ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОД МАРКИ 48XH-7 ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ХЛАДОСТОЙКИХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2006 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки хладостойких высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа.

Известны электроды, используемые для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности типа Э-138/50Н.

Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов, и взятым в качестве прототипа, является электрод марки Э-138/50Н типа Э50А ("Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов", И.А.Закс, изд. СПб: "WELCOME", 1996 г., стр.336, 337), состоящий из стержня - проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего в мас.%:

Мрамор53Плавиковый шпат22Кварцевый песок9Ферротитан15Ферросилиций1Жидкое стекло натриевое (к массе сухой шихты)28-30

Основным недостатком этих электродов является ограниченная хладостойкость металла шва до минус 20°С, повышенная склонность его к образованию пор, а также низкие сварочно-технологические свойства.

Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки низколегированных высокопрочных хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С, обеспечивающего в металле шва высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости.

Технический результат достигается тем, что электрод марки 48ХН-7, состоящий из стержня-проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и стекло натриевое, дополнительно содержит рутиловый концентрат, никелевый порошок, комплексную лигатуру и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор 35,2-48,6Плавиковый шпат 17,0-24,0Кварцевый песок 4,0-10,0Рутиловый концентрат 6,0-12,0Железный порошок 10,0-15,0Никелевый порошок 0,4-0,8Комплексная лигатура 8,0-12,0Жидкое стекло натриевое  (к массе сухой смеси)23,0-28,0

при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, %:

Титан 25,00-35,00Кремний 2,00-6,00Алюминий 9,00-15,00Марганец 8,00-12,00Церий 0,02-1,00Бор 0,50-1,50Железо остальное

Введение в покрытие лигатуры в количестве 8-12% по массе обеспечивает содержание в металле шва 0,0015-0,0025% бора, 0,02-0,03% титана, 0,01-0,03% алюминия, что повышает его хладостойкость. Работа удара металла шва при температуре минус 60°С более 47 Дж.

Повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости, объясняется введением в покрытие железного порошка и рутилового концентрата, которые совместно с композицией мраморплавиковый шпаткварцевый песок позволяют получать благоприятное формирование металла шва, самопроизвольную отделимость шлаковой корки.

Введение в покрытие железного порошка приводит к повышению производительности сварки (коэффициент наплавки 10 г/Ач) и низким потерям электродного металла (коэффициент потерь менее 1,5%). Увеличение содержания железного порошка в покрытии (более 15%) затрудняет производство сварки в положениях, отличных от нижнего. Введение в покрытие рутилового концентрата в количестве 6-12% позволяет получить наряду с хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью металла шва к порообразованию, гарантированное содержание 0,02-0,03% титана в металле шва. Увеличение содержания в покрытии рутилового концентрата более 12% приводит к повышению содержания в металле шва титана и как следствие снижению механических характеристик металла шва.

Введение в покрытие никелевого порошка 0,4-0,8% и комплексной лигатуры 8-12% позволяет получить оптимальное легирование, микролегирование, модифицирование и раскисление металла шва, а также перлитно-ферритную мелкозернистую структуру. Увеличение содержания никелевого порошка в покрытии (более 0,8%) приводит к повышению прочностных характеристик металла шва.

Увеличение содержания комплексной лигатуры в покрытии, более 12% приводит к избыточному микролегированию металла шва и как следствие к снижению работы удара и склонности к трещинообразованию. При недостаточном микролегировании и легировании металла шва (содержание комплексной лигатуры в покрытии менее 8%) снижается работа удара, что вызвано увеличением размера зерна и уменьшением в структуре количества игольчатого феррита и бейнита.

Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей. Были выполнены слитки стали марки 10ГНА с химическим составом, приведенным в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получены металлические стержни ⊘4 мм.

Электроды были изготовлены в опытном производстве на установке для производства покрытых электродов швейцарской фирмы "Эрликон".

Опытные образцы электродов испытывались на высокопрочных хладостойких низколегированных сталях марки F500 и стали марки Ст3сп.Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=150-170 А, Uд=22-24 В, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла 80-120°С. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений.

Из металла сварных швов, полученного электродами предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств.

Химический состав покрытий предлагаемого и известного сварочного электрода представлены в таблице 2. Данные сравнительных испытаний механических свойств металла шва представлены в таблице 3.

Таблица 1Химический состав стали марки 10ГНАСSiMnCrNiSРН.б.0,120,15-0,350,9-1,2Н.б. 0,20,9-1,2Н.б. 0,012Н.б. 0,015Таблица 2Химический состав покрытий известного и заявленного электродовСостав№Состав покрытия, мас.% Плавиковый шпатКварцевый песокРутиловый конц.ФерротитанФерросилицийЛигатураЖелезный пор.Никелевый пор.МраморЖидкое стеклоЗаявляемый1241012--8100,835,22322079--10150,638,42531746--12120,448,628Изв.4229-151---53,028-30

Таблица 3Результаты сравнительных испытаний известных и заявляемых электродовСостав№Механические характеристики металла шваСварочно-технологические
характеристики σ₀₂, МПаσ_в, МПаδ, %Работа удара KV, Дж Т=0°СТ=-20°СТ=-40°СТ=-60°СКол-во пор (св. тавр. пробы)Производит.Отд. шлакаЗаявляемый1490590271341026553010 г/АчХор. 100%253061024165130124105010 г/АчХор. 100%3502602251251157568010 г/АчХор. 100%Изв.44505602480502516158,5 г/АчУд. 70%Примечание:
1. Данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на одну точку.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным позволяет получить более высокие прочностные характеристики и хладостойкость металла шва. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает более высокие сварочно-технологические характеристики электродов и отсутствие пористости в металле шва.

Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности установок за счет повышения хладостойкости металла шва и снижения пористости, а также снижения трудоемкости сварочных работ за счет повышения сварочно-технологических характеристик электрода.

Изобретение может быть использовано при производстве электродов для сварки высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа. Металлический стержень выполнен из проволоки марки Св-10ГНА. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 35,2-48,6, плавиковый шпат 17,0-24,0, кварцевый песок 4,0-10,0, рутиловый концентрат 6,0-12,0, железный порошок 10,0-15,0, никелевый порошок 0,4-0,8, комплексная лигатура 8,0-12,0, жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) 23,0-28,0. Комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: титан 25,00-35,00, кремний 2,00-6,00, алюминий 9,00-15,00, марганец 8,00-12,00, церий 0,02-1,00, бор 0,50-1,50, железо остальное. Электрод обеспечивает высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости сварных соединений хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С. 3 табл.

Электрод для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей, включающий стержень из проволоки марки Св-10ГНА и покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и жидкое натриевое стекло, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно железный порошок, комплексную лигатуру, рутиловый концентрат и никелевый порошок при содержании компонентов в покрытии в следующем соотношении, мас.%:

Мрамор35,2-48,6Плавиковый шпат17,0-24,0Кварцевый песок4,0-10,0Рутиловый концентрат6,0-12,0Железный порошок10,0-15,0Никелевый порошок0,4-0,8Комплексная лигатура8,0-12,0Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)23,0-28,0

при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%

Титан25,00-35,00Кремний2,00-6,00Алюминий9,00-15,00Марганец8,00-12,00Церий0,02-1,00Бор0,50-1,50ЖелезоОстальное