Сварочная проволока для сварки и наплавки разнородных сталей
Владельцы патента RU 2443529:
Старченко Евгений Григорьевич (RU)
Кабанов Илья Викторович (RU)
Комолов Владимир Михайлович (RU)
Муруев Станислав Владимирович (RU)
Бастаков Леонид Антонинович (RU)
Носов Станислав Иванович (RU)
Банюк Геннадий Фёдорович (RU)
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения. Проволока содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, медь, никель, кобальт, азот, олово, сурьму и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,012-0,02, кремний 0,40-0,65, марганец 0,90-2,0, хром 23,0-25,0, никель 12,0-14,0, сера не более 0,01, фосфор не более 0,015, медь не более 0,1, олово не более 0,005, сурьма не более 0,005, кобальт не более 0,05, азот не более 0,05, железо остальное. Проволока обеспечивает получение двухфазной аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла с содержанием ферритной фазы 5-10%. Обеспечиваются оптимальные физико-механические свойства металла сварного шва.
Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения.
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. B23K 35/30, опубл.1998).
К недостаткам данного состава можно отнести нестабильное мерцающее горение дуги, а также возможность образования горячих трещин и сравнительную хрупкость сварного шва.
Наиболее близкой из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа сварочная проволока для сварки и наплавки разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, медь, никель кобальт, азот и железо (см., например, проспект фирмы STAINLESS WELDING CONSUMABLES, SANDVIK24/13/LHF (AWS309L), 1981, c.27).
К недостаткам данного состава можно отнести высокое содержание ферритной фазы (более 15%), которое способствует охрупчиванию наплавленного металла при термической обработке и в процессе эксплуатации при повышенных температурах, а также отсутствие регламентации содержания примесей серы, фосфора, олова, сурьмы, меди на необходимом уровне, что не гарантирует стойкость против образования горячих трещин металла первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, в условиях недостаточного содержания ферритной фазы.
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 разнородных сталей, что обеспечивается химическим составом сварочной проволоки, химическим составом металла сварного шва и соотношением хрома, никеля, углерода и азота, регламентирующих содержание ферритной фазы в наплавленном металле и предотвращение образования мартенситной структуры.
Указанный технический результат достигается тем, что сварочная проволока для сварки и наплавки разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, медь, никель, кобальт, азот и железо, дополнительно содержит олово и сурьму, при этом углерод, азот, никель, марганец объединены в аустенито-образующую группу элементов, а кремний и хром включены в феррито-образующую группу элементов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 0,012-0,02 |
| Кремний | 0,40-0,65 |
| Марганец | 0,90-2,0 |
| Хром | 23-25 |
| Никель | 12-14 |
| Сера | не более 0,01 |
| Фосфор | не более 0,015 |
| Медь | не более 0,1 |
| Олово | не более 0,005 |
| Сурьма | не более 0,005 |
| Кобальт | не более 0,05 |
| Азот | не более 0,05 |
| Железо | остальное, |
при этом должно обеспечиваться соотношение аустенито- и ферритообразующих элементов:
24≤NiЭ≤26; 24≤CrЭ≤26; NiЭ≥0,865 CrЭ - 6,5; NiЭ=%Ni+30%C+0,5%Mn; CrЭ=%Cr+1,5%Si.
Указанное соотношение аустенито- (углерод, азот, никель, марганец) и феррито-образующих (кремний, хром) элементов позволяет получать двухфазную аустенитно-ферритную структуру наплавленного металла с регламентированным содержанием ферритной фазы в пределах 5-10%.
Нижний предел содержания ферритной фазы обеспечивает стойкостью против образования горячих трещин.
Верхний предел содержания ферритной фазы установлен для предотвращения охрупчивания наплавленного металла при термической обработке и в процессе эксплуатации при повышенных температурах.
Содержание углерода 0,012-0,02% 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, сурьмы, 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.
Ограничение содержание кобальта предотвращает радиоактивное загрязнение деталей с наплавкой, контактирующей с радиоактивной средой.
Предложенный состав сварочной проволоки обеспечивает повышение стойкости против образования холодных и горячих трещин в металле переменного состава в зоне сплавления разнородного соединения и стойкость против образования горячих трещин в аустенитном наплавленном металле.
В производственных условиях были изготовлены партии сварочной проволоки Св-02Х24Н13.
В качестве основного металла были использованы поковки стали марки 10ГН2МФА.
Наплавку производили аргонодуговой сваркой сварочной проволокой следующего состава, мас.%:
| Углерод | 0,015 |
| Кремний | 0,44 |
| Марганец | 0,95 |
| Хром | 23,1 |
| Никель | 12,56 |
| Сера | 0,007 |
| Фосфор | 0,011 |
| Медь | 0,02 |
| Олово | 0,0005 |
| Сурьма | 0,001 |
| Кобальт | 0,01 |
| Азот | 0,05 |
| Железо | остальное. |
Толщина наплавленного слоя составляла от 4 до 5,5 мм.
Сварные наплавленные соединения исследованы в состоянии после сварки и в состоянии после высокого отпуска 650°С в течение 10 часов.
Были выполнены металлографические исследования следующих зон соединения:
- 1 слой наплавленного металла толщиной 0,5-1,0 мм, прилегающий к линии сплавления;
- наплавленный металл последующих слоев.
Проведенные исследования показали:
Первый слой в состоянии после сварки не содержит следов закалочных структур, имеет невысокую твердость (228-238HV). Холодные трещины не выявлены.
Химический состав изменился по сравнению с исходным составом сварочной проволоки, при этом уменьшилось содержание ферритной фазы. Вместе с тем, несплошности, имеющие характер кристаллизационных трещин, микротрещины и надрывы, не выявлены.
Последующие слои наплавленного металла имеют двухфазную аустенитно-ферритную структуру с содержанием феррита до 9%. Несплошности типа горячих трещин отсутствуют.
В состоянии после высокого отпуска требуемое качество наплавленного металла по всей толщине обеспечено.
Таким образом, заявленный состав сварочной проволоки обеспечивает повышение стойкости против образования холодных и горячих трещин в металле переменного состава в зоне сплавления разнородного соединения и стойкость против образования горячих трещин в аустенитном наплавленном металле.
Применение изобретения обеспечивает сочетание повышенных оптимальных значений прочности, пластичности, стойкости к хрупкому разрушению за счет обеспечения стабильной равномерно распределенной мелкодисперсной структуры при высокой антикоррозийной стойкости и прочности металла сварного шва при выполнении сварных соединений разнородных сталей.
Сварочная проволока для сварки и наплавки разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, медь, никель, кобальт, азот и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит олово и сурьму, при этом углерод, азот, никель, марганец объединены в аустенитообразующую группу элементов, а кремний и хром включены в ферритообразующую группу элементов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,012-0,02 |
| кремний | 0,40-0,65 |
| марганец | 0,90-2,0 |
| хром | 23,0-25,0 |
| никель | 12,0-14,0 |
| сера | не более 0,01 |
| фосфор | не более 0,015 |
| медь | не более 0,1 |
| олово | не более 0,005 |
| сурьма | не более 0,005 |
| кобальт | не более 0,05 |
| азот | не более 0,05 |
| железо | остальное, |
при этом она обеспечивает получение двухфазной аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла с содержанием ферритной фазы 5-10%.
