Сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей


 


Владельцы патента RU 2443530:

Королёв Сергей Юрьевич (RU)
Старченко Евгений Григорьевич (RU)
Кабанов Илья Викторович (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, никель, медь, кобальт, ниобий, азот, олово, сурьму и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,012-0,02, кремний 0,45-0,65, марганец 1,0-2,0, хром 23,0-25,0, никель 12,0-14,0, ниобий 0,45-0,6, 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 сравнительная 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 деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, молибден, кобальт, ниобий, 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, сурьма, 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 легирования ниобием и 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 и стойкость против межкристаллитной коррозии, что обеспечивается химическим составом сварочной проволоки, химическим составом металла сварного шва и соотношением хрома, никеля, ниобия, углерода и азота, регламентирующих содержание ферритной фазы в наплавленном металле, заданным соотношением ниобия к углероду и предотвращением образования мартенситной структуры в наплавленном металле сварного шва.

Указанный технический результат достигается тем, что сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, молибден, кобальт, ниобий, азот и железо, дополнительно содержит олово и сурьму, при этом углерод, азот, никель, марганец объединены в аустенито-образующую группу элементов, а кремний, хром и ниобий включены в феррито-образующую группу элементов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,012-0,02
Кремний 0,45-0,65
Марганец 1,0-2,0
Хром 23-25
Никель 12-14
Ниобий 0,45-0,6
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:

14≤NiЭ≤16

24≤CrЭ≤26

NiЭ≥CrЭ-10

NiЭ=%Ni+30%С+0,5%Mn;

CrЭ=%Cr+1,5%Si+0,5%Nb

Указанное соотношение аустенито- (углерод, азот, никель, марганец) и феррито-образующих (кремний, хром, ниобий) элементов позволяет получать двухфазную аустенитно-ферритную структуру наплавленного металла с регламентированным содержанием ферритной фазы в пределах 5-10%.

Нижний предел содержания ферритной фазы обеспечивает стойкость 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.

Введение ниобия при отношении Nb/C=22-30 в составе сварочной проволоки обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии наплавленного металла, в том числе после термической обработки (высокого отпуска). Обеспечивается также стойкость против межкристаллитной коррозии металла первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, в условиях уменьшения соотношения Nb/C по отношению к указанному вследствие разбавления металла наплавки основным металлом.

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.

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-02Х24Н13Б.

В качестве основного металла были использованы поковки стали марки 15Х2НМФАА.

Наплавку производили аргонодуговой сваркой сварочной проволокой следующего состава:

Углерод 0,014
Кремний 0,48
Марганец 1,36
Хром 23,17
Никель 13,29
Ниобий 0,5
Сера 0,007
Фосфор 0,01
Медь 0,03
Олово 0,0005
Сурьма 0,001
Кобальт 0,02
Азот 0,04
Железо остальное.

Толщина наплавленного слоя составляла от 4 до 5,5 мм.

Сварные наплавленные соединения были 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 металлографические исследования показали:

Первый слой в состоянии после сварки не содержит следов закалочных структур и имеет невысокую твердость (Нµ). 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.

Выполнены испытания металла 1-го слоя наплавки и металла последующих слоев на стойкость против межкристаллитной коррозии при испытание образцов в растворе серной кислоты по методу АМУ, ГОСТ 6032-2003. Образцы подвергнуты высокому отпуску при температуре 650°С в течение 10 часов. Склонность к межкристаллитной коррозии не выявлена.

Применение изобретения обеспечивает сочетание повышенных оптимальных значений прочности, пластичности, стойкости к хрупкому разрушению за счет исключения межкристаллитной коррозии при выполнении сварных соединений разнородных сталей.

Сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, кобальт, ниобий, азот и железо, отличающийся тем, что она дополнительно содержит олово и сурьму, при этом углерод, азот, никель, марганец объединены в аустенитообразующую группу элементов, а кремний, хром и ниобий включены в ферритообразующую группу элементов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,012-0,02
кремний 0,45-0,65
марганец 1,0-2,0
хром 23,0-25,0
никель 12,0-14,0
ниобий 0,45-0,6
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%.



 

Похожие патенты:
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.
Сталь // 2441940
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления основного оборудования атомных энергетических установок. .
Сталь // 2441939
Изобретение относится к металлургии, а именно к сталям, используемым при изготовлении крупногабаритных сварных сосудов давления, например корпусов парогенераторов, гидроемкостей, компенсаторов объема, паропроводов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению стали, используемой для изготовления деталей, состоящих из по меньшей мере двух частей, способных разделяться надламыванием, используемых в автомобилестроении.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сталей, используемых для изготовления режущих инструментов. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу конструкционной низколегированной литейной стали, используемой для изготовления ответственных деталей, работающих при циклических и изменяющихся нагрузках.
Изобретение относится к изготовлению слитков для крупных цельнокованых изделий из стали, например валов, роторов паровых турбин высокого, среднего и низкого давления, работающих в стационарных режимах при температурах до 550°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стальных деталей, используемых в качестве конструкционных компонентов машин. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали, используемой для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей методом механической и термической обработки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной микролегированной стали, используемой в автомобильной промышленности. .
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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным железо-хром-никелевым сплавам, предназначенным для изготовления установок, работающих длительное время при повышенных (до 680°С) температурах.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления стальной сварочной проволоки. .

Изобретение относится к области металлургии и сварки, а именно к сварочным проволокам, используемым для механизированной сварки в среде защитных газов конструкций из немагнитной высокопрочной аустенитной азотистой стали, применяемой в различных отраслях промышленности, в частности судостроении и нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам коррозионно-стойких аустенитных сталей, предназначенных для производства листовых и трубных деталей, сварных конструкций, контактирующих с кипящей азотной кислотой.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству бесшовной трубы из мартенситной нержавеющей стали, используемой для нефтепромыслового оборудования.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитным нержавеющим сталям и изделиям из них, подвергающимся воздействию высокотемпературной воздушной среды.

Изобретение относится к области производства сварочных материалов, используемых в атомной энергетике, в частности, для сварки корпусов парогенераторов. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению ковкой стали, обладающей прекрасной деформируемостью при ковке. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, применяемым при производстве водорода конверсией. .
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.
Наверх