СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2005 года по МПК B23K35/30 C22C38/50 

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающего при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца.

Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой сварочной проволоке является сварочная проволока марки Св-08Х14Н9С3Б (ЭП-305) по ТУ 14-1-1890-76, содержащаяся в мас.%:

углерод0,05-0,10кремний2,8-3,5марганец1,5-2,0хром13,5-15,5никель8,0-9,0ниобий0,8-1,1серане более 0,018фосфорне более 0,025железоостальное

Указанная сварочная проволока обладает высокими механическими и коррозионными свойствами. Однако имеет недостаточно высокую длительную и технологическую прочность, а также повышенную склонность к тепловому охрупчиванию металла шва после длительных выдержек при 500 и 550°С.

Техническим результатом изобретения является повышение длительной прочности, снижение склонности к тепловому охрупчиванию металла шва и повышение технологической прочности.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в сварочную проволоку, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно введены вольфрам, титан и цирконий при следующем соотношении компонентов в мас.%:

углерод0,005-0,030кремний1,6-2,4марганец1,0-2,0хром15,0-17,0никель10,0-13,0вольфрам1,2-2,0титан0,2-0,6цирконий0,06-0,18железоостальное

При этом отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22

За счет снижения содержания углерода и кремния, введения регламентированного количества титана и циркония достигается уменьшение склонности к тепловому охрупчиванию при длительных тепловых выдержках при температурах 500-550°С. Цирконий и титан связывают углерод в термически стойкие карбиды. При этом наиболее полное связывание растворенного углерода достигается при отношении суммарного содержания титана и циркония к общему содержанию углерода более

Увеличение содержания вольфрама способствует повышению длительной прочности стали за счет упрочнения твердого раствора и выделения мелкодисперсной фазы Лавеса, а также увеличивает стойкость к образованию горячих трещин при сварке.

Увеличение содержания никеля произведено для обеспечения необходимого содержания феррита в двухфазной структуре металла сварного шва при заданном химическом составе, что улучшает стойкость к образованию горячих трещин при сварке.

Авторами были выплавлены в вакуумно-индукционных печах три слитка заявляемого и один известного составов (табл. 1), проведена горячая пластическая обработка, включая ковку, прокатку и волочение, в результате чего получена проволока диаметром 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мм и осуществлена ручная аргонодуговая сварка с использованием этой проволоки пластин толщиной до 40 мм стали ЭП-302. Из сварных соединений были изготовлены образцы для испытаний на длительную прочность, ударный изгиб с надрезом по металлу шва, макро- и микрошлифы.

Склонность металла шва к тепловому охрупчиванию определялась по изменению ударной вязкости (KCV, Дж/см²) при комнатной температуре испытания после длительных (до 10000 часов) выдержек при температурах 500 и 550°С. Технологическая прочность определялась по отсутствию горячих трещин в металле шва, оцениваемую при радиографическом и капиллярном контроле сварных соединений и металлографических исследованиях.

Результаты испытаний (табл. 2 и 3) подтверждают, что заявляемый состав сварочной проволоки превосходит известную по стойкости к тепловому охрупчиванию и длительной прочности, а также технологической прочности. Радиографический контроль, дефектоскопия и металлографические исследования не выявили наличия в металле шва горячих трещин, микротрещин. В связи с этим заявляемая проволока может быть использована для сварки деталей толщиной более 8 мм в отличие от известной проволоки ЭП305, которая допускается для сварки стали ЭП302 толщиной не более 8 мм (РД5.9633-75. Основные положения. «Сварка конструкций специальных судовых энергетических установок из стали аустенитного и перлитного классов и железоникелевых сплавов»).

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования предлагаемой выразится в увеличении срока службы оборудования атомных энергетических установок за счет повышения длительной прочности, более высокой стойкости металла шва к тепловому охрупчиванию и уменьшению затрат при марочных работах в связи с упрощением технологии сварки.

Таблица 1
Химический состав заявляемой и известной марок сталиСтальУсловный № плавкиСодержание элементов в мас.%УглеродКремнийМарганецХромНикельВольфрамТитанНиобийЦирконийСераФосфорЖелезоПредлагаемая10,0051,61,015,010,01,20,20 0,180,0090,017Остальное7620,021,91,516,212.11,60,50-0,120,0100,020Остальное3130,032,42,017,013,02,00,60-0,060,0110,016Остальное22Известная40,082,81,515,98,3--0,9-0,0090,025Остальное 

Таблица 2
Изменение ударной вязкости металла шва (KCV) (Дж/см²) при комнатной температуре испытания заявляемой и известной марок сварочной проволоки после тепловых выдержек продолжительностью 10⁴ часов.Сварочная проволокаУсловный номер лавкиПосле сваркиПосле выдержки 10⁴ часов при температурах, °С500550Предлагаемая112855502126454031133530Известная480,45,14,7

В таблице приведены усредненные значения испытаний трех образцов на точку.

Таблица 3
Длительная прочность металла шва заявляемой и известной марок сварочной проволокиСварочная проволокаУсловный номер плавкиПредел длительной прочности за 10⁴ ч, МПаТемпература испытаний, °С500550Предлагаемая1
2
3290
300
320190
190
200Известная4230165

Примечание: Испытания на длительную прочность проводили на базе 10 тыс. ч.

Изобретение может быть использовано для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающих при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца. Проволока содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,005-0,030, кремний 1,60-2,40, марганец 1,00-2,00, хром 15,00-17,00, никель 10,00-13,00, вольфрам 1,20-2,00, титан 0,20-0,60, цирконий 0,06-0,18, железо - остальное. Отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22. Указанный состав обеспечивает повышение длительной и технологической прочности, снижение склонности к тепловому охрупчиванию металла шва. 3 табл.

Состав сварочной проволоки, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, титан и цирконий при следующем соотношении элементов, мас.%:

Углерод0,005-0,030Кремний1,60-2,40Марганец1,00-2,00Хром15,00-17,00Никель10,00-13,00Вольфрам1,20-2,00Титан0,20-0,60Цирконий0,06-0,18ЖелезоОстальное

при этом отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22.