Шихта порошковой проволоки

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой под флюсом при восстановлении изношенных деталей и получении износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования. Шихта порошковой проволоки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,5-1,5, марганец 1,87-3,43, кремний 1,25-3,13, хром 6,87-10,94, молибден 0,1-0,5, вольфрамсодержащий концентрат 43,89-57,56, ванадий 0,62-1,25, алюминий 0,1-0,15, никель 0,01-0,6, кобальт 0,01-0,5, пыль электрофильтров алюминиевого производства 0,5-10, железо – остальное. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных свойств наплавленного металла, в частности износостойкости при высоких температурах, за счет оптимизации химического состава шихты, снижения содержания водорода и уменьшения загрязненности наплавляемого слоя неметаллическими включениями. 2 табл.

 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к производству порошковой проволоки, и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования, работающих в условиях сжатия и абразивного износа при температурах 600°С, в частности для ремонта прокатных валков.

Известна шихта порошковой проволоки [1] содержащая углерод, хром, вольфрам, ванадий, кремнефтористый натрий, серу, кобальт, молибден и алюминий при соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 1-3,6
Хром 6,5-12,0
Вольфрам 6-21
Молибден 8-17
Ванадий 2-6
Алюминий 1-4,5
Кремнефтористый натрий 0,6-3,6
Сера 0,9-3
Кобальт 12-13
Железо остальное

Существенными недостатками данной шихты порошковой проволоки являются:

- высокая стоимость сварочного процесса за счет использования восстановленных дорогостоящих материалов в значительных количествах (вольфрама, молибдена, алюминия, кобальта и кремнефтористого натрия) и отсутствия в шихте техногенных отходов производства;

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, за счет повышенной загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями;

- низкое качество наплавленного металла в связи с порообразованием, связанным с повышенным содержанием водорода.

Известна, выбранная в качестве прототипа [2], шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий, никель, железо и пыль электрофильтров алюминиевого производства, содержащая, мас. %: Al2O3=20-48; F+=18-27; Na2O=4-16; K2O=0,4-6%, СаО=0,7-1,8; SiO2=0,5-2,48; Fe2O3=1,7-3,27; Собщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, Р=0,1-0,18, которая дополнительно содержит марганец, кремний, а вольфрам взят в виде вольфрамсодержащего концентрата марки КШ-4 при соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 0,01-0,5
Марганец 0,6-4,4
Кремний 0,4-1,6
Хром 0,9-15,0
Молибден 0,1-11,9
Вольфрамсодержащий концентрат 0,15-4,6
Ванадий 0,3-2,5
Алюминий 0,15-1,5
Никель 0,03-15
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1-12
Железо Остальное

Существенными недостатками данной шихты порошковой проволоки являются:

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности износостойкость при высоких температурах в связи с низкой концентрацией вольфрама, отсутствием кобальта и неоптимальным химическим составом шихты (соотношением углерода, марганца, кремния, хрома, ванадия и никеля);

- высокий уровень загрязненности неметаллическими оксидными включениями и повышенная газонасыщенность наплавленного металла.

Техническими результатами изобретения являются:

- повышение эксплуатационных свойств наплавленного металла, в частности износостойкости при высоких температурах, за счет оптимизации химического состава шихты, снижения содержания водорода и уменьшения загрязненности наплавляемого слоя неметаллическими включениями;

- снижение стоимости сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты.

Для этого предлагается шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, вольфрам в виде вольфрамсодержащего концентрата марки КШ-4, ванадий, алюминий, никель, железо и пыль электрофильтров алюминиевого производства, содержащая, мас. %: Al2O3=20-48; F+=18-27; Na2O=4-16; K2O=0,4-6%, СаО 0,7-1,8; SiO2=0,5-2,48; Fe2O3=1,7-3,27; Собщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, Р=0,1-0,18, которая дополнительно содержит кобальт при соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 0,5-1,5
Марганец 1,87-3,43
Кремний 1,25-3,13
Хром 6,87-10,94
Молибден 0,1-0,5
Вольфрамсодержащий концентрат 43,89-57,56
Ванадий 0,62-1,25
Алюминий 0,1-0,15
Никель 0,01-0,6
Кобальт 0,01-0,5
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 0,5-10
Железо Остальное

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из качественных показателей получаемого при наплавке металла (снижения концентрации неметаллических включений и содержания водорода), предотвращения образования трещин, получения требуемых механических свойств и обеспечение стабильности процесса наплавки.

