СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2007 года по МПК B23K35/30 C22C38/38 

Изобретение относится к сварке и касается состава стальной проволоки для механизированной сварки и наплавки изделий из низколегированных сталей, работающих при больших знакопеременных нагрузках, и может быть использовано преимущественно для износостойкой наплавки при восстановлении узлов и деталей железнодорожного подвижного состава.

Известен состав сварочной проволоки, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, железо, в который введен кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,06-0,10Хром0,9-1,2Кремний0,4-0,7Марганец1,55-1,8Молибден0,5-0,7Ванадий0,2-0,45Сера0,025-0,04Фосфор0,025-0,030Кальций0,05-0,2Железоостальное,

при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 0,066-0,087, а отношение содержания серы к суммарному содержанию кальция и марганца должно быть в пределах 0,015-0,020 (см. патент РФ №2104138, кл. В23К 35/30, опубл. 1998).

К недостаткам данного состава можно отнести нестабильное горение дуги, а также возможность образования пор в наплавленном металле вследствие недостаточного содержания основных элементов-раскислителей: кремния и марганца, в связи с чем сварочную проволоку такого состава марки Св-08ХГ2СМФ нельзя использовать для механизированной наплавки и сварки в среде защитных газов (углекислого газа и его смесей с аргоном).

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа состав сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий из низколегированных сталей, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, никель и железо (см., например, ГОСТ 2246-70 "Проволока стальная сварочная").

К недостаткам известного состава сварочной проволоки относятся: возможность формирования в наплавленном металле закалочных микроструктур с твердостью более 320 НВ, склонных к образованию холодных трещин при верхних значениях углерода и легирующих элементов, значительное разбрызгивание электродного металла и чувствительность к образованию пор при наплавке в среде углекислого газа, а также высокое содержание дорогих и дефицитных молибдена и ванадия.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в получении оптимальных физико-механических свойств металла сварного и наплавленного шва при повышении технологичности и качества с обеспечением требуемой твердости и структурного состояния рабочей поверхности деталей, восстановленных наплавкой, а также снижении трудовых и материальных затрат.

Указанный технический результат обеспечивается дополнительным введением кальция и титана и комплексным легированием металла сварочной проволоки при оптимальном выборе соотношения содержания компонентов и достигается тем, что состав сварочной проволоки, преимущественно для сварки и наплавки узлов и литых деталей железнодорожного подвижного состава из низколегированных сталей, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, никель и железо, дополнительно содержит кальций и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод0,08-0,12хром0,50-1,00кремний0,50-0,90марганец1,50-1,90молибден0,15-0,60ванадий0,05-0,20серане более 0,025фосфорне более 0,03никельне более 0,30кальций0,005-0,009титан0,05-0,15железоостальное,

при этом углеродный эквивалент С_э состава сварочной проволоки, определенный соотношением , должен составлять 0,54-075%, а отношение суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца должно быть в пределах 0,6-1,1, где С, Mn, Cr, Mo, V, Ti - процентное содержание в сварочной проволоке соответственно углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия и титана.

Увеличение содержания кремния и марганца, а также введение кальция и титана обеспечивают хорошее раскисление наплавленного металла, отсутствие в нем пор и горячих трещин. Титан, кроме того, снижает эффективный потенциал ионизации и тем самым повышает устойчивость горения дуги, снижая разбрызгивание электродного металла.

Выбранные содержания хрома, марганца и титана в заявляемых пределах обусловлены необходимостью получения наплавленного металла повышенной твердости с благоприятной структурой, обеспечивающей достаточную его технологическую прочность и высокую износостойкость.

Увеличение содержания марганца и титана выше заявляемого предела приводит к повышению твердости, но при этом ухудшается отделимость шлака и снижается стойкость наплавленного металла против образования холодных трещин, а при введении их ниже заявляемых пределов снижается твердость наплавленного металла и растекаемость валиков.

Введение хрома и ванадия выше заявляемых пределов приводит к повышению твердости наплавленного металла, при этом ухудшается отделимость шлака, а снижение их содержания ниже заявляемых пределов приводит к заметному понижению твердости наплавленного металла.

Комплексное введение в состав сварочной проволоки марганца, хрома, молибдена, ванадия, кальция и титана в заявленных пределах их содержания, значений углеродного эквивалента и отношений суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца обеспечивает формирование мелкодисперсных структур в виде смеси игольчатого феррита и бейнита с требуемой твердостью (240-300 НВ), стойких против образования холодных трещин.

