СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ СВАРКИ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СТАЛЕЙ И ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ Российский патент 2007 года по МПК B23K35/30 C22C19/05 

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе, содержащих в качестве основных легирующих элементов хром, марганец, молибден, вольфрам, ниобий и используемых в энергетике, машиностроении и в других отраслях промышленности для сварки коррозионно-стойких аустенитных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе, работающих соответственно в морской воде, воде и паре высоких параметров при температуре до 350°С, а также в среде газовых теплоносителей с низким окислительным потенциалом при температурах 500-950°С.

Известен состав сварочной проволоки на никелевой основе 06Х15Н60М15, содержащий в мас.% С≤0,08; Si≤0,50; Mn 1,0-2,0; Cr 14,0-16,0; Мо 14,0-16,0; Fe≤4,0; S≤0,015; Р≤0,015; Ni - основа. (ГОСТ 2246-70, «Проволока стальная сварочная», стр.11, табл.2). Недостатком этого сплава является склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию металла шва при повышенных рабочих температурах. Кроме того, для этого сплава необходимо проведение термической обработки сварного соединения для обеспечения требуемого уровня длительной прочности за счет выделения δ-фазы.

Наиболее близким по технической сущности и составу компонентов является состав сварочной проволоки, содержащий:

Углерод0,005-0,03Кремний0,10-0,30Марганец2,5-6,5Хром18,0-22,0Ниобий1,0-5,0Молибден0,5-5,0Вольфрам0,5-5,0Магний0,001-0,1Иттрий0,005-0,1Церий0,005-0,1Никель и примесиОстальное,

при этом содержание примесей следующее: железо 0,2-0,5 мас.%.

(SU №780374 А1, В23К 35/30, публ. 07.04.1990 г.).

Металл шва, выполненный известным составом сварочной проволоки, обладает высокими прочностными свойствами и стойкостью к коррозионному растрескиванию в морской воде и воде высоких параметров. Однако он имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин, тепловому охрупчиванию при длительной эксплуатации в интервале температур 550-750°С и межкристаллитной коррозии.

Техническим результатом изобретения является снижение склонности металла шва к тепловому охрупчиванию, образованию горячих трещин при длительной эксплуатации в интервале температур 550-750°С и к межкристаллитной коррозии.

Технический результат достигается за счет того, что в сварочную проволоку, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, молибден, вольфрам, ниобий, магний, иттрий и никель, согласно изобретению он дополнительно содержит кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Углерод0.005-0,03Кремний0,10-0,30Марганец1,8-6,5Хром18,0-22,0Ниобий2,0-3,5Молибден3,0-6,0Вольфрам0,8-3,0Кальций0,001-0,1Магний0,001-0,1Иттрий0,005-0,1Церий0,005-0,1Никель и примесиОстальное,

при этом:

суммарное содержание кальция, иттрия, церия и магния должно быть меньше или равно 0,15 (Са+I+Ce+Mg)≤0,15,

суммарное содержание марганца, молибдена и вольфрама должно быть в пределах 7,5-13,0 (Mn+Mo+W)=7,5-13,0,

отношение содержания ниобия к содержанию углерода должно быть больше или равно 100 (Nb/C≥100),

а содержание примесных элементов железа, алюминия, серы и фосфора не должно превышать следующих значений, мас.%:

Железо ≤ 1,0,Сера ≤ 0,0018Алюминий ≤ 0,1,Фосфор ≤ 0,0018

Введение вольфрама в пределах 0,8-3,0 мас.% способствует повышению прочности, в том числе длительной прочности металла сварного шва за счет образования труднорастворимых карбидов при рабочей температуре 550-750°С. При более высоком содержании вольфрама наблюдается охрупчивание металла сварного шва.

Введение кальция, иттрия, церия и магния способствует повышению пластичности металла шва в горячем состоянии и снижает склонность металла шва к образованию горячих трещин. Однако суммарное содержание этих элементов должно быть меньше или равно 0,15 мас.%. При более высоком их содержании наблюдается образование в металле шва эвтектик этих элементов, что приводит к его охрупчиванию.

Суммарное содержание марганца, молибдена и вольфрама должно быть в пределах 7,5-13,0 мас.%.

При содержании эти элементов менее чем 7,5 мас.% наблюдается образование горячих трещин вследствие увеличения температурного интервала хрупкости и образования легкоплавких вторичных эвтектических фаз.

При содержании этих элементов более чем 13,0 мас.% наблюдается снижение пластических свойств металла шва вследствие выделения карбидных и интерметаллидных фаз при длительной эксплуатации при повышенных температурах.

Содержание железа более чем 1,0 мас.% приводит к охрупчиванию металла шва при длительной эксплуатации при высоких температурах в связи с образованием фаз Лавеса.

Содержание алюминия более чем 0,1 мас.% приводит к снижению технологической прочности.

Отношение содержания ниобия к содержанию углерода должно быть больше или равно 100, так как при меньшем соотношении наблюдается склонность металла шва к межкристаллитной коррозии после отпуска при температуре эксплуатации 550-750°С в воде и паре высоких параметров.

