Порошковая проволока для сварки малоуглеродистых низколегированных сталей

Порошковая проволока для сварки малоуглеродистых низколегированных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) S 0 (и) А1 (я) 4 В 23 К 35/366

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 ", ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ =„НИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3859755/25-27 (22) 25.02.85 (46) 30.09,86. Бюл. У 36 (71) Краматорский индустриальный институт (72) В. Д. Кассов, Г, Б. Билык, В. Т. Журба и В. И. Ковалев (53) 6 21, 791. 04 2. 2 (088, 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 505546, кл. В 23 К 35/36, 15,04,74, Авторское свидетельство СССР

11- 821107, кл. В 23 К 35/368, 27.02.79, (54) (57) ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ НИЗКОЛЕ ГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей рутиловый концентрат, ферромарганец, железный порошок, ферротитан, цирконий, алюминий, о тл и ч а ю шийся тем, что., с

1 целью повьппения качества и эксплуатационных свойств сварного соединения при длительных температурных изменениях, она дополнительно содержит конверторный ванадиевый шлак и отходы титаномагниевого производства .при следующем соотношении компонентов порошкообразной шихты,,мас.Ж:

Рутиловый концентрат 6,3-10,0

Ферромарганец 2,9-3,6

Железный порошок 4,0-7, 1

Ферротитан 12,5-16,0

Алюминий 6,7-8,0

Цирконий 2,0-2,4

Конверторный ванадиевый шлак 40,0-50,0

Отходы титаномагниеъого производства . 12,5-16,0 при этом конверторный ванадиевый ,шлак содержит компоненты при следующем соотношении, мас.й: V 0 18,26;

Si0z12-21; Сао 16-20; NgO 1-8;

Т>0 5-10; Мпо 5-13; Clz03 1-51

Al 0 0,6-4; Fe 2-3; P 0,08-0,12;

S 0,06-0,1; Fe0 — остальное, а отходы титаномагниевого производства содержат компоненты при следующем соотношении, мас.Х: КС1 28-35;

NaCl 21-26; CaClz 6-7; FeCl 8-9;

МпС1 3-5; MgClz 12-14; С 5-6

Ti0z 3-4i SiOz 2-4, примеси — остальное, причем коэффициент заполнения .порошковой проволоки составляет

24,0-25,0Х.

1260160

Изобретение относится к сварке малоуглеродистых и низколегированных сталей, преимущественно аппаратов с температурой стенки до 500 С, Цель изобретения — повышение качества и эксплуатационных свойств сварного соединения при длительных .,температурных изменениях, Отходы титаномагниевого производ ства представляют собой смесь, включающую хлориды Na К, Ca, Mg Мп, Fe, следующего химического состава, ве . :КС1 28-25; МпС1, 3-5; Sihz

2-4; NaC1 25-26; MgC1 12-14; СаС2

6-7; С 5-6; FeC1 8-9; 710, 3-4.

В настоящее время отходы титаномагниевого. производства выбрасываются в отвал, ухудшая тем самим экологию окружающей среды.

Поскольку составляющие компоненты отходов титаномагниевого производства имеют различные температуры начала диссоциации, обеспечивается выделение хлора в широком температурном диапазоне, Это улучшает ет/ общую газовую защиту расплавленного металла электродных капель и сварочной ванны от вредного воздействия окружающей окислительной атмосферы без использования плавикового шпата.

Кроме того, происходит снижение парциального давления водорода за счет более полного его связывания в сварочной дуге с образованием газообразного соединения НС1, нерастворимого в металле. Это благоприятно сказывается на стойкостных свойствах металла шва при длительных температурных изменениях.

Конверторный ванадиевый шлак имеет следующий химический состав, вес X: V< O 1826; TiOz 510; Fe 23;

SiO 12-21; МпО 5-13; P 0)08-0,12)

СаО 16-20; Сг. Оз 1-5; S 0,06-0,1;

MgO 1-8; AlzO 0,6-4; FeO — остальное.

Конверторный ванадиевый шлак используется на Челябинском электрометаллургическом комбинате для полу" чения ванадиевых продуктов (феррова" надия, ферросиликованадия) пирометаллургическим методом.

