Шихта порошковой проволоки

Изобретение может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости. Шихта порошковой проволоки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,01-0,6, марганец 0,6-4,4, кремний 0,4-2,0, хром 0,7-13,0, молибден 0,1-8, вольфрамсодержащий концентрат 0,10-4,8, ванадий 0,3-2,5, алюминий 0,15-1,0, никель 0,01-7, пыль электрофильтров алюминиевого производства 1-15, кобальт 0,01-6, железо остальное. За счет оптимизации химического состава шихта обеспечивает повышение качественных показателей наплавленного слоя металла, в том числе увеличение его износостойкости и твердости, снижение пораженности трещинами и порами. 2 табл.

 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к производству порошковой проволоки, и может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.

Известна шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий и железо, а также никель и пыль электрофильтров алюминиевого производства при соотношении компонентов, мас. %:

Углерод 1-3,6
Хром 6,5-14,0
Молибден 5-21
Вольфрам 1-8
Ванадий 2-6
Алюминий 1-4,5
Никель 3,2-20
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1-15
Железо Остальное,

при этом пыль электрофильтров алюминиевого производства имеет следующий состав, масс. %: Al2O3=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; Cобщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, P=0,1-0,18 (RU №2492981 МПК B23K 35/36, опубл. 20.09.2013).

Существенными недостатками данной шихты порошковой проволоки являются:

- большое количество дорогостоящих материалов в значительных количествах (вольфрама, никеля, молибдена, алюминия и др.);

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности износостойкость и твердость, в связи с нерациональным химическим составом шихты;

- низкое качество наплавленного металла, поражение наплавленного металла трещинами и порами.

Известна, выбранная в качестве прототипа, шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий, никель, железо, пыль электрофильтров алюминиевого производства, марганец, кремний и вольфрам в виде вольфрамсодержащего концентрата марки КШ-4, при этом пыль алюминиевого производства содержит, мас. %: Al2O3=20-48; F+=18-27; Na2O=4-16; К2O=0,4-6, CaO=0,7-1,8; SiO2=0,5-2,48; Fe2O3=1,7-3,27; Cобщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, P=0,1-0,18, а компоненты взяты в следующем соотношении, 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

(RU №2579328 МПК B23К 35/36, B23К 35/368 опубл. 10.04.2016)

Существенными недостатками известной шихты порошковой проволоки являются:

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности износостойкость и твердость в связи с нерациональным химическим составом шихты;

- низкое качество наплавленного металла, поражение наплавленного металла трещинами и порами.

Техническая проблема, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении качественных показателей наплавленного слоя металла, в том числе в увеличении его износостойкости и твердости, в снижении пораженности трещинами и порами.

Для решения указанной технической проблемы предлагается шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, ванадий, алюминий, никель, железо, марганец, кремний, вольфрам в виде вольфрамсодержащего концентрата марки КШ-4 и пыль электрофильтров алюминиевого производства, содержащую, мас. %: Al2O3=20-48; F+=18-27; Na2O=4-16; К2O=0,4-6, CaO=0,7-1,8; SiO2=0,5-2,48; Fe2O3=1,7-3,27; Cобщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, P=0,1-0,18, в шихту дополнительно введен кобальт, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:

Углерод 0,01-0,6
Марганец 0,6-4,4
Кремний 0,4-2,0
Хром 0,7-13,0
Молибден 0,1-8
Вольфрамсодержащий концентрат 0,10-4,8
Ванадий 0,3-2,5
Алюминий 0,15-1,0
Никель 0,01-7
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1-15
Кобальт 0,01-6
Железо Остальное

Техническими результатами, получаемыми при использовании изобретения, являются:

- повышение механических свойств наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, за счет оптимизации химического состава шихты;

- снижение пораженности трещинами и порами;

- снижение стоимости сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из качества, получаемого при наплавке металла, стабильности процесса наплавки, предотвращения образования трещин и получения требуемых механических свойств.

Выбранное содержание углерода обеспечивает повышение предела текучести, временного сопротивления разрыву, твердости и износостойкости стали. При содержании углерода более 0,6% значительно возрастает хрупкость и трещинообразование при наплавке.

Выбранная концентрация марганца способствует значительному измельчению зерна аустенита, уменьшает критическую скорость охлаждения. При концентрации марганца в шихте до 4,4% обеспечивается повышение прокаливаемости стали, уменьшается критическую скорость охлаждения.

Содержание кремния в шихте до 2,0% 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 2,0% значительно снижается пластичность наплавленного слоя и увеличивается склонность стали к трещинообразованию.

Введение в состав кремния и марганца связано также с необходимостью повышения износостойкости заявляемой стали при рабочем контакте поверхность - абразивный материал.

