Присадочный материал для сварки



Присадочный материал для сварки
Присадочный материал для сварки
Присадочный материал для сварки
Присадочный материал для сварки

 


Владельцы патента RU 2543577:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к присадочному материалу для сварки, который может быть использован при сварке роторов газовых турбин. Присадочный материал содержит, вес.%: C 0,05-0,15, Cr 8-11, Ni 2,8-6, Mo 0,5-1,9, Mn 0,5-1,5, Si 0,15-0,5, V 0,2-0,4, B 0-0,04, Re 1-3, Ta 0,001-0,07, N 0,01-0,06, Pd 0-60 ч./млн, P не более 0,25, S не более 0,02, железо и неизбежные примеси - остальное. Присадочный материал характеризуется хорошей смачиваемостью, повышенным сопротивлением ползучести, высокой вязкостью. 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области технологии получения материалов. Оно относится к присадочному материалу для сварки на основе стали, характеризующемуся улучшенной плавкостью во время сварки и повышенным сопротивлением ползучести после затвердевания по сравнению с известными присадочными материалами для сварки.

Уровень техники

Как известно, роторы тепловых гидравлических машин, например газовых турбин, формируют из отдельных дисков, свариваемых затем между собой. Для этого, например, заявитель вот уже на протяжении десятилетий применяет способ дуговой сварки плавлением/сварки под флюсом.

В целях повышения эффективности газовых турбин последние эксплуатируются в числе прочего также при экстремально высоких рабочих температурах. Поэтому роторы должны обладать, с одной стороны, высоким сопротивлением ползучести при очень высоких температурах и, с другой стороны, также другими положительными механическими свойствами, а также хорошей неокисляемостью. Это справедливо, разумеется, и в отношении сварных швов, посредством которых соединены между собой роторные диски.

Для сварки под флюсом таких роторов газовых турбин из уровня техники известно применение присадочного материала следующего химического состава (количества в вес.%): 0,09-0,14 C, не более 0,40 S, не более 1,40 Mn, не более 0,025 P, не более 0,020 S, не более 11,00-12,50 Cr, 2,00-2,60 Ni, 0,95-1,80 Mo, 0,20-0,35 V, 0,020-0,055 N, остальное - железо.

Такой присадочный материал для сварки известен под названием SZW 3001-UP. Он поставляется в виде проволоки, при этом прочность на разрыв наплавленного металла составляет 700-1200 Н/мм2, допустимое отклонение прочности в партии не должно составлять более ±50 Н/мм2. Такой присадочный материал применяется в соответствии с Условиями поставки для сварки под флюсом и наплавкой.

Однако не во всех случаях этот материал отвечает жестким требованиям, предъявляемым к современным газовым турбинам, в частности, в отношении высокотемпературных свойств, таких, например, как сопротивление ползучести.

Из ЕР 2221393 А1 известен присадочный материал для сварки с улучшенными свойствами, используемый для сварки роторов газовых турбин и обладающий следующим химическим составом (количества в вес.%): 0,05-0,14 C, 8-13 Cr, 1-2,6 Ni, 0,5-1,9 Mo, 0,5-1,5 Mn, 0,15-0,5 Si, 0,2-0,4 V, 0-0,04 B, 2,1-4,0 Re, 0-0,07 Ta, 0 - не более 60 частей на миллион Pd, остальное - железо и неизбежные, технологически обусловленные примеси.

Однако желательно дополнительно улучшить свойства этого известного из ЕР 2221393 А1 присадочного материала для сварки, в частности, в отношении вязкости.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, присущих уровню техники. В основу изобретения положена задача создания устойчивого при высокой температуре присадочного материала для сварки на основе стали, которому наряду с хорошей плавкостью во время сварки и высокому сопротивлению ползучести после затвердевания также присущи хорошие вязкость и неокисляемость по сравнению с известными присадочными материалами для сварки.

Согласно изобретению указанная задача решается в результате того, что присадочный материал для сварки обладает следующим химическим составом (количества в вес.%):

0,05-0,15 C

8-11 Cr

2,8-6 Ni

0,5-1,9 Mo

0,5-1,5 Mn

0,15-0,5 Si

0,2-0,4 V

0-0,04 B

1-3 Re

0,001-0,07 Ta

0,01-0,06 N

0-60 ч./млн Pd

не более 0,25 P

не более 0,02 S

остальное - железо и неизбежные, технологически обусловленные примеси. По сравнению с известными из уровня техники материалами, используемыми в качестве присадочного материала для сварки, материал согласно изобретению отличается превосходно улучшенными свойствами сопротивления ползучести, а также существенно большей ударной вязкостью. При незначительном повышении показателей относительного удлинения при разрушении было установлено во время испытания на растяжение при комнатной температуре лишь незначительное снижение предела текучести и временного сопротивления разрыву.