Совместное введение в состав порошковой проволоки конверторного ванадиевого шлака, отходов титаномагниевого производства и рутилового .концентрата способствует улучшению физико-химических характеристик об10

55 разующегося многокомпонентного шлака системы TiOz — CaO — SiOz

V O — MnO — Cr zO >- А1 0 э — FeO—

NaC1 — .КС1 — CaCl — Fe Cl, — Mg Сl

MnC1 за счет расширения его интервала плавления, снижения температуры плавления и вязкости. Это повышает эффективность рафинированного действия шлака, что связано с повышением вероятности образования в нем комплексных химических соединений, вызывающих роет неметаллических частичек в сварочной ванне и последующее их всплывание.

Подобный эффект достигается при введении в состав проволоки отдельно окислов титана, кальция, кремния, ванадия, марганца, хрома, алюминия, железа совместно с хлоридами натрия, калия, капьция„ железа, магния, марганца. Однако зто повышает энергои трудоемкость ряда операций при общем удорожании и усложнении всего технологического процесса изготовления порошковой проволоки. уменьшению содержания серы, снижению общего количества газов, сокращению неметаллических включений способствуют также хлориды, находящиеся в отходах титаномагниевого производства. Это связано с тем, что выделяющийся при диссоциации щелочной или щелочно-земельный элемент вступает во взаимодействие с растворенными в металле серой и кислородом, связывая их в прочные соединения типа Na

Кроме того, использование конверторного ванадиевого шлака позволяет легировать металл сварочного шва ванадием эа счет восстановления его из высокоэффективной поверхностно-активной пятиокиси ванадия. Это обеспечивает в наплавленном металле получение мелкодисперсной структуры в условиях термоциклирования. При малых содержаниях ванадия в металле шва барьерами, препятствующими росту зерна, являются нитриды ванадия, так как большая часть ванадия связывается с азотом.

Наличие в металле шва мелкозернистых карбидов ванадия приводит к ее упрочнению вследствие измельчения

1260160

20 блоков мозаики, увеличения плотности дислокации и сопротивления их передвижению.

Легирование ванадием, который замедляет протекание процессов сферо,идизации и коагуляции, повышает теплоустойчивость сварного шва.

Кроме того, ванадий увеличивает сопротивление сдвиговой деформации при повышенных температурах, уменьшает коэффициент диффузии водорода в шве.

Повышаются также критические точки, благодаря чему усиленное выделение водорода иэ металла при его нагревании происходит при более высокой <5 температуре.

Стоимость легирования ванадием из конверторного шлака значительно ниже, чем при использовании ванадия ипи феррованадия.

Вовлечение отходов титаномагниевого производства, конверторного ванадиевого шлака в промьппленный оборот позволяет более рационально использовать такие дефицитные материалы, как Ч и FeV, исключить использование обладающего относительно высокой стоимостью и ограниченностью ресурсов CaF, повысить объем утилизации вторичных материальных ресурсов, улучшить экологию окружающей

:среды, Оптимальное количество конверторного ванадиевого шлака в шихте проволоки находится в пределах 40,050,0 мас.%. Нижний предел содержания конверторного ванадиевого шлака

I обусловлен воэможностью ванадия оказывать положительное влияние на измельчение структуры, снижение подвиж-до ности диффузионного водорода, улучшение эксплуатационных свойств металла шва в усЛовиях повышенной температуры стенки аппаратов, увеличение конверторного ванадие- 5 вого шлака выше указанного количества не оказывает дальнейшего положительного воздействия на металл шва, вызывая лишь ухудшение отделимости шлаковой корки со сварного шва. 50

Введение отходов титаномагниевого производства наиболее целесообразно в пределах 12,5-16,0 мас,X с точки зрения необходимой стойкости металла шва при высоких температурах.55

Применение рутилового концентрата в диапазоне 6,3-10,0 мас. . обеспечивает совместно с конверторным ва- . надиевым шлаком и отходами титаномагниевого производства оптимальную шлаковую защиту металла капли и сварного шва. При содержании рутилового концентрата ниже указанного предела ухудшается формирование сварного шва. При содержании рутилового концентрата выше 10,0 вес. ухудшается газопроницаемость сварного шлака, уменьшается диапазон его кристаллизации, ухудшается формирование швов„

Содержание циркония в порошковой проволоке выше 2,4 мас.% может вызвать увеличение содержания азота в металле шва и снижение стойкости против образования кристаллизационных трещин.