Хром в пределах 0,9-13% положительно влияет на повышение прочности и твердости стали. При меньшем содержании хрома эффективность его влияния на повышение прочности заметно снижается, при содержании его более 13% 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 возможности восстановления вольфрама из оксидов с образованием карбидов вольфрама, которые позволяют значительно 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 обеспечения, с одной стороны, низкого содержания кислорода в наплавляемом слое, с другой стороны - с целью исключения возможности образования недопустимых строчечных 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 7% эта характеристика не превышает определяемых величин и увеличение концентрации нецелесообразно из экономических соображений.

Введение кобальта связано с понижением критических точек при нагреве на диаграмме железо-углерод (повышением теплоустойчивости), а также в связи со значительным повышением вязкости и уменьшением размера зерна. Оптимальный интервал содержания кобальта выбран исходя из того, что при его концентрации до 0,01% он не оказывает положительного влияния на свойства стали, а при повышении концентрации более 6% наблюдается незначительное повышение качественных характеристик наплавленного слоя, в результате чего дальнейшее увеличение концентрации кобальта нецелесообразно из экономических соображений.

Для изготовления шихты порошковой проволоки использовали углерод аморфный, 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, железа марки ПЖВ1 по ГОСТ 9849-86, порошок кобальтовый марки ПК-1у по ГОСТ 9721-79.

В качестве вольфрамсодержащего концентрата использовали вольфрамовый концентрат марки КШ-4 соответствующий ГОСТ 213-83 производства ОАО "Горнорудная компания "АИР" следующего химического состава 50-57% W03, 0,03% Mo, 0,02% Cu, 0,02% Bi, 1,0% Fe, 2,0% P, 0,6% S.

Пыль электрофильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, масс. %: Al2O3=20-48; F=18-27; Na2O=4-16; К2O=0,4-6, CaO=0,7-1,8; SiO2=0,5-2,48; Fe2O3=1,7-3,27; Cобщ=12-31, MnO=0,07-1,3, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, P=0,1-0,18.

Порошки перемешивались в смесителе 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 3,8 мм, при коэффициенте заполнения 0,32-0,33. Порошковой проволокой с предложенной шихтой производилась наплавка бункеров и труботечек горношахтного оборудования. Наплавка производилась под флюсом АН-20 с использованием сварочного трактора ASAW-1250 на следующих режимах: сварочный ток 410-430А, напряжение дуги 27-32B, скорость наплавки 24-25 м/час, скорость подачи порошковой проволоки 70-73 м/час.

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 наплавленного слоя металла 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, кобальта, 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.

Твердость наплавленного металла после наплавки и термообработки составляла HRC 48-56. 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 5 вариантов составов шихты порошковой проволоки (таблица 1): 1 - прототип; 2 - нижний заграничный состав, 3 - нижний граничный состав, 4 - среднее содержание состава заявляемой шихты; 5 - верхний предел заявляемой шихты; 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. Достигнута твердость HRC 48-56 Скорость износа снизилась с 0,0045 г/мин до 0,0038-0,0040 г/мин.

2. Снизить количество пор и трещин в наплавленном слое металла - анализ макроструктуры образцов показал отсутствие пор и трещин.

3. Снизить стоимость шихтовых составляющих порошковой проволоки за счет оптимизации состава шихты по сравнению с прототипом на 160-328 руб. на 1 кг наплавленного слоя.

Шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, ванадий, алюминий, никель, железо, марганец, кремний, вольфрам в виде вольфрамсодержащего концентрата марки КШ-4 и пыль электрофильтров алюминиевого производства, содержащую, мас.%: A12O3=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, P=0,l-0,18, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,01-0,6
Марганец 0,6-4,4
Кремний 0,4-2,0
Хром 0,7-13,0
Молибден 0,1-8
Вольфрамсодержащий концентрат 0,10-4,8
Ванадий 0,3-2,5
Алюминий 0,15-1,0
Никель 0,01-7
Пыль электрофильтров алюминиевого производства 1-15
Кобальт 0,01-6
Железо Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар.

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой под флюсом при восстановлении изношенных деталей и получении износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования.

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 восстановления и упрочнения уплотнительных поверхностей запорной и дросселирующей арматуры, торцевых уплотнений контактных пар.

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой под флюсом при восстановлении изношенных деталей и получении износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования.

Изобретение может быть использовано при наплавке порошковой проволокой под флюсом при восстановлении изношенных деталей и получении износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования.

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 при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости. Шихта порошковой проволоки содержит компоненты в следующем соотношении, мас.: углерод 0,01-0,6, марганец 0,6-4,4, кремний 0,4-2,0, хром 0,7-13,0, молибден 0,1-8, вольфрамсодержащий концентрат 0,10-4,8, ванадий 0,3-2,5, алюминий 0,15-1,0, никель 0,01-7, пыль электрофильтров алюминиевого производства 1-15, кобальт 0,01-6, железо остальное. За счет оптимизации химического состава шихта обеспечивает повышение качественных показателей наплавленного слоя металла, в том числе увеличение его износостойкости и твердости, снижение пораженности трещинами и порами. 2 табл.

Наверх