Это объясняется сочетанием компонентов сплава, содержащихся в указанном диапазоне.

В частности, необходимо отметить следующее.

Cr представляет собой образующий карбиды элемент, который в приведенном диапазоне 8-11 вес.%, предпочтительно 10 вес.%, повышает неокисляемость, причем более высокие показатели ведут к нежелательным выделениям, вызывающим отрицательную хрупкость материала.

Re представляет собой элемент, который в указанных количествах 1-3 вес.%, предпочтительно 2,25 вес.%, очень хорошо способствует упрочнению твердого раствора и, следовательно, получению хороших прочностных показателей, в частности также хороших показателей сопротивления ползучести.

В представляет собой элемент, который в указанных количествах, не превышающих 0,04 вес.%, предпочтительно 0,02 вес.%, особенно предпочтительно 0,01 вес.%, упрочивает границы зерен. Кроме того, он также стабилизирует карбиды. Более высокие содержания бора являются критическими, так как они могут приводить к нежелательным выделениям бора, вызывающим эффект хрупкости. Взаимодействие бора с другими компонентами, в частности с Та (в количестве 0,001-0,07 вес.%), ведет к получению хороших прочностных показателей, в частности, касающихся ползучести.

Та действует в качестве элемента, упрочняющего выделения, и повышает прочность при высоких температурах. Если же использовать Та в количестве более 0,07 вес.%, то отрицательно снижается неокисляемость.

Si представляет собой элемент, который в указанном количестве 0,01-0,5 вес.%, предпочтительно 0,3 вес.%, повышает плавкость присадочного материала. Поэтому в случае использования присадочного материала согласно изобретению наплавленный металл является более текучим и можно проще проводить сварку. Дополнительно повышается неокисляемость, правда, вследствие добавки кремния возрастает образование нежелательных, вызывающих хрупкость фаз в материале.

Мn представляет собой элемент, стабилизирующий аустенит. В указанном количестве 0,5-1,5 вес.%, предпочтительно 1 вес.%, он повышает вязкость материала.

Ni также представляет собой стабилизирующий аустенит элемент. Повышенное по сравнению с известными из уровня техники материалами содержание никеля, составляющее 2,8-6 вес.%, предпочтительно 4 вес.%, вызывает резкое увеличение вязкости присадочного материала без существенного снижения сопротивления ползучести и предела прочности при комнатной температуре. Однако при содержании более 6 вес.% никель отрицательно сказывается на усталостные свойства, из-за чего этот показатель не следует превышать.

Mo и V представляют собой образующие карбиды элементы и при добавке в заявленных количествах (0,5-1,9 вес.%, предпочтительно 1,7 вес.%, Mo и 0,2-0,4 вес.%, предпочтительно 0,35 вес.%, V) положительно влияют на неокисляемость.

Даже при очень малых количествах (не более 60 ч./млн, предпочтительно 10 ч./млн) Pd может повышать прочность, поскольку он упрочивает твердый раствор и дополнительно повышает неокисляемость.

В результате добавки 0,01-0,06 вес.%, предпочтительно 0,04 вес.%, N достигается образование VN, представляющего собой очень стабильный и оказывающий благоприятное воздействие на ползучесть, т.е. на сопротивление ползучести материала. В сочетании с повышенным содержанием Ni в присадочном материале для сварки согласно изобретению обеспечивается по сравнению с известным из уровня техники материалом более оптимальная комбинация высокой вязкости с очень хорошим сопротивлением ползучести.

Краткое описание чертежей

На чертежах представлены примеры выполнения изобретения. При этом на них изображено:

фиг.1 - предел текучести и прочность на разрыв в виде гистограмм для некоторых из исследованных сплавов;

фиг.2 - предел удлинения при разрыве в виде гистограмм для тех же исследованных сплавов на фиг.1;

фиг.3 - время до разрыва при 600°C/160 МПа в виде гистограммы для некоторых из исследованных сплавов на фиг.1;

фиг.4 - результаты испытаний на ударную вязкость при комнатной температуре.

Осуществление изобретения

Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью примеров своего выполнения и чертежей.

Были использованы известные из уровня техники стандартные сплав SZW 3001 и сплав SZWX3 из ЕР 2221393 А1 в качестве сравнительных сплавов, а также материалы SZWX5-7 согласно изобретению. Химические составы (количества в вес.%) приведены в нижеследующей таблице 1.

