СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК B23K35/30 C22C38/60 C22C38/58 C22C38/52 

Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно, при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения.

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

Углерод 0,06-0,10 Хром 0,9-1,2 Кремний 0,4-0,7 Марганец 1,55-1,8 Молибден 0,5-0,7 Ванадий 0,2-0,45 Сера 0,025-0,04 Фосфор 0,025-0,030 Кальций 0,05-0,2 Железо - остальное,

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., например, описание изобретения к патенту РФ №2104138, кл. B23K 35/30, опубл.1998).

К недостаткам данного состава можно отнести нестабильное мерцающее горение дуги, а также возможность образования горячих трещин и сравнительная хрупкость сварного шва.

Наиболее близкой из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, молибден, кобальт, ниобий, азот и железо (см. например, проспект фирмы STAINLESS WELDING CONSUMABLES, SANDVIK24/13/LHF (AWS309L), 1981, c.27).

К недостаткам данного состава можно отнести высокое содержание ферритной фазы (более 15%), которое способствует охрупчиванию наплавленного металла при термической обработке и в процессе эксплуатации при повышенных температурах, а также отсутствие регламентации содержания примесей серы, фосфора, олова, сурьма, меди на необходимом уровне, что не гарантирует стойкость против образования горячих трещин металла первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, в условиях легирования ниобием и недостаточного содержания ферритной фазы.

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 шва при выполнении сварных соединений разнородных сталей и стойкость против межкристаллитной коррозии, что обеспечивается химическим составом сварочной проволоки, химическим составом металла сварного шва и соотношением хрома, никеля, ниобия, углерода и азота, регламентирующих содержание ферритной фазы в наплавленном металле, заданным соотношением ниобия к углероду и предотвращением образования мартенситной структуры в наплавленном металле сварного шва.

Указанный технический результат достигается тем, что сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, молибден, кобальт, ниобий, азот и железо, дополнительно содержит олово и сурьму, при этом углерод, азот, никель, марганец объединены в аустенито-образующую группу элементов, а кремний, хром и ниобий включены в феррито-образующую группу элементов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,012-0,02 Кремний 0,45-0,65 Марганец 1,0-2,0 Хром 23-25 Никель 12-14 Ниобий 0,45-0,6 Сера не более 0,01 Фосфор не более 0,015 Медь не более 0,1 Олово не более 0,005 Сурьма не более 0,005 Кобальт не более 0,05 Азот не более 0,05 Железо остальное,

при этом должно обеспечиваться соотношение аустенито и ферритообразующих элементов:

14≤Ni_Э≤16

24≤Cr_Э≤26

Ni_Э≥Cr_Э-10

Ni_Э=%Ni+30%С+0,5%Mn;

Cr_Э=%Cr+1,5%Si+0,5%Nb

Указанное соотношение аустенито- (углерод, азот, никель, марганец) и феррито-образующих (кремний, хром, ниобий) элементов позволяет получать двухфазную аустенитно-ферритную структуру наплавленного металла с регламентированным содержанием ферритной фазы в пределах 5-10%.

Нижний предел содержания ферритной фазы обеспечивает стойкость против образования горячих трещин.

Верхний предел содержания ферритной фазы установлен для предотвращения охрупчивания наплавленного металла при термической обработке и в процессе эксплуатации при повышенных температурах.

Содержание углерода 0,012-0,02% обеспечивает формирование в металле первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, пластичной структуры без мартенситной составляющей, что обеспечивает стойкость против образования холодных трещин.

Введение ниобия при отношении Nb/C=22-30 в составе сварочной проволоки обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии наплавленного металла, в том числе после термической обработки (высокого отпуска). Обеспечивается также стойкость против межкристаллитной коррозии металла первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, в условиях уменьшения соотношения Nb/C по отношению к указанному вследствие разбавления металла наплавки основным металлом.

Низкое содержание серы, фосфора, олова, сурьмы, меди предотвращает сегрегацию примесей и снижение прочности по границам зерен. Это обеспечивает стойкость против образования горячих трещин металла первого слоя наплавки, примыкающего к линии сплавления с углеродистой или низколегированной сталью, в условиях недостаточного содержания ферритной фазы, что возможно в результате уменьшения ее количества по отношению к расчетному вследствие разбавления металла наплавки основным металлом.

