Электрод для сварки теплоустойчивых сталей



 


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 Rm, H/мм2 RP0,2, 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 + S i 30 + M n 20 + C r 20 + M o 15 + V 15 ) 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:

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

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

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.
Изобретение может быть использовано для сварки или наплавки изделий из 13% хромистых сталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенного износа и коррозионного воздействия.
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.
Изобретение относится к составам электродных покрытий и может быть использовано в сварочных электродах для сварки неответственных конструкций из малоуглеродистой стали.

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.

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.
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.

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.
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.

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.

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.

Изобретение относится к сварочной проволоке из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки стального оцинкованного листа. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к стали, используемой при производстве сварочной проволоки. .

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.
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.
Наверх