Электрод для сварки высокопрочных сталей

Электрод для сварки высокопрочных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: электрод состоит из стержня и электродного покрытия. Металлический стержень содержит, мае %: хром- 10-11, никель -5-6, а также углерод, марганец, кремний, молибден, титан и железо . Покрытие содержит, мае %: плавиковый шпат - 10-15, рутиловый концентрат - 28-33, двуокись титана - 5-10. ферротитан - 2-8, ферросилиций - 4-8, марганец - 2-4, слюду синтетическую - 1-5, КМ Ц - 0,5-1,5 и доломит - остальное. Обеспечивает повышение прочностных и пластических свойств металла шва. 3 табл.

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 J, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749024/08 (22) 11.07.89 (46) 07.01.93, Бюл. N. 1 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) Э.Л.Демченко, И.В.Ляховая, В.В.Снисарь, В.Н.Липодаев, О.И.Янкина и Г.Н.Качанов (56) Грищенко Л.В. Новые электроды для сварки стали 15Х2Н4МДА. Сварочное производство: N. 3, 1961. С.22 — 23.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1689007, кл, В-23 К 35/365, 1989. (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к электродам для ручной дуговой сварки, и может быть использовано для сварки высокопрочных (ст > 1000

МПа) закаливающихся сталей во многих отраслях современной промышленности (машиностроении, судостроении, химическом и нефтехимическом машиностроении, оборонной технике и др.).

Применяемый в настоящее время способ сварки указанных сталей без подогрева и термообработки предусматривает применение сварочных материалов, позволяющих получить высоколегированный металл шва аустенитного класса (электроды марки ЭА

395/9 или ЭА 981/15)Лри этом обеспечивается сварное соединение, стойкое против образования холодных трещин в околошовной зоне, Однако ввиду низкой прочности металла шва аустенитного класса (ooz 500

МПа) для обеспечения равнопрочности Ы 1785860 А1 (57) Сущность изобретения: электрод состоит из стержня и электродного покрытия. Металлический стержень содержит, мас 7ь: хром — 10 — 11, никель — 5 — 6, а также углерод, марганец, кремний, молибден, титан и железо. Покрытие содержит, мас ; плавиковый шпат — 10-15, рутиловый концентрат—

28-33, двуокись титана — 5 — 10, ферротитан — 2-8, ферросилиций — 4-8, марганец — 2-4, слюду синтетическую — 1-5, КМ Ц вЂ” 0,5-1,5 и доломит — остальное. Обеспечивает повышение прочностных и пластических свойств металла шва, 3 табл. сварного соединения швов необходимо выполнять с большим усилием (до 50 %), что приводит к снижению работоспособности сварных соединений, увеличению металлоемкости и повышению трудоемкости их изготовления ия.

Следовательно, изыскание сварочных материалов, позволяющих производить сварку подогрева и термообработки, обеспечивая при этом металл шва высокой прочности, имеет большое значение для промышленности.

В известном техническом решении в качестве электродного стержня применена проволока Св-ОЗХ13Н8М2ГСТВИ в сочетании с покрытием рутилово основного типа, что позволяет получить сварной шов аустенитного-мартенситного класса с пределом текучести на уровне Ooz = 900 МПа. Однако этого недостаточно для обеспечения равнопрочности сварных соединений сталей с

1785860 пределом текучести crm 1000 МПа (35ХГСА, ЗОХ2Н2М, 4ОХН. 28ХНЗМФБД и т. д.).

Целью изобретения является повышение прочностных и пластических свойств металла шва, Поставленная цель достигается тем, что в состав покрытия электрода с .сердечником из проволоки ОЗХ11Н5М2ГСТ вводятся ингредиенты в следующем соотношении, масс. :

Плавикошпатовый концентрат 10,0-15,0

Рутиловый концентрат 28,0 — 33,0

Двуокись титана 5,0 — 10,0

Ферротитан 2,0-8,0

Ферросилиций . 4,0-10,0

Марганец 2,0-4,0

Слюда синтетическая 1,0-5,0

KMLI, 0,5 — 1,5

Доломит Остальное.

Причем коэффициент массы покрытия составляет 37,5-46,3

Известно, что массовая доля остаточного аустенита в аустенитно-мартенситных сталях и сварных швах на их основе зависит от легирования и оказывает существенное влияние на их прочностные характеристики. Уменьшение массовой доли остаточного аустенита в структуре металла шва путем снижения легирования приводит к его упрочнению.