Ограничение содержание кобальта предотвращает радиоактивное загрязнение деталей с наплавкой, контактирующей с радиоактивной средой.

Проволока обеспечивает повышение стойкости против образования холодных и горячих трещин в наплавленном металле переменного состава в зоне сплавления разнородного соединения, стойкость против образования горячих трещин в аустенитном наплавленном металле и стойкость против межкристаллитной коррозии при контакте с коррозионной средой.

В производственных условиях были изготовлены партии сварочной проволоки Св-02Х24Н13Б.

В качестве основного металла были использованы поковки стали марки 15Х2НМФАА.

Наплавку производили аргонодуговой сваркой сварочной проволокой следующего состава:

Углерод 0,014 Кремний 0,48 Марганец 1,36 Хром 23,17 Никель 13,29 Ниобий 0,5 Сера 0,007 Фосфор 0,01 Медь 0,03 Олово 0,0005 Сурьма 0,001 Кобальт 0,02 Азот 0,04 Железо остальное.

Толщина наплавленного слоя составляла от 4 до 5,5 мм.

Сварные наплавленные соединения были исследованы в состоянии после сварки и в состоянии после высокого отпуска 650°С в течение 10 часов.

Были выполнены металлографические исследования следующих зон соединения:

- 1 слой наплавленного металла толщиной 0,5-1,0 мм, прилегающий к линии сплавления;

- наплавленный металл последующих слоев.

Проведенные металлографические исследования показали:

Первый слой в состоянии после сварки не содержит следов закалочных структур и имеет невысокую твердость (Нµ). Холодные трещины не выявлены.

Химический состав изменился по сравнению с исходным составом сварочной проволоки, при этом уменьшилось содержание ферритной фазы. Вместе с тем, несплошности, имеющие характер кристаллизационных трещин, микротрещины и надрывы не выявлены.

Последующие слои наплавленного металла имеют двухфазную аустенитно-ферритную структуру с содержанием феррита до 9%. Несплошности типа горячих трещин отсутствуют.

В состоянии после высокого отпуска требуемое качество наплавленного металла по всей толщине обеспечено.

Выполнены испытания металла 1-го слоя наплавки и металла последующих слоев на стойкость против межкристаллитной коррозии при испытание образцов в растворе серной кислоты по методу АМУ, ГОСТ 6032-2003. Образцы подвергнуты высокому отпуску при температуре 650°С в течение 10 часов. Склонность к межкристаллитной коррозии не выявлена.

Применение изобретения обеспечивает сочетание повышенных оптимальных значений прочности, пластичности, стойкости к хрупкому разрушению за счет исключения межкристаллитной коррозии при выполнении сварных соединений разнородных сталей.

Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий, работающих при больших знакопеременных нагрузках и повышенных температурах, и может быть использовано для наплавки первого слоя кромок углеродистых и низколегированных сталей при выполнении разнородных сварных соединений со сталями аустенитного класса, преимущественно, при изготовлении сварных конструкций атомного и энергетического машиностроения. Проволока содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, кобальт, ниобий, азот, олово, сурьму и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,012-0,02, кремний 0,45-0,65, марганец 1,0-2,0, хром 23,0-25,0, никель 12,0-14,0, ниобий 0,45-0,6, сера не более 0,01, фосфор не более 0,015, медь не более 0,1, олово не более 0,005, сурьма не более 0,005, кобальт не более 0,05, азот не более 0,05, железо - остальное. Проволока обеспечивает получение двухфазной аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла с содержанием ферритной фазы 5-10%. Обеспечиваются оптимальные физико-механические свойства металла сварного шва.

Сварочная проволока для сварки и наплавки деталей из разнородных сталей, содержащая углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, хром, никель, медь, кобальт, ниобий, азот и железо, отличающийся тем, что она дополнительно содержит олово и сурьму, при этом углерод, азот, никель, марганец объединены в аустенитообразующую группу элементов, а кремний, хром и ниобий включены в ферритообразующую группу элементов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,012-0,02 кремний 0,45-0,65 марганец 1,0-2,0 хром 23,0-25,0 никель 12,0-14,0 ниобий 0,45-0,6 сера не более 0,01 фосфор не более 0,015 медь не более 0,1 олово не более 0,005 сурьма не более 0,005 кобальт не более 0,05 азот не более 0,05 железо остальное,