Электрод для сварки теплоустойчивых сталей

Авторы патента:

Воронов Александр Владимирович (RU)

Бобриков Алексей Леонидович (RU)

Тимофеев Михаил Николаевич (RU)

Галяткин Сергей Николаевич (RU)

Карзов Георгий Павлович (RU)

Кононов Андрей Сергеевич (RU)

Гордиенков Юрий Степанович (RU)

Михалева Эмма Ивановна (RU)

B23K35/365 - выбор неметаллических составов материалов покрытий только, либо совместно с выбором материалов для пайки или сварки

B23K35/30 - с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 1550шC

Владельцы патента RU 2530215:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Открытое акционерное общество "Ижорские заводы" (RU)

Изобретение может быть использовано при ручной дуговой сварке конструкций химического машиностроения из сталей 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V композиции. Электрод состоит из стержня из легированной стали 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V и покрытия, содержащего следующие компоненты (в % по массе): мрамор 30,5-56,0, плавикошпатовый концентрат 20,0-33,0; двуокись титана 14,0-20,0; песок кварцевый 4,0-10,0; ферросилиций 1,0-3,0; марганец металлический 0,5-3,0; ферротитан 6,0-12,0; сода кальцинированная 0,5-2,5. При изготовлении электродов использовано натриево-калиевое жидкое стекло в количестве 23-32% к массе сухой смеси. Электроды обеспечивают высокий показатель ударной вязкости металла шва при температурах -30°C и выше, а также высокие прочностные и пластические свойства при температурах до 454°C. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к области производства сварочных материалов для сталей 2,25%Cr-l%Mo-0,25%V композиции и может применяться при изготовлении корпусов нефтехимических реакторов.

Известны электроды для сварки сталей 2,25%Cr-l%Mo-0,25%V композиции, марок CMA-106HD (KOBELKO «Welding Handbook», Япония), FOX P24 (Bohler «Сварочные материалы для химической и нефтехимической промышленности», Германия), ALCROMO E225 (OERLIKON «Handbook of Welding Consumables», Германия-Швейцария).

Их недостатком является недостаточная прочность при повышенных рабочих температурах (до 454°C). В качестве прототипа были взяты отечественные электроды марки Н-10АА (патент RU 2398666 C2, опубликованный 10.09.2010), на основе стержня из стали марки Св-04Х2МАА и покрытия, содержащего в % по массе:

Мрамор	25-40
Концентрат плавикошпатовый	20,0-33,0
Песок кварцевый	10,0-15,0
Ферросилиций	4,0-5,0
Ферромарганец	3,0-5,0
Ферротитан	5,0-10,0
Диоксид титана	5,0-20,0
Стекло натриево-калиевое жидкое	23-32 (свыше 100%)

Металл шва, выполненный этими электродами, имеет высокую стойкость к тепловому охрупчиванию и высокие показатели сварочно-технологических характеристик, однако имеет низкую ударную вязкость при отрицательных температурах и низкую горячую прочность.

Техническим результатом изобретения является значительное увеличение прочностных свойств при температурах до 454°C, а также обеспечение высоких значений ударной вязкости при температурах -30°C и выше.

Дополнительным техническим результатом является сохранение высоких сварочно-технологических свойств электрода.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что покрытие электрода содержит мрамор, концентрат плавикошпатовый, диоксид титана, кварцевый песок, ферросилиций, ферротитан и марганец металлический при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Мрамор	30,5-56,0
Концентрат плавикошпатовый	20,0-33,0
Диоксид титана	14,0-20,0
Песок кварцевый	4,0-10,0
Ферросилиций	1,0-3,0
Марганец металлический	0,5-3,0
Ферротитан	6,0-12,0
Стекло натриево-калиевое жидкое	23-32 (свыше 100%)

Дополнительный технический результат достигается за счет введения в электродное покрытие кальцинированной соды в количестве 0,5-2,5 масс.%.

Проволока стального стержня дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Углерод	0,14-0,16
Кремний	0,15-0,22
Марганец	0,70-0,90
Хром	2,10-2,50
Молибден	0,90-1,20
Ванадий	0,15-0,40
Железо и примеси	Остальное

а также удовлетворяет соотношению трещиностойкости (содержание всех элементов вводится в % по массе) (при невыполнении этого соотношения появляется опасность появления «холодных» трещин).

Увеличение в составе проволоки содержания углерода и молибдена повысило прокаливаемость металла шва, что позволило получить достаточно однородную структуру металла шва с минимальным количеством структурно свободного феррита, а также высокие показатели длительной прочности. Повышение углерода свыше 0,16% ведет к образованию трещин в металле шва, а понижение ниже 0,14% ведет к снижению прочности металла сварного шва.

