Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей

Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварочным материалам , а именно к керамическим флюсам для механизированной сварки среднелегированных высокопрочных сталей без подогрева и термообработки. Целью изобретения является повышение пластических и вязких свойств металла шва при сварке аустенитно-мартенситного класса без подогрева и последующей термообработки. Керамический флюс содержит, мае. %: доломит 3-5; флюоритовый концентрат 35-45; двуокись титана 4-6; ферросилиций 1-5; ферротитан 3-6; металлический марганец 1-2; фтористый иттрий 1,5 - 2 и рутиловый концентрат - остальное. Керамический флюс в сочетании с проволокой аустенитномартенситного класса типа ОЗХ13Н8М2ГСТ обеспечивает металл шва с комплексом механических свойств на уровне основного металла в сварных соединениях среднелегированных высокопрочных сталей за счет снижения водорода в металле шва путем его связывания на стадии горения дуги и снижения парциального давления водорода в зоне сварки в результате диссоциации карбонатов. 2 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786073/27 (22) 26.01.90 (46) 23.11.91. Бюл. ¹ 43 (71) Институт электросварки им. Е. О. Патона (72) А. Н. Бовсуновский (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 975292, кл. В. 23 К 35/362, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1298029, кл. В 23 К 35/362, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 185676, кл. В 23 К 35/362, 1965.

Авторское свидетельство СССР № 323233, кл. В 23 К 35/362, 1970. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к керамическим флюсам для механизированной сварки среднелегированных высокопрочных сталей без подоИзобретение относится к сварочному производству, в частности к сварочным материалам, применяемым для механизированной сварки высокопрочных сталей без подогрева и последующей термообработки проволоками аустенитно-мартенситного и мартенситного класса, Применение закаливающихся сталей, обладающих высокой прочностью, позволя4 ет существенно уменьшить металлоемкость конструкций и тем самым экономить расход металла. Однако использование их в настоящее время сдерживается трудностями при

Я2„„1692794 А1 грева и термообработки, Целью изобретения является повышение. пластических и вязких свойств металла шва при сварке аустенитно-мартенситного класса без подогрева и последующей термообработки.

Керамический флюс содержит, мас. : доломит 3 — 5; флюоритовый концентрат 35 — 45: двуокись титана 4-6; ферросилиций 1-5; ферротитан 3 — 6; металлический марганец

1 — 2; фтористый иттрий 1,5 — 2 и рутиловый концентрат — остальное. Керамический флюс в сочетании с проволокой аустенитномартенситного класса типа ОЗХ13Н8М2ГСТ обеспечивает металл шва с комплексом механических свойств на уровне основно= го металла в сварных соединениях среднелегированных высокопрочных сталей за счет снижения водорода в металле шва путем его связывания на стадии горения дуги и снижения парциального давления водорода в зоне сварки в результате диссоциации карбонатов. 2 табл. сварке, обусловленными возникновением в околошовной зоне сварных соединений хо- О ладных трещин-отколов, для предотвращения которых применяются трудоемкие технологические операции — предварительный подогрев и последующая термообработка.

В последнее время предложен способ сварки таких сталей без подогрева и последующей термообработки с обеспечением. металла шва, равнопрочного свариваемой стали. При этом в качестве металла шва используется высоколегированная сталь àóñ1692794

50 тенитно-мартенситного или мартенситного класса, например 03X13HSM2CCT.

Такой металл в литом состоянии склонен к водородному охрупчиванию. Поэтому содержание водорода в нем должно 5 быть не более 2,5 см /100 г. Кроме того, пластические и вязкие свойства металла шва удовлетворительны лишь при мелком зерне исходного аустенита. Зерно размером 4-5 балла, полученное, например, 10 при механизированной сварке под плавленными флюсами, обеспечивает получение очень низких пластических и вязких свойств (0=2 — 4; р=4 — бо/; KCU3+zo=15 — 20Дж/см ).

Отсюда следует, чтодля механизированной сварки рассматриваемых сталей с использованием аустенитно-мартенситных или мартенситных проволок необходимо иметь защитную среду, которая обеспечивает обеэводораживание металла шва и измельчение его первичной структуры. Одним из вариантов такой защиты может быть керамический флюс.

Цель изобретения — повышение пластических и вязких свойств металла шва при механизированной сварке среднелегированных закаливающихся сталей без подогрева и последующей термообработки с использованием аустенитно- мартенситной проволоки.

Повышение пластических и вязких свойств достигается снижением в металле шва водорода и измельчением первичного зерна, что обеспечивается за счет введения в состав флюса фторида иттрия, а также обеспечения соотношения между компонентами флюса. Фторид иттрия при температуре горения дуги диссоциирует с образованием ионов иттрия и фтора, которые весьма активно связывают водород, что приводит к его снижению в металле шва.

Кроме того, ионы иттрия эффективно взаимодействуют с серой и кислородом, образуя оксисульфиды благоприятной глобулярной формы, часть иэ которых всплывает в шлак, рафинируя шов, а оставшиеся служа центрами кристаллизации. Это приводит к измельчению первичного зерна и существенному повышению ударной вязкости металла шва.