Таблица 1
Химический состав исследованных сплавов
SZW3001 SZWX3 SZWX5-7
Fe Остальное Остальное Остальное
Cr 12 12 10
Ni 2,3 2,3 4
Mn 1 1 1
Si 0,4 0,4 0,27
C 0,12 0,12 0,12
Mo 1,7 1,7 1,7
V 0,35 0,35 0,35
B - - 0,01
Re - 3 2,25
Ta - 0,01 0,001
N 0,002 0,002 0,04
P <0,025 <0,025 <0,025
S <0,02 <0,02 <0,02
Pd 0 0,005 0,001

Сплавы согласно изобретению были получены следующим образом.

В виде слитков диаметром около 50 мм их неоднократно расплавляли в электродуговой печи. Затем их подвергли релаксационному отжигу (610°C/6 ч/охлаждение вместе с печью). После этого изготовили обычным способом образцы для испытаний на растяжение и сопротивление ползучести, а также небольшие образцы размером 3×4×27 мм для испытаний на ударную вязкость, имевшие V-образный надрез глубиной 1 мм, радиусом 0,1 мм и с углом раскрытия кромок 60°.

На фиг.1 и 2 для сравнительного материала SZW3001 и присадочного материала SZWX7 согласно изобретению представлены результаты испытаний на растяжение наплавленного металла при комнатной температуре.

На фиг.1 показаны в виде гистограмм соответственно предел текучести (горизонтальная штриховка) и прочность на разрыв (диагональная штриховка). Правда сплав SZWX7 имел незначительное снижение прочности по сравнению с применявшимся ранее присадочным материалом SZW3001 и известным из ЕР 2221393 А1 присадочным материалом SZWX3 (не показан на фиг.1, 2). Так, например, предел текучести снизился с 914 до 865 МПа, прочность на разрыв - 1147 и 1143 МПа до 1041 МПа, зато при противонатяжении относительное удлинение при разрыве возросло согласно ожиданию до 22% против 20,9 и 18,5% (см. фиг.2).

На фиг.3 показаны усталостные свойства наплавленного металла. На ней представлено время до разрыва при 600°C при нагружении 160 МПа в виде гистограммы исследованных материалов. Исследованные образцы согласно изобретению характеризовались предпочтительно существенно лучшими показателями сопротивления ползучести по сравнению с известными из уровня техники присадочными материалами SWZ 3001 и SZWX3 (последний на фиг.3 не показан). Наиболее отчетливо это преимущество проявилось в образце из SZWX5. При указанных выше условиях его стойкость была выше приблизительно в 11 раз (4300 ч) по сравнению со сравнительными образцами из SZW3001 (396 ч) и приблизительно в пять раз выше по сравнению со сравнительным образцом из SZWX3 (838 ч). В отношении образца из SWX7 можно было сделать вывод об аналогичных свойствах, так как через 3400 часов нагрузки при указанных выше условиях он все еще не был разрушен, как это показано стрелкой на фиг.3.

Наконец, на фиг.4 показана ударная вязкость надрезанного наплавленного металла, которую определяли для разных материалов с помощью очень малых образцов при комнатной температуре. В отношении изготовленных из присадочного материала согласно изобретению образцов была установлена ударная вязкость при наличии надреза, превысившая приблизительно в пять раз тот же показатель для сравнительного образца из SZW3001.

Такое очень хорошее сочетание свойств (превосходная вязкость при очень хороших усталостных свойствах и лишь незначительное снижение прочности) достигается за счет указанных комбинаций из разных элементов сплава.

Большей частью это объясняется тем, что данный сплав содержит наряду с компонентами известного из уровня техники присадочного материала SZW 3001 дополнительно, с одной стороны, 1-3 вес.%, в частности 2,25 вес.%, Re и, с другой стороны, 0,01 вес.% В. В данном случае рений выступает в качестве очень хорошего упрочняющего твердый расплав элемента, в то время как бор стабилизирует карбиды и снижает их укрупнение. Оба этих механизма повышают сопротивление ползучести наплавленного металла. Кроме того, сопротивление ползучести возрастает вследствие образования VN, вызываемого добавкой N в количестве 0,01-0,6 вес.%, предпочтительно 0,04 вес.%. Вследствие увеличения доли N предпочтительно до 4 вес.% значительно улучшается вязкость, в частности ударная вязкость. Правда, содержание Ni не должно превышать 6 вес.%, так как в противном случае вследствие образования аустенита структура становится неоптимальной и поэтому сопротивление ползучести отрицательно снижается.

Исследованный материал согласно изобретению отличается очень хорошей плавкостью, благодаря чему во время использования в качестве присадочного материала для сварки наплавленный металл является более текучим и легче проводится сварка. Дополнительно отмечается предпочтительно повышенная неокисляемость, вследствие чего он может использоваться предпочтительно при сварке роторов газовых турбин.

Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается описанными примерами своего выполнения.

