СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2010 года по МПК B23K35/30 C22C38/58 

Описание патента на изобретение RU2393075C1

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов, содержащих железо, никель, хром, углерод, молибден, марганец, кремний, азот, и может быть использовано для сварки деталей из сталей перлитного класса между собой, а также для приварки к деталям из стали аустенитного класса оборудования атомного энергетического машиностроения, реакторов гидрокрекинга и другого нефтехимического оборудования, работающего при температуре до 500°С.

Известна сварочная проволока марки Св-10Х16Н25АМ6 по ГОСТ 2246-70 (прототип), применяемая для сварки деталей из стали перлитного класса между собой и с деталями из стали аустенитного класса, со следующей массовой долей элементов, %:

углерод 0,08-0,12

кремний не более 0,6

марганец 1,0-2,0

хром 15,0-17,0

никель 24,0-27,0

молибден 5,5-7,0

азот 0,10-0,20

сера не более 0,018

фосфор не более 0,025

железо - остальное.

Указанная проволока обеспечивает получение металла швов с достаточно высоким уровнем механических свойств.

Недостатком указанного состава-прототипа является повышенная склонность к образованию кристаллизационных трещин (надрывов) в процессе сварки. Это вызвано тем, что металл швов этого состава имеет однофазную глубоко аустенитную структуру с крупным зерном. При затвердевании сварочной ванны легкоплавкие малопрочные эвтектики, содержащие преимущественно серу, фосфор и кремний, концентрируются по границам зерен, ослабляя их деформационную способность при высоких температурах.

Актуальной задачей является повышение технологической прочности сварочной проволоки, исключающей образование горячих (кристаллизационных) трещин при сварке в широком диапазоне режимов.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка состава сварочной проволоки, обеспечивающего стойкость к образованию горячих трещин при сварке при сохранении требуемого уровня механических свойств металла шва.

Заявленный технический результат достигается оптимизацией химического состава за счет того, что состав сварочной проволоки, содержащий железо, никель, хром, углерод, молибден, марганец, кремний, азот, дополнительно содержит алюминий, титан, иттрий при следующем соотношении массовой доли элементов, %:

углерод 0,08-0,12

кремний 0,15-0,35

марганец 1,0-2,0

хром 15,0-17,0

никель 24,0-27,0

молибден 5,5-7,0

азот 0,10-0,20

алюминий 0,05-0,10

титан 0,05-0,12

иттрий 0,05-0,10

железо и примеси - остальное.

При этом содержание в масс.% примесей серы и фосфора не должно превышать следующих значений:

S≤0,010

Р≤0,015,

а суммарное их содержание

Суммарное содержание в масс.% кремния, алюминия, титана должно быть в пределах

Сера и фосфор при суммарном содержании более 0,020% способствуют существенному увеличению толщины межкристаллитных прослоек и ослаблению границ зерен. Принятое ограничение верхних пределов серы и фосфора при условии выполнения соотношения (1) обеспечивает повышение технологической прочности при сварке и сохранение в наплавленном металле достаточного запаса прочности и пластичности. При содержании серы и фосфора менее 0,001% каждого происходит ослабление границ зерен и снижение прочности металла шва.

Экспериментально установлено, что для обеспечения требуемой технологической прочности содержание кремния должно быть не более 0,35%. В то же время в проволоке должно быть не менее 0,15% кремния, необходимого для протекания окислительно-восстановительных процессов в сварочной ванне во избежание возникновения пор в металле шва.

Алюминий в количестве 0,05-0,10% является модификатором, измельчающим структуру наплавленного металла и увеличивающим общую протяженность границ зерен. При его содержании более 0,10% возможно образование межваликовых трещин за счет возникновения хрупких интерметаллидных фаз типа Ni3Al. При содержании алюминия менее 0,05% модифицирующее влияние алюминия не проявляется.

Титан в количестве 0,05-0,12% проявляет аналогичное воздействие. При содержании титана более 0,12% в сварочной ванне интенсифицируются образования неметаллических включений (оксидов, карбонитридов, интерметаллидов), способствующих охрупчиванию металла шва. При содержании титана менее 0,05% не достигается заметного измельчения зерна.

Учитывая, что раскисляющее воздействие кремния, алюминия и титана проявляется аддитивно, для обеспечения оптимальной структуры металла шва и отсутствия склонности к образованию трещин и пор при сварке их суммарное содержание должно быть в пределах от 0,028% до 0,055%.