Выбранное содержание углерода обеспечивает требуемую твердость и износостойкость стали. При содержании углерода более 1,5% значительно возрастает хрупкость и трещинообразование при наплавке.

При концентрации марганца в шихте до 3,43% обеспечивается требуемая прокаливаемость стали, уменьшается критическая скорость охлаждения. Выбранная концентрация марганца также способствует значительному измельчению зерна аустенита, снижает вредное влияние серы.

Содержания кремния в шихте до 3,13% связано с необходимостью увеличения раскисленности стали при уменьшении содержания алюминия в ней, обеспечивающем повышение чистоты стали по включениям пластичных силикатов, которые снижают ударную вязкость и эксплуатационную стойкость при истирании. При содержании кремния в шихте более 3,13% значительно снижается пластичность наплавленного.

Хром в пределах 6,87-10,94% положительно влияет на повышение прочности и твердости стали. При меньшем содержании хрома эффективность его влияния на повышение прочности заметно снижается, при содержании его более 10,94% при заданных содержаниях марганца, кремния, молибдена и никеля возможно получение глубоких трещин при наплавке.

Молибден в указанных пределах обеспечивает получение дисперсной закаленной структуры, увеличивает прочностные свойства, твердость, ударную вязкость и сопротивление износу.

Вольфрам вводится в сталь в виде вольфрамсодержащего концентрата с целью снижения стоимости шихты, а также возможности восстановления вольфрама из оксидов с образованием карбидов вольфрама, которые позволяют повысить твердость и уменьшить истираемость поверхности наплавляемого металла.

Введение ванадия в состав шихты обусловлено необходимостью получения дисперсных частиц карбонитрида ванадия, наличие которых позволяет повысить прочностные свойства и увеличить сопротивление хрупкому разрушению.

Содержание алюминия выбрано исходя из обеспечения, с одной стороны, низкого содержания кислорода в наплавляемом слое, с другой стороны - с целью исключения возможности образования недопустимых строчечных оксидных включений глинозема, увеличивающих склонность к образованию усталостных трещин и выщерблин при эксплуатации наплавленного слоя.

Введение никеля в заявляемых пределах обеспечивает повышение пластичности и ударной вязкости стали. Его содержание до 0,01% не оказывает положительного влияния на свойства стали, а при концентрации более 0,6% эта характеристика не превышает определяемых величин и увеличение концентрации нецелесообразно из экономических соображений.

Введение кобальта в заявляемых пределах способствует измельчению зерна и повышению ударной вязкости при повышении коррозионной стойкости при высоких температурах.

Для изготовления шихты порошковой проволоки использовали порошки углеродистого ферромарганца ФМн 78(A) по ГОСТ 4755-91, ферросилиция марки ФС 75 по ГОСТ 1415-93, высокоуглеродистого феррохрома марки ФХ900А по ГОСТ 4757-91, ферромолибдена марки ФМо60 по ГОСТ 4759-91, феррованадия марки ФВ50У0,6 по ГОСТ 27130-94, кобальта ПК-1У по ГОСТ 9721-79, железа марки ПЖВ1 по ГОСТ 9849-86.

В качестве вольфрамсодержащего концентрата использовали вольфрамовый концентрат марки КШ-4, соответствующий ГОСТ 213-83 производства ОАО "Горнорудная компания "АИР", следующего химического состава 50-57% WO3, 0,03% Mo, 0,02% Cu, 0,02% Bi, 1,0% Fe, 2,0% Р, 0,6% S.

Использовали пыль электрофильтров алюминиевого производства АО «Русал» со следующим химическим составом, масс. %: Al2O3=20-48; F=18-27; Na2O=4-16; K2O=0,4-6%, СаО=0,7-1,8; SiO2=0,5-2,48; Fe2O3=1,7-3,27; Собщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, Р=0,1-0,18.

Порошки перемешивались в смесители для получения однородной массы и прокаливались для удаления влаги при температуре 250-350°С. Далее производилось изготовление порошковой проволоки на станке. Диаметр готовой проволоки после операций волочения составлял 3,7 мм, при коэффициенте заполнения 0,32-0,33. Порошковой проволокой с предложенной шихтой производилась наплавка заготовок прокатных валков. Наплавка производилась под флюсом АН-20 с использованием сварочного трактора ASAW-1250 на следующих режимах: сварочный ток 350-430А, напряжение дуги 28-32В, скорость наплавки 30-40 м/ч.

Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, после наплавки наличие трещин, пор и неметаллических включений оценивали ультразвуковым методом, а также на металлографических шлифах.

Определение химического состава металла сварных швов на содержание углерода, серы и фосфора проводили химическими методами по ГОСТ 12344-2003, ГОСТ 12345-2001, ГОСТ 12347-77 соответственно, на содержание марганца, кремния, хрома, никеля, меди в металле и оксидов кальция, кремния, магния, алюминия, марганца, железа, калия, натрия, фтора во флюсах с добавками и полученных шлаках проводили на рентгенофлюорисцентном спектрометре XRF -1800 фирмы SHIMADZU.

Исследование на определение кислорода, водорода и азота методом восстановительного плавления проводили на газоанализаторе фирмы «LECO» ТС-600. Массовая доля кислорода снизилась до 300-470 ppm (прототип 340-480 ppm). Содержание водорода изменялось в пределах 0,18-0,38 см3/100 г наплавленного металла при допустимом содержании водорода в высоколегированном наплавленном металле до 2 см3/100 г металла. Значительных изменений содержания азота не наблюдалось и осталось на уровне базового варианта в количестве 70-90 ppm. Твердость наплавленного металла после наплавки составляла HRC 50-58. Дефекты (трещины, поры и неметаллические включения) при наплавке порошковой проволокой с шихтой заявляемого состава не выявлены. После наплавки проводилось испытание на испытательной машине на истираемость образцов. Металлографические исследования (в том числе определение длины строчки неметаллических включений) проводили на полированных микрошлифах с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51.

Исследовались 6 вариантов составов шихты (таблица 1) порошковой проволоки, мас. %: 1 - прототип; 2 - нижний заграничный состав, 3-5 заявляемые пределы; 6 - верхний заграничный состав. Взаимосвязь некоторых исследуемых параметров в зависимости от состава шихты приведена в таблице 2.

Использование заявляемого состава шихты порошковой проволоки по сравнению с базовым составом (прототип) позволяет:

1. Повысить механические свойства наплавленного металла, в частности износостойкость и твердость, за счет оптимизации химического состава шихты, снижения содержания водорода и кислорода за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты. Содержание водорода в среднем составило 0,18-0,38 см3/100 г металла (против 0,2-0,4 см3/100 г металла в прототипе). Содержание кислорода 300-470 ppm (прототип 340-480 ppm), в результате чего снизилась загрязненность наплавляемого металла неметаллическими включениями (длина оксидных строчек снизилась до 0,12-0,18 мм (в базовом варианте 0,2 мм). Достигнута твердость HRC 50-58. Скорость износа снизилась с 0,0045 г/об до 0,0038-0,0041 г/об.

2. Снизить стоимость сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты и использования вольфрамового концентрата взамен вольфрама на 160-870 руб на 1 кг наплавленного слоя.

Источники информации

1. Пат РФ №2088392, МПК8 B23K 35/36.

2. Пат. РФ 2579328, МПК8 B23K 35/36, B23K 35/368.

Шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, марганец, кремний, хром, молибден, вольфрам в виде вольфрамсодержащего концентрата марки КШ-4, ванадий, алюминий, никель, железо и пыль электрофильтров алюминиевого производства, содержащая, мас.%: Аl2О3=20-48, F+=18-27, Na2O=4-16, К2O=0,4-6, СаО=0,7-1,8, SiO2=0,5-2,48, Fe2O3=1,7-3,27, Собщ=12-31, МnО=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, P=0,1-0,18, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,5-1,5
Марганец 1,87-3,43
Кремний 1,25-3,13
Хром 6,87-10,94
Молибден 0,1-0,5
Вольфрамсодержащий концентрат 43,89-57,56
Ванадий 0,62-1,25
Алюминий 0,1-0,15
Никель 0,01-0,6
Кобальт 0,01-0,5
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 0,5-10
Железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для износостойкой наплавки самозащитной порошковой проволокой деталей, работающих в коррозионных средах в условиях интенсивного абразивного изнашивания в сочетании с ударными нагрузками.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочной проволоке с флюсовым сердечником для дуговой сварки в защитном газе, и может быть использована при сварке трубопровода.

