Состав сплава

Состав сплава

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 291080 (21) 2998988/25-27 (51 ) M. Nn з

В 23 К 35/30

С 22 С 38/58 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (НУДК 621.791. . 042. 2(088.8) Опубликовано 300982. Бюллетень Мо 36

Дата опубликования описания 300982

;,т (,!

f (72) Авторы изобретения

А.С. Табатчиков, A.Â. Пряхин и Л.Н. Бар ий

f

t

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (71) Заявитель (54 ) СОСТАВ СПЛАВА

Изобретение относится к сварке, в частности к составу сплава, применяемого преимущественно для сварочной проволоки. Известен состав сварочной проволоки 11), содержащий следующие компоненты, вес.Ъ:

Углерод 0,006-0,03

Кремний 0,2-0,6

Марганец 0,3-0,7

Хром 11,5 -13,5

Никель 3,8-6,5

Ниобий 0,1-1,0

Молибден 0,1-0,7

Иттрий 0,01-0,1

Железо Остальное

К недостаткам данного состава следует отнести склонность литого металла сварных швов к образованию холодных трещин и высокий уровень остаточных напряжений и деформаций в сварной конструкции.

Наиболее близким по составу является сплав, содержащий следующие ком поненты, вес.Ъ:

Углерод 0,05-0,5

Марганец 0,4-2

Кремний 0,2-1

Хром 0,2-1,5

Никель -О, 2-3 5

Молибден 0,05 0,5

Ванадий 0,05-0,2

Титан 0,01-0,1

Алюминий 0,02-0,06

Барий 0,01-0,05

Стронций 0,01-0,05

Редкоземельные металлы 0,01-0,05

Пттрий 0,005-0,05

10 Железо

Остальное

Однако металл шва, полученный при сварке с применением сварочной ,проволоки, изготовленной иэ извест-. ного сплава, обладает недостаточной прочностью.

Цель изобретения — повышение прочности сварного шва.

Поставленная цель достигается тем, что сплав для сварочной проволоки, содержащий углерод, никель, хром, молибден, ванадий, марганец, кремний, алюминий, иттрий, редкоземельный металл, барий и железо, содержит в качестве редкоземельного металла церрий, при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Углерод 0,03-0,09

Никель 4,5-22

Хром 0,15-2

Молибден О, 5-4

Ванадий 0,15 — 1

961905

30

Марганец 0,7-2

Кремний 0,3-1,5

Алюминий 0,1-0,5

Иттрий 0,05-0,1

Церий 0,002-0,05

Барий 0,005-0,05

Железо Остальное

Лучшую релаксацию напряжений обес-, печивает мартенсит замещения, в структуре которого имеются свободные (подвижные) дислокации. Наличие дислокаций облегчает протекание релаксационных процессов путем микроплас тической деформации (локального .перемещения дислокаций на небольшие расстояния).

Для получения мартенсита замещения в наплавленном металле, химический состав металла шва должен быть подобран таким образом, чтобы с одной стороны не происходило образования массивного феррита, а с другой — отсутствовал бы в больших количествах остаточный аустенит (при низкой температуре начала

3 - о — превращения).

Этим условиям отвечает введение в состав сплава для сварочной проволоки, вес.Ъ: никеля 4,5-22,0; хрома 0,15-2; молибдена 0,5-4,0; ванадия 0,15-1,0. При указанных содержаниях элементов обеспечивается получение в металле шва малоуглеродистого никелевого мартенсита. В таком мартенсите достигается достаточно высокая плотность подвижных дислокаций (10 . см ), что способствует релаксации напряжений, возникающих в процессе охлаждения металла шва и околошовной зоны.

Никель является основным легирующим элементом, участвующим в образовании мартенсита замещения. Легирование никелем снижает сопротивление кристаллической решетки железа движению свободных дислокаций и уменьшает энергию взаимодействия дислокаций с атомами внедрения (углерода и азота), поэтому облегчается релаксация напряжений и уменьшается склонность стали к хрупкому разрушению. Верхнее содержание никеля ограничивается тем, что он снижает температуру начала у - < -превращения и способствует появлению в-структура остаточного аустенита. Нижнее содержание никеля ограничено с целью исключить появление в структуре массивного феррита, поскольку последний, подобно аустениту, резко снижает релаксационную способность мартенсита.