Легирование иттрием в количестве 0,05÷0,10% повышает технологическую прочность проволоки при сварке за счет некоторого измельчения структуры металла швов и очищения границ зерен. Содержание иттрия менее 0,05% не позволяет получить заметный эффект, а при содержании иттрия более 0,10% увеличивается сегрегация легкоплавких эвтектик примесей по границам зерен, что приводит к снижению пластичности металла шва.

В опытном производстве института были выплавлены плавки стали предлагаемого и известных составов в индукционных печах с основным тиглем, произведена горячая пластическая обработка, включая ковку, горячую и холодную прокатку, в результате чего получена проволока диаметром 4,0 мм. С использованием этой проволоки осуществили сварку деталей из стали 22К и выполнили оценку технологической прочности.

Стойкость против образования горячих трещин в процессе сварки оценивали с применением методик, основанных на принудительной деформации (растяжении, изгибе) металла шва в процессе кристаллизации сварочной ванны с определением критической скорости деформирования (Акр, мм/мин), не приводящей к образованию кристаллизационных трещин в шве. Для создания деформаций растяжения использовали специальную машину ЛТП-1-6 и пробу МВТУ им. Баумана. Образцы размером 3×45×50 мм изготавливали из листа стали 22К толщиной 5 мм. Попарно собранные образцы сваривали с полным проплавлением автоматическим аргонодуговым методом без присадки. Защита обратной стороны шва от окисления осуществлялась аргоном. Образцы сваривали без заходной технологической планки, механизм растяжения включали в момент образования в начале шва перемычки размером 0,5-1 мм из твердожидкого металла. Сварка остальной части шва длиной 20 мм производилась при растяжении металла, кристаллизующегося с постоянной для данного образца скоростью. За показатель технологической прочности металла шва принимали максимальную скорость растяжения Акр, не приводящую к образованию трещин в металле шва. Установлено, что при значении Акр≥1,5 мм/мин металл шва обладает достаточно высокой технологической прочностью и обеспечивает отсутствие горячих кристаллизационных трещин при сварке проб, имитирующих по жесткости реальные сварные соединения. При меньших значениях Акр в металле швов наблюдались трещины.

Дополнительно технологическую прочность оценивали при сварке Каутц-проб размером ⌀50×50 мм, изготовленных из перлитной стали. Сварку осуществляли аргонодуговой сваркой с присадкой проволоки ⌀4,0 мм. Отсутствие трещин в металле шва свидетельствовало об удовлетворительной технологической прочности сварочной проволоки.

Химический состав сварочной проволоки, расчет соотношений и показатели технологической прочности приведены в таблице 1.

Результаты испытаний подтверждают преимущество предлагаемого состава по стойкости металла шва к образованию горячих трещин.

Ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемых материалов обусловлен возможностью повысить производительность сварочных работ и качество сварных соединений.

Похожие патенты RU2393075C1

название год авторы номер документа
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ 2015
  • Лужанский Илья Борисович
  • Ходаков Вячеслав Дмитриевич
  • Ходаков Дмитрий Вячеславович
RU2595305C1
Проволока марки Св-08Х21Н10М2Г4АФБ для сварки высокопрочных сталей 2022
  • Гежа Виктор Викторович
  • Мельников Петр Васильевич
  • Юркинский Сергей Владимирович
  • Карпов Илья Георгиевич
RU2796567C1
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 2014
  • Карзов Георгий Павлович
  • Зеленин Юрий Владимирович
  • Галяткин Сергей Николаевич
  • Кудрявцев Алексей Сергеевич
  • Щербинина Наталья Борисовна
  • Ананьева Майя Анатольевна
  • Трапезников Юрий Михайлович
  • Артемьева Дарина Александровна
  • Ермаков Федор Сергеевич
  • Охапкин Кирилл Алексеевич
RU2553768C1
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА 2013
  • Гордиенков Юрий Степанович
  • Воронов Александр Владимирович
  • Бобриков Алексей Леонидович
  • Карзов Георгий Павлович
  • Галяткин Сергей Николаевич
  • Михалева Эмма Ивановна
  • Ворона Роман Александрович
  • Тимофеев Михаил Николаевич
RU2530611C1
ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2003
  • Богоявленский А.В.
  • Шарыпов А.З.
RU2237741C1
СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ 2000
  • Горынин И.В.
  • Карзов Г.П.
  • Журавлев Ю.М.
  • Галяткин С.Н.
  • Михалева Э.И.
  • Лебедева А.Ю.
  • Яковлева Г.П.
  • Ермакова Е.Н.
RU2194602C2
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ ЖАРОПРОЧНЫХ ЖАРОСТОЙКИХ СПЛАВОВ 2008
  • Орыщенко Алексей Сергеевич
  • Слепнёв Валентин Николаевич
  • Одинцов Николай Борисович
  • Удовиков Сергей Петрович
  • Уткин Юрий Алексеевич
  • Попов Олег Григорьевич
RU2373039C1
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ 2010
  • Старченко Евгений Григорьевич
  • Носов Станислав Иванович
  • Бастаков Леонид Антонинович
  • Кабанов Илья Викторович
  • Муруев Станислав Владимирович
  • Тазлов Яков Яковлевич
RU2440876C1
СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ 2008
  • Карзов Георгий Павлович
  • Галяткин Сергей Николаевич
  • Михалева Эмма Ивановна
  • Яковлева Галина Петровна
  • Ворона Роман Александрович
RU2373037C1
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА 2010
  • Карзов Георгий Павлович
  • Галяткин Сергей Николаевич
  • Михалева Эмма Ивановна
  • Яковлева Галина Петровна
  • Литвинов Сергей Геннадьевич
  • Ворона Роман Александрович
RU2451588C2