Повышение молибдена выше 1,2% ведет к существенному тепловому охрупчиванию, а снижение ниже 0,9% снижает прочность при повышенных температурах (до 454°C) и сопротивляемость ползучести металла шва.

Введение в состав проволоки ванадия существенно улучшило прочность металла, однако его содержание свыше 0,4% ведет к существенному ухудшению ударной вязкости при отрицательных температурах, а снижение ниже 0,15% не обеспечивает нужной прочности металла при 454°C.

Снижение в составе покрытия ферросилиция (до 3% и менее) и кварцевого песка (до 10% и менее) направлено на обеспечение повышения ударной вязкости при отрицательных температурах, однако при содержании ферросилиция менее 1% и кварцевого песка менее 4% существенно ухудшается отделимость шлака.

Повышение в составе покрытия мрамора (до 30,5% и более) улучшает газовую защиту сварочной ванны за счет повышения объемов образования защитных газов (CO, CO₂), что в свою очередь предотвращает насыщение поверхностного слоя металла азотом, что опасно упрочнением металла и падением значений ударной вязкости. Однако при увеличении содержания мрамора свыше 56,0% ухудшается шлаковая защита сварочной ванны, а также идет активное выгорание легирующих элементов в металле шва, что приводит к потере нужного уровня прочности металла.

Введение кальцинированной соды в небольших количествах стабилизирует горение дуги за счет того, что Na обладает низкой «работой выхода», а значит легче ионизируется.

Оптимальное содержание вредных примесей, масс.%:

Никель	Не более 0,20
Медь	Не более 0,20
Сера	Не более 0,010
Фосфор	Не более 0,015

Металл шва, выполненного предлагаемыми электродами должен удовлетворять требованиям X и K-факторов, задающих чистоту металла по вредным примесям (X=(10P+5Sb+4Sn+As)≤0,12 (содержание всех элементов вводится в % по массе); K=(Pb+Bi+0,03Sb)≤1,5 ppm (содержание всех элементов вводится в ppm).

В ООО «Ижорские сварочные материалы» и ОАО «Ижорские заводы» был проведен комплекс промышленных испытаний предлагаемых электродов.

С использованием предлагаемых электродов были изготовлены и испытаны сварные пробы.

Химический состав проволок, использованных для производства электродов приведен в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав проволок разных составов (% по массе)
№ партии	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	S	P	Cu	ψ
1.1	0,18	0,85	0,28	2,37	0,14	1Д9	0,29	0,005	0,012	0,04	0,450
1.2	0,15	0,76	0,22	2,43	0,16	0,97	0,23	0,005	0,009	0,06	0,395
1.3	0,14	0,88	0,21	2,36	0,12	1,04	0,27	0,005	0,011	0,08	0,389
1.4	0,14	0,81	0,17	2,48	0,18	0,67	0,20	0,005	0,008	0,05	0,369
известные	0,07	0,74	0,29	2,04	0,17	0,61	-	0,008	0,009	0,07	0,259

Составы электродных покрытий приведены в таблице 2.

Таблица 2
Составы электродных покрытий
Компоненты	Партия 1.1%	Партия 1.2%	Партия 1.3%	Партия 1.4%	Известные %
Мрамор	46,5	46,5	47,5	42,5	33,0
Концентрат плавикошпатовый	21,0	19,0	20,0	24,0	26,0
Диоксид титана	14,0	14,0	15,0	15,0	14,0
Песок кварцевый	6,0	5,0	5,0	5,0	12,5
Ферросилиций	2,0	3,0	2,0	2,0	4,5
Марганец металлический	1,5	1,5	2,5	2,5	-
Ферромарганец	-	-	-	-	4,0
Ферротитан	8,0	9,0	7,0	8,0	6,0
Сода кальцинированная	1,0	2,0	1,0	1,0	-
Стекло натриево-калиевое жидкое (сверх 100%)	24	26	25	28	30

Испытания на растяжение металла шва предлагаемых электродов проходили при температурах +20°C и +454°C. Испытания известных электродов проходили при +20°C и +450°C. Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3
Результаты испытаний на растяжение металла шва
№ партии	Температура испытаний, °C	R_m, H/мм²	R_P0,2, H/мм²	A, %	Z, %
1.1	Обнаружены небольшие трещинки перпендикулярно сварному шву
1.2	20	660	580	17	62,0
454	520	-	-	-
1.3	20	680	590	18	67,5
454	530	-	-	-
1.4	20	560	410	17	65,0
454	320	-	-	-
Известные	20	340	433	18	61,3
450	290	-	-	-