1. Присадочный материал для сварки, который имеет следующий химический состав, вес.%:
0,05-0,15 С
8-11 Cr
2,8-6 Ni
0,5-1,9 Mo
0,5-1,5 Mn
0,15-0,5 Si
0,2-0,4 V
0-0,04 В
1-3 Re
0,001-0,07 Та
0,01-0,06 N
0-60 ч./млн Pd
не более 0,25 Р
не более 0,02 S
остальное - железо и неизбежные, технологически обусловленные примеси.

2. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 0,10-0,14 вес.%, предпочтительно 0,12 вес.%, С.

3. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 10 вес.% Cr.

4. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 3-4 вес.% Ni.

5. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 1 вес.% Mn.

6. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 0,2-0,3 вес.% Si.

7. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 1,7 вес.% Mo.

8. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 2,25 вес.% Re.

9. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 0,005-0,02 вес.%, предпочтительно 0,01 вес.%, В.

10. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 10 ч./млн Pd.

11. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 0,35 вес.% V.

12. Присадочный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит 0,001 вес.% Та.

13. Присадочный материал по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что он содержит 0,02-0,05 вес.%, предпочтительно 0,04 вес.%, N.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к инструментальным сталям, используемым для изготовления кованых прокатных валков для горячей прокатки металла, например, профилей и труб.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к двухслойному листовому прокату толщиной 10-50 мм, состоящему из слоя износостойкой стали и слоя свариваемой стали, для изготовления сварных конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре до -40°C.

Высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованный погружением стальной лист, высокопрочный с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженный оцинкованный погружением стальной лист, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности холоднокатаного стального листа, способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности оцинкованного погружением стального листа и способ изготовления высокопрочного с высоким отношением предела текучести к пределу прочности отожженного оцинкованного погружением стального листа // 2531216
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочному стальному листу, имеющему отношение предела текучести к пределу прочности 0,6 или более. Лист выполнен из стали следующего состава, в мас.%: 0,03-0,20% С, 1,0% или менее Si, от более 1,5 до 3,0% Mn, 0,10% или меньше Р, 0,05% или менее S, 0,10% или менее Аl, 0,010% или менее N, один или несколько видов элементов, выбранных из Ti, Nb и V, общее содержание которых составляет 0,010-1,000%, 0,001-0,01 Ta, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству низкоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной коррозионной стойкости для изготовления электросварных труб, используемых при строительстве трубопроводов, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, в частности для транспортировки обводненной нефти и высокоминерализированных пластовых вод, содержащих сероводород, ионы хлора, углекислоты, а также механические частицы.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным низкоуглеродистым мартенситным свариваемым сталям, закаливающимся на воздухе, используемым для изготовления термически упрочненных сварных конструкций, крупногабаритных изделий, а также строительных конструкций и деталей нефтяного машиностроения.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству толстолистового проката из хладостойкой стали высокой прочности и улучшенной свариваемости для применения в судостроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству толстолистового проката из хладостойкой высокопрочной стали с улучшенной свариваемостью для применения в судостроении, топливно-энергетическом комплексе, транспортном и тяжелом машиностроении, мостостроении и других отраслях промышленности.

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. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству трубных заготовок. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к наплавляемому материалу и детали с наплавленным металлом и может быть использовано в технологическом устройстве, требующем высокие показатели сопротивления коррозии и сопротивления изнашиванию.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлу сварного шва, сформированному дуговой сваркой в защитном газе с применением электродной проволоки с флюсовым сердечником.

Изобретение относится к сварке, в частности к изготовлению порошков, используемых для плазменно-порошковой наплавки антифрикционных упрочняющих покрытий при изготовлении износостойких деталей.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при ремонте деталей паровых турбин. Состав присадочного материала в виде порошка для восстановления жаропрочных сталей характеризуется тем, что он содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: Cr - 8-15, Si - 0,2-2,5, С - 0,01-0,18, Мо - 0,4-1,05, W - 0,4-1,2, V - 0,1-0,6, В - 0,01-2,0, Ni - 1-20, Fe - остальное, при этом суммарное значение Мо и W не превышает 1,0 мас.%.
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.

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.

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 присадочному материалу для соединения листов сваркой и может быть использовано в автомобильной промышленности для сварки тонкостенных листов автомобильных кузовов. Присадочный материал для соединения тонких автомобильных листов толщиной меньше 1,5 мм из высоколегированных нержавеющих сталей сваркой или пайкой, причем он содержит компоненты, мас.%: Zn от 15 до 40, Mn от 5 до 30, Ni от 0,01 до 10, примеси в количестве не более 1, Cu - остальное. Применяют присадочный материал в качестве материала присадочной проволоки для пайки или сварки с источником излучения в виде устройства для подвода тепла. Обеспечивается возможность соединения тонких листов при низких температурах со снижением деформирующих сил в процессе соединения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.
Наверх