Пример конкретного выполнения

Авторами предлагаемого изобретения были выплавлены в открытой индукционной печи три 100-килограммовые слитка заявляемой и один слиток известного состава сварочной проволоки. Выплавленные слитки были прокованы на прутки диаметром 16 мм, из которых была изготовлена сварочная проволока. Сварочная проволока заявляемого и известного составов была подвергнута аустенизации при температуре 950°С в течение 1,5 час с последующим охлаждением на воздухе, а затем ею была проведена сварка в Х-образную разделку стали марки ХН65МВУ ГОСТ 5632-72. Из сварного шва были изготовлены образцы для испытания на статическое растяжение, а также на склонность к тепловому охрупчиванию и образованию горячих трещин. Испытания на статическое растяжение образцов проводились при комнатной и повышенной до 750°С температурах по стандартной методике.

Испытания ни тепловое охрупчивание проводились путем испытания металла шва на ударный изгиб образцов, изготовленных по ГОСТ 6996-66.

Испытания на склонность к образованию горячих трещин проводились по методике МВТУ им. Н.Э.Баумана путем определения максимальной скорости растяжения, не приводящей к растрескиванию кристаллизующегося металла сварочной ванны (А_кр мм/мин).

Испытания на склонность к межкристаллитной коррозии (МКК) проводили по ГОСТ 6032-2003, методом АМУ, после старения металла шва при температурах 350-750°С в течение 1-1000 час.

Химический состав сварочной проволоки предлагаемого и известного составов приведен в таблице №1, свойства металла сварного шва - в таблице №2.

Технико-экономическая эффективность от использования данного изобретения по сравнению с известным выразится в повышении надежности

Таблица №1Химический состав заявляемой и известной сварочной проволокиСостав сварочной проволокиУсловный № составаСодержание компонентов, мас.%СSiMnCrNbМоWMgПредлагаемый10,0050,101,818,02.06,00,80,00120,0180,154,320,03,05,42,30,0330,010,205,221,02,84,22,60,1040,030,306,522,03,53,03,00,01Известный50,030,40,4203,39,5--Продолжение таблицы №1Содержание компонентов, мас.%IСеСаFeAlNiSPCa+I+Ce+MgMn+Mo+WNb/C0,100,010,030,590,06469,00,00120,00140,1418,04000,010,0050,100,870,05763,760,00140,00110,14512,01670,0050,0400,0010,650,06463,130,00160,00150,14612,02800,030,100,0080,910,06262,050,00150,00170,14812,5117---3,0-64,0-----Таблица №2Свойства предлагаемого и известного составов сварочной проволоки.Состав сварочной проволокиУсловный № составаТемпература испытанийСопротивление трещинамМКК20°С750°Сσ_0,2, МПаψ₅, %K_cv, Дж/см²σ_0,2, МПаψ₅, %K_cv, Дж/см²А_кр, мм/минТрещиныПредлагаемый146050,017032040,01002,0НетНет244048,017033040,01001,9НетНет345047,016532041,01051,7НетНет442548,017030042,01081,5НетНетИзвестный538045,0ПО29036,0850,7ЕстьЕстьПримечание:1. В таблице приведены усредненные данные по результатам испытаний трех образцов на точку.2. Механические свойства определяли после старения металла шва при 750°С и выдержке 10000 час.

Изобретение относится к сложнолегированным жаропрочным сплавам на никелевой основе для сварки коррозионно-стойких аустенитных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе. Состав сварочной проволоки содержит компоненты, мас.%: углерод 0,005-0,03, кремний 0,10-0,30, марганец 1,8-6,5, хром 18,0-22,0, ниобий 2,0-3,5, молибден 3,0-6,0, вольфрам 0,8-3,0, кальций 0,001-0,1, магний 0,001-0,1, иттрий 0,005-0,1, церий 0,005-0,1, никель и примеси - остальное. Суммарное содержание кальция, иттрия, церия и магния должно быть меньше или равно 0,15. Суммарное содержание марганца, молибдена и вольфрама должно быть в пределах 7,5-13,0. Отношение содержания ниобия к содержанию углерода больше или равно 100. Снижается склонность металла шва к тепловому охрупчиванию, образованию горячих трещин при длительной эксплуатации в интервале температур 550-750°С и к межкристаллитной коррозии. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав сварочной проволоки для сварки коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, вольфрам, ниобий, магний, иттрий и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кальций и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,005-0,03Кремний0,10-0,30Марганец1,8-6,5Хром18,0-22,0Ниобий2,0-3,5Молибден3,0-6,0Вольфрам0,8-3,0Кальций0,001-0,1Магний0,001-0,1Иттрий0,005-0,1Церий0,005-0,1Никель и примесиОстальное

при этом суммарное содержание кальция, иттрия, церия и магния должно быть меньше или равно 0,15, (Ca+Y+Ce+Mg)≤0,15, суммарное содержание марганца, молибдена и вольфрама должно быть в пределах 7,5-13,0, (Mn+Mo+W)=7,5-13,0, отношение содержания ниобия к содержанию углерода больше или равно 100, (Nb/C≥100).

Железо ≤ 1,0Алюминий ≤ 0,1Сера ≤ 0,0018Фосфор ≤ 0,0018