При указанных содержаниях хром упрочняет одновременно матрицу и границы зерен, в связи с этим, при возрастании прочности, пластичность и ударная вязкость практически не меняются. Повышенное содержание хрома приводит к охрупчиванию границ

I зерен и межзерновых прослоек за счет появления избыточного количества карбидов, что приводит к существенному снижению пластичности и ударной вязкости. При малых содержаниях никеля введение хрома способствует образованию мартенсита, снижая температуру начала "- <а -превращения. Ванадий и молибден снижают температуру начала -превращения, связывают углерод в карбиды и выводят его из твердого раствора, что повышает подвижность дислокаций, а

)5 следовательно, и релаксационную способность мартенсита. Кроме того, ванадий и молибден, введенные в указанных количествах совместно, улучшают механические свойства сварного шва при комнатной и. пониженных температурах. Введение ванадия и мо- либдена в больших количествах может привести к дисперсионному твердению мартенсита и охрупчиванию.

Содержание углерода ограничивается 0,09 вес.Ъ в связи с тем, что при повышенном его содержании атомы внедрения углерода блокируют дислокации. Блокировка дислокаций повышает сопротивление пластической деформации и, следовательно, снижает релаксационную способность мартенсита. Нижний предел 0,03 вес.Ъ ограничивается лишь возможностями металлургического передела.

35 Введение 0,05-0,1 вес.Ъ иттрия в состав сплава позволяет улучшить механические свойства за счет измельчения структуры металла шва и .очищения границ зерен от примесей. Итт40 рий, обладая высоким сродством к кислороду и сере, благоприятно изменяет состав, форму и расположение неметаллических включений в металле шва. Нижний предел содержания иттрия

0,05 вес.Ъ принят из условия существенного его влияния на структуру и релаксационную способность мартенсита. Верхний предел 0,1 вес.Ъ обусловлен эффективностью и экономической целесообразностью.

Наличие церия и выбор определенного сооотношения концентрации остальных компонентов, обусловливающих наличие мартенситной структуры, позволяет уменьшить склонность швов к порообразованию, так как,никель не только повышает пластичность, но и увеличивает склонность к порообразованию. Наличие в сплаве для сварочной проволоки таких сильных рас60 кислителей, как иттрий, церий и алюминий, необходимых для глубокого раскисления металла сварочной ванны и связывания серы, приводит к ухудшению характеристик капельного пере-.

65 носа электродного металла. Поэтому

961905

Таблица 1

Содержание, вес.В

Вариант

Элементы

0,03

22,00

0,05

0,09

Углерод

Никель

4,50

8,36

Хром

0,15

0,88

2,0

0,50

0,70

4,00

Молибден

0,15

1,00

0,43

Ванадий

Марганец

0,89

2,00

0,70

Кремний

0,76

1,50

0,30

0,05

0,10

0,07

0i32

0,015

0,018

Остальное

Иттрий

Алюминий

0,10

0,50

Церий

0,05

0,002

0,005

0,05

Барий . Железо в состав сплава для сварочной проволоки вводится барий, присутствие которого снижает потенциал ионизации горения дуги, что способствует ее стабилизации. Пределы содержания церия и бария приняты от значеиий

0,002 и 0,005 вес.% соответственно, когда начинает проявляться влияние этих элементов на уменьшение порообразования и pàýáðûçãèaàíèÿ металла при сварке в защитных газах, до значения 0,05 вес.%, выше которого

° эти элементы вводить экономически нецелесообразно.

Верхний предел содержания алюминия в составе сплава для сварочной проволоки ограничен 0,5 вес.Ъ в связи с тем, что при повышенном егo со держании появляется опасность охрупчивания шва при нагреве до 400500 С. Это объясняется тем, что растворимость алюминия в мартенсйте низка и при нагреве металла шва происходит выделение интерметаллидных частиц типа Ге Al, Ni Al,Нижний предел ограничивается началом раскисляющего действия алюминия.

Алюминий вводится также с целью нейтрализации вредного влияния сульфидов на стойкость металла шва про. тив образования горячих трещин при сварке. Неизбежные в металле шва сульфиды оказываются связанными с карбидами алюминия в труднораство римые соединения.

Марганец и кремний являются необХодимыми элементами в сплаве для сварочной проволоки, предназначенной для сварки в активных защитных газах. Верхние пределы содержания .марганца и кремния Ограничены соответственно 2,0 и 1,5 вес.В иэ-за того, что при их избытке заметно снижаются пластические свойства металлов шва. Нижние пределы содержания

10 марганца и кремния (0,7 и 0,03 вес.В соответственно)приняты, исходя из необходимости обеспечения надлежащей макроструктуре сварного шва (без пор, шлаковых включений), 35 так как при этих содержаниях и выше получаются продукты раскисления с относительно невысокой температу- . рой плавления, что облегчает их коагуляцию и удаление на поверхность ванны.