B предлагаемом техническом решении в качестве электродного стержня применена сварочная проволока типа ОЗХ11Н5М2ГСТ, отличающаяся от прототипа уменьшенным легированием хромом (10 —.11 мас,} и никелем (5-6 мас.}, что позволяет уменьшить массовую долю остаточного аустенита до 1 — 5 мас., сохранив массовую долю дельтаферрита в прежних пределах (3-6 0 мас), благодаря чему ударная вязкость и пластические свойства металла шва при его упроч- нении изменяются незначительно. Суммарное легирование наплавленного металла (металла шва) при этом должно быть снижено по сравнению с прототипом в среднем на 2,5 — 4,0 мас, и составляет 18,5 — 20,5 мас, Легирование металла шва марганцем, кремнием и титаном при введении их в покрытие электродов в сочегании с сердечником из стали ОЗХ11Н5М2ГСТ в предложенных пределах позволяет с учетом содержания других легирующих элементов в наплавленном металле (сварном шве) обеспечить необходимое соотношение фазовых составляющих, мас, %:

Остаточный аустенит 1,0 — 5,0

Дельтаферрит 3,0-6,0

Низкоуглеродистый мартенсит Остальное.

Для оценки пределов содержания хрома и никеля в электродном стержне (предлагаемое техническое решение} изготовлены партии опытных электродов с покрытием варианта 3 (табл. 1) и стержнями из опытных проволок, отличающихся по содер>канию хрома и никеля в соответствии с табл. 3. Исследования, сварных швов, выполненных проверяемыми электродами, проводились, как и в предыдущем случае, в сравнении с прототипом, При этом обеспечивается сочетание высоких прочностных и пластических свойств металла шва.

Неметаллические компоненты, входящие

5 в состав покрытия, участвуют в металлургических реакциях, обеспечивают электроду,удовлетворительные сварочно-технологические свойства (стабильность горения дуги, форми рование шва, отделимость шлаковой корки и

10 др.) и препятствуют насыщению сварного шва водородом) и технологичность в изготовлении.

Для оценки механических свойств металла шва были приготовлены методом оп15 рессовки опытные электроды с сердечником из стальной проволоки типа ОЗХ11Н5М2ГСТ о 4 мм и с сердечником из проволоки типа

ОЗХ13Н9М2СТ ф 4 мм, использованной в качестве сердечника в противопоставляе20 мом техническом решении.

Состав покрытия этих электродов представлен в табл. t.

Изготовленными электродами сваривали без подогрева.и термообработки соеди25 нения стали 15Х2Н4МДА толщиной 40 мм.

Качество сварных соединений в состоянии после сварки оценивали металлографическим анализом, а также определением механических свойств образцов, вырезанных из

30 металла шва.

Результаты испытаний приведены в табл. 2, Как следует иэ табл. 2, использование в качестве электродного стержня проволоки Св-ОЗХ11Н5М2ГСТ с покрытием, 35 содержащим компоненты в указанных пределах(варианты 2,3 и 4), позволяет получить металл шва с требуемыми механическими свойствами (oat = 1000МПа}. За счет сни>кения легирования электродного стержня, 40 по сравнению с прототипом, хромом и никелем понизились суммарное легирование ме. талла шва, что повлияло на его фазовый состав; в первую очередь на количество остаточного аустенита (yet:T = 1 — 5 мас. ), 45 что оказало упрочняющее воздействие на шов. Пластические свойства при этом не ухудшились.

1785860

Таблица1

Результаты исследований приведены в табл. 3. Из табл. 3 следует, что требуемые механические свойства металла шва обеспечиваются при содержании хрома и никеля в электродных стержнях в пределах, предусмотренных предлагаемым техническим решением (варианты 2, 3 и 4) и по пределу текучести значительно превышают обеспечиваемые прототипом. Нарушение этих пределов ведет либо к потере пластических свойств шва, либо к его разупрочнению.

Ввиду того, что сварка без подогрева и термообработки высокопрочных сталей в настоящее время. производится аустенитными электродами, применение предлагаемых электродов взамен аустенитных позволяет сократить в 1,8-2,5 раза объем наплавленного металла, что значительно снижает металлоемкость и трудоемкость изготовления сварных конструкций. Ожидаемый экономический эффект от применения изобретения вместо аустенитных электродов ЭА-981/15 составит 11200 руб. на одну тонну наплавленного металла.

Формула изобретения

Электрод для сварки высокопрочных сталей, состоящий из легированного стержня, содержащего углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, титан, железо и покрытия, содержащего плавиковый шпат, рутиловый концентрат, двуокись тита5 на, марганец, ферротитан, ферросицилий, слюду синтетическую, КМЦ и доломит, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения прочностных и пластических свойств металла шва, сварочная проволока, ис10 пользуемая в качестве стержня, содержит хром в количестве 10 — 11 мас. и никель в количестве 5-6 мас, при следующем соотношении компонентов в покрытии мас

15 Плавиковый шпзт 10-15

Рутиловый концентрат . 28-33

Двуокись титана 5-10

20 Феррогитан 2-8

Ферросилиций 4-8

Марганец 2 — 4

Слюда синтетическая 1-5

КМЦ 0,5-1,5 .

25 Доломит Остальное, Причем коэффициент массы покрытия составляет 37,5-46,3 g,.

Таблица 2

Табл и ца 3

Составитель Э. Демченко

Редактор Н. Рожкова Техрад M.Ìoðãeíòàë Корректор О, Густи

Заказ 217 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