Реферат патента 2010 года СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов и может быть использовано для сварки деталей из сталей перлитного класса между собой или для приварки к деталям из стали аустенитного класса. Предложен состав сварочной проволоки, масс.%: углерод 0,08-0,12, кремний 0,15-0,35, марганец 1,0-2,0, хром 15,0-17,0, никель 24,0-27,0, молибден 5,5-7,0, азот 0,10-0,20, алюминий 0,05-0,10, титан 0,05-0,12, иттрий 0,05-0,10, железо и примеси - остальное, при этом суммарное содержание кремния, алюминия, титана находится в пределах, масс.%: 0,28≤Si+Al+Ti≤0,55%, а содержание примесных элементов серы и фосфора не превышает, масс.%: S≤0,010, P≤0,015, а суммарное содержание серы и фосфора не превышает, масс.%: S+P≤0,020. Повышается технологическая прочность металла шва при сварке под флюсом или в среде аргона, что позволит снизить трудоемкость сварочных работ. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 393 075 C1

1. Состав сварочной проволоки для сварки деталей из сталей перлитного класса между собой или для их приварки к деталям из стали аустенитного класса, содержащий железо, никель, хром, углерод, молибден, марганец, кремний, азот, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, титан, иттрий при следующем соотношении элементов, мас.%:
углерод 0,08-0,12 кремний 0,15-0,35 марганец 1,0-2,0 хром 15,0-17,0 никель 24,0-27,0 молибден 5,5-7,0 азот 0,10-0,20 алюминий 0,05-0,10 титан 0,05-0,12 иттрий 0,05-0,10 железо и примеси Остальное


при этом суммарное содержание кремния, алюминия, титана находится в пределах, мас.%:
0,28≤Si+Al+Ti≤0,55%.

2. Состав сварочной проволоки по п.1, отличающийся тем, что содержание примесных элементов серы и фосфора не превышает следующих значений, мас.%:
S≤0,010
Р≤0,015,
а суммарное содержание серы и фосфора не превышает, мас.%: S+P≤0,020.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2393075C1

Микрофонно-телефонное устройство 1925
  • Мускар А.И.
SU2246A1
Проволока стальная сварочная
- М.: Издательство стандартов, 1970
US 4141762 А, 27.02.1979
АКУЛОВ А.И
и др
Сварка в машиностроении
- М.: Машиностроение, 1978, с.91
Состав сварочной проволоки 1979
  • Владимиров Николай Федорович
  • Грищенко Леонид Владимирович
  • Киселев Ян Николаевич
  • Павлов Владимир Петрович
  • Петрыкин Виталий Иванович
  • Рябов Виктор Борисович
SU872129A1
CN 1927528 А, 14.03.2007.

RU 2 393 075 C1

Авторы

Карзов Георгий Павлович

Галяткин Сергей Николаевич

Михалева Эмма Ивановна

Морозовская Ирина Анатольевна

Даты

2010-06-27Публикация

2008-10-31Подача