Экспериментально установлено, что наибольший эффект модифицирования и обезводораживания имеет место при содержании фторида иттрия в пределах

1,5-2 . При меньшем содержании недостаточно измельчается зерно и обезводораживается шов, что сказывается на ухудшении пластических и вязких свойств. Превышеwe укаэанных пределов приводит к падению ударной вязкости за счет большой концентрации оксисульфидов, При этом также ухудшается стабильность горения дуги очевидно из-за высокой термодинамической устойчивости оксида иттрия. Обезводораживание металла шва осуществляется также благодаря соотношению имеющихся в составе флюса оксида титана в виде рутила и химической двуокиси титана, фторида кальция в виде флюоритового концентрата и карбидов магния и кальция в виде доломита. При этом имеют место следующие пути снижения водорода в металле шва:

I) за счет связывания водорода на стадии горения дуги по реакции

2CaFz+3TiOz 2СаТ!Оэ+Т! Е4

TiF4+ 3H — TiF+3HF

2CaFz+ ЗТ!Ог+ ЗН,б2СаТ!Оэ+ TlF+ 3HF !.

Как показали эксперименты наиболее полное протекание данной реакции происходит при отношении флюоритового концентрата к сумме рутила и двуокиси титана, равном 0,63 — 1,28;

2) за счет снижения парциального давления водорода в зоне сварки углекислым газом, который образуется в результате диссоциации карбонатов магния и кальция при высокой температуре, Однако введение в состав флюса доломита влечет за собой повышение вязкости шлака, что вызывает побитость на поверхности валиков. Раэжижить шлак и тем самым устранить побитость поверхности шва можно соответствующими добавками флюоритового концентрата.

Экспериментально установлено, что при введении доломита в количестве 3-5%, обуславливающем оптимальное обезводораживание металла шва, сварочнотехнологические свойства достигаются хорошими при отношении доломита и флюоритового концентрата, равном 0,086 — 0,11.

Добавки доломита сверх 5; не влекут эа собой дальнейшего снижения водорода в металле шва.

Таким образом, в результате протекания выше указанных процессов происходит обеэводораживание металла шва до значения 1,9-2,2 см /100 r и иэмельчение первичз ного зерна до 7-8 балла, вследствие чего пластические и вязкие свойства увеличивалттея до требуемих еелинин 1б = 1б — 19т ;

@=48 — 53; КС0+2о=80 — 90 Дж/см ).

Наличие ферросилиция в количестве

1-57б, ферротитана 3 — 6 $ и марганца металлического 1-3 позволяет эффективно раскислять металл и получать требуемый фазовый состав металла шва, Превышение содержания ферросилиция и марганца выше установленных пределов приводит к до1692794 легированию металла шва кремнием и марганцем и повышению в нем доли остаточного аустенита, что резко снижает прочностные свойства, При этом также ухудшается и отделимость шлаковой корки. 5

Для подтверждения целесообразности выбранных пределов компонентов предлагаемого флюса были испытаны пять опытных составов, из которых третий и четвертый находились на граничных значени- 10 ях, пятый соответствовал оптимальным, первый и второй соответственно был ниже меньших значений и выше больших, Результаты испытаний даны в табл, 1.

В табл. 2 приведены содержание 15 водорода, размер первичного зерна и механические свойства металла швов, выполненных с применением предлагаемого флюса указанных выше составов проволокой ОЗХ13Н8М2ГСТ на стали 20

15Х2Н4МДА толщиной 60 мм. В табл. 2 также представлена оценка технологических свойств шлака, Полученные результаты подтверждают благоприятное влияние фторида иттрия в 25 количестве 1,5 — 2,0% при отношении флюоритового концентрата к сумме рутила и двуокиси титана, равной 0,63 — 1,28, м отношении доломита к флюоритовому концентрату, равном 0,086 — 0,11, на пластиче- 30 ские и вязкие свойства металла шва, Испытания показали также устойчивый процесс горения дуги, хороТаблица 1

Состав опытных люсов, мас.

Компоненты

1,5

3

1,5

1,7

40,8

5

2

29

1

1,5

51,5

7

7 3

15

0,5

0,5

1,0

63,5

0,9

1,28

0,63

2,27

0,46

0,1

0,11

0,086

0,15

0,05

Доломит

Флюоритовый концентрат

Двуокись титана

Ферросилиций

Ферротитан

Металлический марганец

Фторид иттрия

Рутиловый концентрат

Отношение флюоритового концентрата к сумме рутила и двуокиси титана

Отношение доломита к флюоритовому концентат шее формирование, самоотделимость шлаковой корки.

Применение предлагаемого керамического флюса позволяет заменить сварку ручными аустенитными электродами на механизированную сварку аустенитно-мартенситной и мартенситной проволокой, что ведет к сокращению объема наплавляемого металла в 1,5 — 2 раза.

Формула. изобретения

Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей, содержащий карбонат магния, карбонат кальция, флюоритовый концентрат, рутиловый концентрат, ферросилиций, ферротитан, марганец, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и вязкости металла шва при использовании аустенитно-мартенситной проволоки без подогрева и последующей термообработки, флюс дополнительно содержит фторид иттрия и двуокись титана, а карбонаты магния и кальция введены в виде доломита при следующем соотношении компонентов флюса, мас. :

Доломит 3 — 5

Флюоритовый концентрат 35-45

Двуокись титана 4-6

Ферросилиций 1 — 5

Ферротитан 3 — 6

Марганец 1-2

Фторид иттрия 1,5 — 2

Рутиловый концентрат Остальное

1692794

Таблица 2

Составитель Т. Арест

Редактор Т. Куркова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Осауленко

Заказ 4039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101