Для отработки оптимальных химических составов изготавливали опытные партии порошковых проволок и производили ими наплавку в среде углекислого газа. Установлено, что в заявляемом диапазоне содержания элементов при значении углеродного эквивалента состава сварочной проволоки выше 0,75% и отношения суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца выше 1,1 в микроструктуре наплавленного металла преобладает бейнитная составляющая, что обуславливает значительное повышение твердости и опасность образования холодных трещин.

При значениях углеродного эквивалента ниже 0,54% и соотношения суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца ниже 0,6 в микроструктуре наплавленного металла образуется зернограничный феррит, что приводит к снижению твердости и износостойкости.

На ОАО "Электросталь" была изготовлена опытная партия проволоки диаметром 1,6-2,0 мм следующего состава: углерод 0,09%, марганец 1,80%, кремний 0,70%, хром 0,71%, молибден 0,45%, ванадий 0,11%, кальций 0,008%, титан 0,05%, сера не более 0,025%, фосфор не более 0,03%, никель не более 0,30%. Расчетное значение углеродного эквивалента опытной проволоки составляет 0,65%, отношение суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца - 0,73.

Изготовленной проволокой производили двухслойные наплавки на пластины из стали марки 20ГЛ толщиной 25 мм, имитирующие реальные условия восстановления надрессорной балки грузового вагона.

Проволоку диаметром 1,6 мм использовали для наплавки в среде углекислого газа на режиме: ток 330-350 А, напряжение 27-28 В, скорость наплавки 30 м/ч, расход углекислого газа 18-20 л/мин, проволоку диаметром 2,0 мм - для наплавки под флюсом АН-348 А на режиме: ток 330-350 А, напряжение 30-32 В, скорость наплавки 30 м/ч.

Сопротивляемость наплавленного металла образованию холодных тещин оценивали на образцах кольцевой пробы с внутренним диаметром 300 мм, вырезанных из подпятниковых узлов надрессорных балок, которые наплавлялись в два слоя и после выдержки в течение 72 часов подвергались расточке.

Эксперименты показали, что проволока опытной плавки обладает высокой технологичностью при наплавке в углекислом газе и под флюсом. Твердость наплавленного металла составляет 270-275 НВ, что отвечает требованиям нормативной документации на ремонт. Трещин и пор в металле наплавки не выявлено.

Таким образом, применение сварочной проволоки заявленного состава обеспечивает получение мелкодисперсной микроструктуры рабочей поверхности восстановленной детали при наплавке восстанавливаемой поверхности как под флюсом, так и в среде защитных газов.

Изобретение может быть использовано для механизированной сварки и наплавки изделий из низколегированных сталей, работающих при больших знакопеременных нагрузках, преимущественно для износостойкой наплавки при восстановлении узлов и деталей железнодорожного подвижного состава. Проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,08-0,12, хром 0,50-1,00, кремний 0,50-0,90, марганец 1,50-1,90, молибден 0,15-0,60, ванадий 0,05-0,20, сера не более 0,025, фосфор не более 0,03, никель не более 0,30, кальций 0,005-0,009, титан 0,05-0,15, железо - остальное. Углеродный эквивалент С_э состава сварочной проволоки составляет 0,54-075%. Отношение суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца находится в пределах 0,6-1,1. Состав обеспечивает оптимальные физико-механические свойства металла шва при повышении технологичности и качества сварки.

Состав сварочной проволоки преимущественно для сварки и наплавки узлов и литых деталей железнодорожного подвижного состава из низколегированных сталей, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, никель и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кальций и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод0,08-0,12хром0,50-1,00кремний0,50-0,90марганец1,50-1,90молибден0,15-0,60ванадий0,05-0,20серане более 0,025фосфорне более 0,03никельне более 0,30кальций0,005-0,009титан0,05-0,15железоостальное,

при этом углеродный эквивалент С_э состава сварочной проволоки, определенный соотношением

,

составляет 0,54-75%, где С, Mn, Cr, Mo, V, Ti - процентное содержание в сварочной проволоке, соответственно, углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия и титана, а отношение суммарного содержания хрома, молибдена, ванадия и титана к содержанию марганца составляет 0,6-1,1.