, имеющие характер кристаллизационных трещин, микротрещины и надрывы не выявлены. Требуемое качество наплавленного металла по всей толщине обеспечено.
Выполнены испытания стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии. Испытания проведены по методу АМУ согласно ГОСТ 6032-2003. Образцы подвергнуты высокому отпуску при температуре 650°С в течение 10 часов. Характерные повреждения для межкристаллитной коррозии не выявлены.
Применение изобретения обеспечивает повышение физико-механических свойств металла сварного шва (сочетание повышенных оптимальных значений прочности, пластичности, стойкости к хрупкому разрушению) и исключает склонность к межкристаллитной коррозии в водяной, пароводяной и паровой среде вследствие недостаточного содержания хрома при концентрации углерода до 0,08%.
Предложенное содержание железа и регламентация содержания алюминия, ванадия, титана, вольфрама гарантирует при определенном соотношении этих элементов стойкость металла сварного шва против образования горячих трещин при выполнении сварных соединений корпусных деталей из разнородных сталей.
Сварочная проволока для сварки корпусных деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, молибден, железо и никель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит серу, фосфор, ванадий, вольфрам, титан и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | не более 0,03 |
| кремний | не более 0,5 |
| марганец | 1,0-2,0 |
| хром | 18-20 |
| молибден | 14-16 |
| железо | не более 0,5 |
| сера | не более 0,01 |
| фосфор | не более 0,015 |
| ванадий | не более 0,1 |
| вольфрам | не более 0,1 |
| титан | не более 0,15 |
| алюминий | не более 0,2 |
| никель | остальное, |
при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия составляет 6,6-6,9, а отношение содержания серы к суммарному содержанию титана и марганца должно быть в пределах 0,018-0,019.