Содержание циркония в порршковой проволоке выше 2,4 мас. может вызывать увеличение содержания азота в металле шва и снижение стойкости против образования кристаллизационных трещин, Нижний предел (2,0 мас.%) выбран из условия обеспечения стойкости против порообразования, Совместное введение алюминия

6,7-8,0 мас., ферромарганца 2,9-, 3,6 мас., ферротитана 12,5-16,0 мас . обеспечивает необходимое раскисление сварочной ванны, Конкретные составы порошковой проволоки приведены в табл. 1

Были изготовлены порошковые проволоки по указанным трем составам.

В качестве оболочки применяли стальную ленту марки 08 КП размером

0,6х12 мм. Коэффициент заполнения проволок по составам 1,2 и 3 составлял 24; 24,5 и 25Х соответственно, Сваривали пластины иэ стали Ст3 размером 200х50х12 мм с V-образной разделкой кромок. Использовали аппарат АБС с источником питания ВС-600, Для проволоки диаметром 3 мм сварочный ток составлял 360-380 А, напряжение на дуге 26-28 В. Вылет электродной проволоки 25-40 мм, скорость сварки 16-20 м!ч.

Предлагаемые составы 1-3 порошковой проволоки при сварке открытой дугой обеспечивает хорошую газошлаковую защиту металла, стабильное горение дуги, равиомериое плавление шихты, малое разбрызгивание электродного металла, высокую производитель- ность процесса.

5 1260

Механические свойства наплавленного металла (предел прочностные предел текучести б, относительное удлинение Е, относительное сужение после разрыва образца g ) определяли по ГОСТ 1497-73 на образцах типа И

Ударнуя вязкость при 20 С определяли на образцах с надрезом по ГОСТ 9454-78.

С целью изучения влияния температурных изменений на микроструктуру 10 и механические свойства металла шва сварные соединения были подвергнуты

10-кратной нормализации с температуры 850-900 С.

Результаты испытаний приведены 15 в табл. 2.

Микротвердость структуры составляющих определяли на микротвердомере ПТМ-3 при нагрузке 100 гс, Результаты испытаний сведены в табл, 3, 90

Способность металла шва к водородонасыщенности при сварке оценивали по количеству водорода, выделившегося из образца, наплавлекных порошковой проволокой в медную форму, Количество водорода, самопроизвольно выделившегося из металла после его кристаллизации, определяли в -звдиометре путем погружения наплавок в

160

Т а б л и ц а

Содержание компонентов, 7., в составах

Компоненты

6,3 8,2

299 393

791 597

10,0

3,6

Ферромарганец

4,0

Железный порошок

16,0

12 5

Ферротитан

Алюминий

8,0

2 0

2,0

Цирконий

Конверторный вакадиевый шлак

16 90

12,5 14,3

Рутиловый концентрат

Отходы титаномагниевого производства глице рин и ул а в ли в а ни ем диффу з ио нного водорода в со суде.

Определение диффузионного водорода производилось по следующей методике.

В медную Форму производили наплавку порошковой проволоки на постоянном токе обратной полярности в один слой. Наплавленные образцы быстро охлаждались и очищались от шлака, после чего погружались в эвдиометр с глицерином.

Продолжительность испытания одного образца составила 72 ч до полного прекращения выделения водорода.

Испытывались по четыре образца каждого состава проволоки при комнатной температуре. Объем выделившегося водорода пересчитывали на 100 г металла.

Усредненные результаты занесены в табл. 4, Использование предлагаемой порошковой проволоки позволяет повысить качество металла шва и эксплуатационные характеристики сварных соединений при длительной работе конструкций в условиях повышенных температур.

1260160

Таблица 2 т в

МПа МПа

Состав 49 г

Дж/см

215 425 32,2

65,0

Известный

136

Предлara емый

248 467 32,4

237 451 32,8

225 443 32,5.65,6

142

64,9

146

64,1

150

Т- а блиц.а 3

Балл зерна

Микротвердость Н„, МПа

Состав

1490

Известный

Предлагаемый

3-4

2207

3-4

2198

2054

3-4

Таблица 4

Вес наплавленного. Состав металла, r

4,25

145,7281

6,2

Известный

Предлагаемый

65,9803

102,4557

78,9136

1,67

0,88

0,9

1,39

Составитель Н. Гершанова

Редактор М. Петрова .Техред М.Ходанич Корректор С. Шекмар

Заказ 5168/10 Тираж !001

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Подписное

4/5,Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Количество выделившегося водорода, Н /смв

Количество

Н на 100 г, наплавленного металла, см /100 г