Испытания на ударный изгиб металла шва предлагаемых электродов проводились при температурах -30°C, -18°C. Известные электроды испытывались при +20°C. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Таблица 4
Показатели ударной вязкости металла шва
№ партии	Температура испытаний, °C	Значения показателя ударной вязкости, Дж/см²
1.1	Обнаружены небольшие трещинки перпендикулярно сварочному шву
1.2	-18	167,8	75,2	156,0
-30	99,7	124,8	84,4
1.3	-18	168,8	197,5	171,3
-30	95,5	112,2	110,6
1.4	-18	140,3	159,1	93,5
-30	85,2	100,3	78,3
Известные	+20	75,3	80,1	84,5

Результаты испытаний показывают, что предлагаемые электроды имеют значительно лучшие механические свойства при удовлетворительных показателях сварочно-технологических свойств.

1. Электрод для сварки теплоустойчивых сталей 2,25%Cr-1%Mo-0,25%V композиции, состоящий из стального стержня, выполненного из легированной проволоки, содержащей углерод, кремний, марганец, хром и молибден, и электродного покрытия, содержащего мрамор, концентрат плавикошпатовый, диоксид титана, кварцевый песок, ферросилиций, марганец металлический, ферротитан и стекло натриево-калиевое жидкое, отличающийся тем, что электродное покрытие содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

мрамор	30,5-56,0
концентрат плавикошпатовый	20,0-33,0
диоксид титана	14,0-20,0
песок кварцевый	4,0-10,0
ферросилиций	1,0-3,0
марганец металлический	0,5-3,0
ферротитан	6,0-12,0
стекло натриево-калиевое жидкое	23-32 (свыше 100%),

а проволока стального стержня дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,14-0,16
кремний	0,15-0,22
марганец	0,70-0,90
хром	2,10-2,50
молибден	0,90-1,20
ванадий	0,15-0,40
железо и примеси	остальное,

при выполнении следующего соотношения элементов, мас.%:

ψ = (C + \frac{S i}{30} + \frac{M n}{20} + \frac{C r}{20} + \frac{M o}{15} + \frac{V}{15}) \leq 0,430

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что электродное покрытие дополнительно содержит кальцинированную соду в количестве 0,5-2,5 мас.%.

Похожие патенты:

Состав электродного покрытия // 2510317

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 49,5-51,0, плавиковошпатовый концентрат 14,0-16,0, ферромарганец 5,0-7,0, ферросилиций 5,5-7,5, ферротитан 8,0-10,0, кварцевый песок 8,5-9,5, слюда 1,5-2,5, тальк 1,0-2,0, целлюлоза 1,0-1,5 и активированный порошок ферротитана с размером частиц до 25 мкм 0,3-0,5.

Электродное покрытие для износостойкой наплавки // 2506149

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с интенсивными ударными нагрузками.

Состав электродного покрытия для износостойкой наплавки // 2505388

Электродное покрытие // 2504465

Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки деталей и конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в строительной, нефтегазовой и других отраслях промышленности.

Электродная проволока с перовскитным покрытием // 2499656

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электродной проволоке, применяемой в электродуговой сварке. Для стабилизации дуги и увеличения срока службы контактного конца электродная проволока для использования в электродуговой сварке содержит металлическую основу электродной проволоки и твердый проводник на поверхностях данной металлической основы электродной проволоки.

Электрод для ручной дуговой сварки // 2497647

Изобретение может быть использовано для сварки или наплавки изделий из 13% хромистых сталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенного износа и коррозионного воздействия.

Добавление редкоземельных алюминидов для улучшения рабочих характеристик самозащитных сварочных электродов // 2482946

Состав для изготовления связующего электродных покрытий // 2464144

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к составу связующего электродных покрытий, и может быть использовано при изготовлении электродов для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Состав электродного покрытия // 2458771

Изобретение относится к составам электродных покрытий и может быть использовано в сварочных электродах для сварки неответственных конструкций из малоуглеродистой стали.

Электродное покрытие для сварки жаропрочных сплавов // 2455139

Изобретение относится к области производства сварочных материалов для сварки высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей и сплавов и может быть использовано при изготовлении и монтаже ответственных изделий в металлургии, энергомашиностроении, судостроении, химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, например, для изготовления и ремонта реакционных змеевиков высокотемпературных установок пиролиза, подвергающихся значительным статическим и циклическим нагрузкам, работающих при температурах 800-1150°С, в условиях науглероживания, коррозии и износа труб.

Быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония // 2517096

Изобретение может быть использовано для пайки высокотемпературным припоем тугоплавких металлических и/или керамических материалов. Припой выполнен из сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 45-50, бериллий 2,5-4,5; алюминий 0,5-1,5, титан - остальное.

Сварочная проволока // 2511382

Изобретение относится к сварочным присадочным проволокам для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах легированных теплоустойчивых сталей для оборудования и трубопроводов АЭС, работающих при воздействии пароводяной смеси и ионизирующего излучения.

Пригодный для сварки, жаропрочный, стойкий к окислению сплав // 2507290

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным, стойким к окислению сплавам, пригодным для сварки. Сплав содержит следующие компоненты, масс.%: 25-32 железа, 18-25 хрома, 3,0-4,5 алюминия, 0,2-0,6 титана, 0,2-0,4 кремния, 0,2-0,5 марганца, до 2,0 кобальта, до 0,5 молибдена, до 0,5 вольфрама, до 0,01 магния, до 0,25 углерода, до 0,025 циркония, до 0,01 иттрия, до 0,01 церия, до 0,01 лантана, никель и примеси - остальное.

Гамма/гамма' -суперсплав на основе никеля с многочисленными реакционно-активными элементами и применение указанного суперсплава в сложных системах материалов // 2500827

Изобретение относится к металлургии, а именно к γ/γ'-суперсплавам на основе никеля. Сплав содержит, вес.%: вплоть до 20 суммы Со и Fe, между 17 и 21 Сr, между 0,5 и 3 суммы Мо и W, не более 2 Мо, между 4,8 и 6 Аl, между 1,5 и 5 Та, между 0,01 и 0,2 суммы С и В, между 0,01 и 0,2 Zr, между 0,05 и 1,5 Hf, между 0,05 и 1,0 Si, и между 0,01 и 0,5 суммы по меньшей мере двух элементов из актиноидов и редкоземельных металлов, таких как Sc, Y и лантаноиды, причем содержание каждого элемента составляет не более 0,3.

Ролик для поддерживания и транспортирования горячего материала, имеющий наплавленный посредством сварки материал, присадочный сварочный материал, а также сварочная проволока для проведения наплавки сваркой // 2499654

Изобретение относится к области металлургии, а именно к ролику для поддержки и транспортировки горячего материала, в частности полученной непрерывной разливкой стальной заготовки на рольганге или в установке непрерывной разливки.

Твердый припой на железохромовой основе // 2496626

Изобретение относится к области металлургии, в частности к твердому припою на железохромовой основе с превосходной характеристикой смачивания на материале на основе нержавеющей стали, причем твердый припой образует паяное соединение с высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью.

Аустенитный сварочный материал и способ профилактического технического обслуживания для предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением и способ профилактического технического обслуживания для предотвращения межкристаллитной коррозии с его использованием // 2488471

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитному сварочному материалу. .

Сварочная проволока из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки оцинкованного стального листа и способ дуговой сварки оцинкованного стального листа с применением указанной сварочной проволоки // 2482947

Изобретение относится к сварочной проволоке из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки стального оцинкованного листа. .

Сварочная проволока из низкоуглеродистой легированной стали // 2477334

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой при производстве сварочной проволоки. .

Способ нанесения покрытия на поверхность деталей с помощью электроконтактной сварки с использованием порошкового присадочного материала, содержащего железный порошок, и присадочный материал для его осуществления // 2473413

Изобретение относится к области металлургии, в частности к нанесению порошковых покрытий с помощью электроконтактной сварки, и может быть использовано для восстановления и упрочнения рабочих поверхностей.

Сварочная проволока для автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса // 2530611

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сварочных материалов, и может быть использовано для автоматической сварки теплоустойчивых сталей 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции при изготовлении изделий в нефтехимическом машиностроении. Сварочная проволока, содержит, мас.%: углерод 0,12-0,16, кремний 0,15-0,22, марганец 0,70-0,90, хром 2,1-2,5, никель 0,01-0,20, молибден 0,90-1,50, титан 0,05-0,10, ванадий 0,15-0,25, алюминий 0,005-0,020, медь 0,01-0,06, ниобий 0,001-0,05, бор 0,0001-0,005, олово 0,0001-0,001, сурьма 0,001-0,005, мышьяк 0,001-0,010, кобальт 0,005-0,020, азот 0,003-0,015, сера 0,001-0,006, фосфор 0,001-0,006, свинец 0,001-0,010, висмут 0,0001-0,0010, железо остальное. Сварочная проволока характеризуется повышенной ударной вязкостью металла сварных швов при температурах от минус 30°C одновременно с повышением его длительной прочности при рабочих температурах. 2 табл.