Таким образом, предлагаемый,состав сплава для сварочной проволоки позволяет получить качественный металл шва со структурой низкоуглеродистого никелевого мартенсита, который обеспечивает релаксацию напряжений в шве и околошовной зоне.

Это приводит к снижению уровня остаточных напряжений и деформаций

-З" в сварной конструкции. В табл. 1 приведены варианты выполнения сплава для сварочной проволоки.

961905 свариваемых пластин закреплялась, а другая имела возможность поворота, относительно шва под действием напряжений на величину f (мм) в точке замера, удаленной от оси шва на рас5 стояние 250 мм. Остаточные напряжения замерялись в шве и основном металле. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Сварочная проволока по варианту

Деформация мм

+143

+101

5,82

-15

+129

-17

4,77

+93

5,39

+135

-19

+90

Применение сварочной проволоки предлагаемого состава позволяет снизить трудоемкость изготовления сварной конструкции в 1,2-1,8 раза (в зависимости от сложности и жесткости сварной конструкции, ее назначения). 3р

Это достигается тем, что отпадает необходимость в мероприятиях (частично или полностью), направленных на предотвращение или снижение остаточных напряжений и деформаций. К ним З5 можно отнести: обратный выгиб деталей, принудительное охлаждение в процессе сварки, предварительный подогрев, местная силовая обработка сварных швов и околошовной эоны, правка, термическая правка,.термообработка.

Например, высокий отпуск сварных конструкций по объему своего применения значительно превосходит все остальные методы снижения напряжений, занимает по времени несколько часов, что при- 45 водит к значительному повышению трудоемкости изготовления сварной конструкции.

Формула изобретения

Состав сплава преимуцественно для сварочной проволоки, содержащий yr

Лабораторные испытания сплава для сварочных проволок предлагаемого и известного составов проводились путем замера остаточных напряжений и деформаций в сварных стыковых соединениях. Размеры свариваемых пластин 450х 260х 12 мм, разделка кромок V- ñáðà зная. При замере ос таточных деформаций (перемещений) одна из

Остаточные деформации (перемеще- ния) в значительном большинстве случаев затрудняют сборку элементов сварной конструкции, а иногда делают ее невозможной беэ предварительной силовой деформации. Например, отдельные элементы сложных балочных конструкций перед сбОркой, как правило, должны подвергаться правке, так как. они не могут быть собраны ввиду наличия больших зазоров от изгиба (грибовидность тавровых и двутавровых балок).

Использование сплава для сварочной проволоки предлагаемого состава позволит отказаться от сложного правильного или термического оборудо- 6$ вания и обслуживающего его персонала, что снизит себестоимость. сварной конструкции на 10-30%. Уменьшаются припуски на последующую механическую обработку сварных деталей и узлов.

Например, толщину стенок вала, который должен обрабатываться снаружи и внутри, необходимо назначать большей на 5-10% ввиду появления углового излома в зоне кольцевого шва.

Аналогичные случаи имеют место и в протяженных сварных деталях и узлах другого типа (например, балки короб-. чатого, таврового и двутаврового сечения).

Снижение остаточных напряжений в 1,7-3,7 раза приводит к повышению эксплуатационной надежности сварной конструкции. При нагружении конструкции рабочие напряжения, складываясь в некоторых зонах с остаточными напряжениями, достигают или превышают предел текучести металла и вызывают пластическиедеформации или разрушения. Например,при эксплуатации магистральных трубопроводов продольные и кольцевые швы разрушаются от суммирования рабочих напряжений и остаточных растягивающих напряжений. Пластические деформации и остаточные напряжения при наличии концентратов в условиях пониженных температур могут оказывать резко отрицательное влияние на сопротивление сталей началу хрупкого разрушения.

961905

Составитель Н. Козловская

Редактор Н. Гришанова Техред,T..Ôàíòà Корректор М. Демчик

Тираж -1153 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7362/17

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лерод никель, хром, молибден, ванадий, марганец, кремний, алюминий, иттрий, редкоземельный металл, барий и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сварного шва, он содержит в качестве редкоземельного металла церий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Углерод 0,03-0,09 .Никель 4,.5-22

Хром 0,15-2

1Щолибден 9,5=4

Ванадий 0,15-1

Марганец 0,7-2

Кремний 0,.3-1,5

Алюминий 0,1-0 5

Иттрий О, 05-0, 1 . Церий О, 002-0, 05

Барий 0,005-0,05 йелезо Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. -Авторское свидетельство СССР

10 М 547314, кл. B 23 К 35/30, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 404889, кл. С.22 С 38/58, 1972 (прототип).