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки. Металлическая оболочка выполнена из стали.

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлу сварного шва, применяемому в сварных конструкциях. Металл сварного шва, содержащий в мас.

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки металлургического и другого инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного изнашивания при температурах до 600°С.

Группа изобретений относится к трубчатой сварочной проволоке, способу ее изготовления и сварке деталей с ее использованием. Трубчатая сварочная проволока содержит оболочку и гранулированную сердцевину, расположенную внутри оболочки, содержащую больше чем приблизительно 2,4% по весу активатора стекловидного шлака, в виде одного или более компонентов, выбранных из группы, содержащей диоксид кремния, диоксид титана, борат или оксид натрия, а также газообразующие, легирующие, раскисляющие и денитрифицирующие компоненты.

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть применено при механизированной и автоматической подводной сварке и наплавке металлических деталей.

Изобретение может быть использовано для сварки нержавеющих сталей, в частности сталей серии 400, сварочной проволокой с флюсовой сердцевиной. Нержавеющая хромистая сталь трубчатой оболочки содержит, вес.%: 10-18 Cr, менее 5 Ni.

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть применено при механизированной и автоматической сварке и наплавке металлических деталей под водой.

Изобретение может быть использовано для износостойкой наплавки самозащитной порошковой проволокой деталей, работающих в коррозионных средах в условиях интенсивного абразивного изнашивания в сочетании с ударными нагрузками.

Изобретение может быть использовано для наплавки рабочих поверхностей деталей машин и оборудования, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному абразивному изнашиванию.
Изобретение относится к электродуговой механизированной сварке и наплавке под флюсом низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит жидкое стекло в качестве связующего и выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак производства силикомарганца 60-85, жидкое стекло 15-40.

Изобретение может быть использовано для электродуговой сварки под флюсом низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит, мас.%: шлак производства силикомарганца 60,0-85,0, пылевидные отходы производства алюминия 4,0-7,0, калиево-натриевое жидкое стекло 15,0-40,0.

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях горнорудного оборудования, работающего в условиях абразивного износа, например бункеров и труботечек.

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях горнорудного оборудования, работающего в условиях абразивного износа, например бункеров и труботечек.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочной проволоке с флюсовым сердечником для дуговой сварки в защитном газе, и может быть использована при сварке трубопровода.

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки. Металлическая оболочка выполнена из стали.

Изобретение может быть использовано для индукционной наплавки твердых сплавов типа высоколегированных хромистых белых чугунов, а также для нанесения легированных бором износостойких покрытий.

Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке конструкций из алюминия и его сплавов повышенной прочности. Флюс для пайки алюминия и его сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: хлористый литий 20–30, хлористый натрий 10–12, хлористый калий 30–45, хлористый цинк 3–15, фтористый калий 2–5, фтористый литий 2–5 и по крайней мере один компонент из группы, содержащей фторалюминат цезия, фторид цезия при суммарном содержании 1–10.

Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: феррохром 20,0-26,0, нитрид бора 1,0-3,0, алюминий 1,0-1,4, ферротитан 1,1-1,8, карбид бора 2,0-5,0, железный порошок 5,0-17,0, стальная оболочка - остальное. Состав шихты варьируется в зависимости от способа наплавки с учетом коэффициентов перехода легирующих элементов в наплавленный металл. Порошковая проволока обеспечивает повышение износостойкости наплавленных на детали покрытий, работающих в условиях трения металла о металл в контакте с коррозионной средой. 2 табл.

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой под флюсом при восстановлении изношенных деталей и получении износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования. Шихта порошковой проволоки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: углерод 0,5-1,5, марганец 1,87-3,43, кремний 1,25-3,13, хром 6,87-10,94, молибден 0,1-0,5, вольфрамсодержащий концентрат 43,89-57,56, ванадий 0,62-1,25, алюминий 0,1-0,15, никель 0,01-0,6, кобальт 0,01-0,5, пыль электрофильтров алюминиевого производства 0,5-10, железо – остальное. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных свойств наплавленного металла, в частности износостойкости при высоких температурах, за счет оптимизации химического состава шихты, снижения содержания водорода и уменьшения загрязненности наплавляемого слоя неметаллическими включениями. 2 табл.

Наверх