ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА Российский патент 2014 года по МПК B23K35/368 

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования, работающих в условиях сжатия и абразивного износа при температурах 600°C, например прокатных валков черновых и чистовых калибров, а также роликов подающих рольгангов.

Известен [1] состав порошковой проволоки, состоящий из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, хром, ферровольфрам, феррованадий, ферробор, графит, кремнефтористый натрий и малоуглеродистую стальную оболочку при соотношении, вес.%:

Ферромарганец 1,0-1,5 Хром 14,5-15 Ферровольфрам 17-18 Феррованадий 3,8-4,5 Ферробор 1,6-2 Графит 1-2 Кремнефтористый натрий 1,5-3,5 Малоуглеродистая стальная оболочка остальное

Существенными недостатками данной порошковой проволоки являются:

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, за счет повышенной загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями, а также соотношения карбидообразующих элементов;

- низкое качество наплавленного металла в связи с порообразованием, связанным с повышенным содержанием водорода;

- низкая ударная вязкость и стойкость наплавляемого металла к истиранию;

- высокая стоимость сварочного процесса за счет использования дорогостоящих материалов в значительных количествах (вольфрама и кремнефтористого натрия).

Известна выбранная в качестве прототипа [2] порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, феррованадий, графит, натрий кремнефтористый, ферровольфрам, железный порошок при следующем соотношении, %:

Ферромарганец 0,2-0,5 Ферросилиций 1,6-2,3 Феррохром 5,5-8,5 Ферромолибден 0,6-1,5 Феррованадий 1-3 Графит 0,05-0,15 Натрий кремнефтористый 2,2-2,4 Ферровольфрам 5-8,5 Железный порошок 5-15 Стальная оболочка остальное

Существенными недостатками данной порошковой проволоки являются:

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности твердости и износостойкости, за счет повышенной загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями, а также соотношения карбидообразующих элементов в составе шихты;

- низкое качество наплавленного металла в связи с порообразованием, связанным с повышенным содержанием водорода;

- низкая ударная вязкость и стойкость наплавляемого металла к истиранию;

- высокая стоимость порошковой проволоки за счет использования дорогостоящих материалов в значительных количествах (ферровольфрама и кремнефтористого натрия).

Техническими результатами изобретения являются:

- повышение механических свойств наплавленного металла, в частности износостойкости и твердости, за счет снижение загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями;

- предотвращение образования холодных трещин в процессе наплавки, исключение порообразования и снижения содержания водорода в наплавленном металле за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты;

- повышение стойкости против истирания и ударной вязкости изделий;

- снижение стоимости сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты и эффективного использования отходов производства.

Для этого предлагается порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, феррованадий, железный порошок, в которой порошкообразная шихта дополнительно содержит углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства при соотношении компонентов, масс.%:

Стальная оболочка 67,0-68,0 Ферромарганец 0,50-1,20 Ферросилиций 1,0-1,75 Феррохром 7,2-9,1 Ферромолибден 1,5-2,3 Феррованадий 0,6-0,8 Углеродфторсодержащая пыль фильтров   алюминиевого производства 0,70-1,20 Железный порошок остальное

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемого при наплавке металла, стабильности процесса наплавки, предотвращения образования холодных трещин и требуемых механических свойств.

В состав порошкообразной шихты дополнительно введена углеродфторсодержащая пыль фильтров алюминиевого производства исходя из следующих предпосылок.

Введение в состав шихты порошковой проволоки углеродфторсодержащей пыли фильтров алюминиевого производства связано с содержанием в составе последней элементов, позволяющих:

- проводить удаление водорода за счет комплекса фторсодержащих соединений, разлагающихся при температурах сварочных процессов с выделением фтора, который в свою очередь взаимодействует с водородом, растворенным в стали с образованием газообразных соединений типа HF. Снижение содержания водорода в наплавленном металле уменьшает вероятность образования пор и холодных трещин наплавленном металле;

- проводить интенсивное науглероживание при взаимодействии фтористого углерода CF_x (1≥х>0) с карбидообразующими элементами, что позволяет увеличить количество карбидной составляющей в структуре наплавленного металла и дополнительно повысить его твердость.

Для изготовления шихты порошковой проволоки использовали углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, масс.%: Al₂O₃=19-46; F⁺=17-26; Na₂O=2,8-14; K₂O=0,36-5,8%, СаО=0,6-1,8; SiO₂=0,5-2,7;

Fe₂O₃=1,7-3,6; С_общ=22-31, MnO=0,05-1,2, MgO=0,06-0,87, S=0,09-0,34, P=0,09-0,15.

Изменение содержания углеродфторсодержащей пыли фильтров алюминиевого производства в составе заявляемой шихты производилось с учетом получения высококачественного наплавленного металла (хорошее формирование, плотный наплавленный металл без трещин, пор и неметаллических включений), при этом учитывалось содержание остальных компонентов влияющих на твердость, ударную вязкость и износостойкость получаемого при наплавке металла.

При изготовлении порошковой проволоки использовали: порошки углеродистого ферромарганца ФМн 78(A) по ГОСТ 4755-91, ферросилиция марки ФС 75 по ГОСТ1415-93, высокоуглеродистого феррохрома марки ФХ900А по ГОСТ 4757-91, ферромолибдена марки ФМо60 по ГОСТ 4759-91, феррованадия марки ФВ50У0,6 по ГОСТ 27130-94, железа марки ПЖВ1 по ГОСТ 9849-86.

Порошки перемешивались в смесители для получения однородной массы и прокаливались для удаления влаги при температуре 250-350°C. Далее производилось изготовление порошковой проволоки на станке. Диаметр готовой проволоки после операций волочения составлял 3,6 мм, при коэффициенте заполнения 0,32-0,33. Порошковой проволокой с предложенной шихтой производилась наплавка заготовок рабочих валков. Наплавка производилась под флюсом АН-20 с использованием сварочного трактора ASAW-1250 на следующих режимах: сварочный ток 380-400 А, напряжение дуги 32-34 В, скорость наплавки 25 м/час, скорость подачи порошковой проволоки 73 м/час.

Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, после наплавки наличие трещин, пор и неметаллических включений оценивали ультразвуковым методом, а также на металлографических шлифах. Содержание водорода в наплавленном металле определялось на газоанализаторе фирмы «LECO» ТС-600 (США). Содержание водорода изменялось в пределах 0,2-0,7 см³/100 г наплавленного металла при допустимом содержании водорода в высоколегированном наплавленном металле до 2 см³/100 г металла. Твердость наплавленного металла контролировалась непосредственно после наплавки. Твердость наплавленного металла после наплавки составляла HRC 42-46. Дефекты (трещины, поры и неметаллические включения) при наплавке порошковой проволокой с шихтой заявляемого состава, содержащей пыль электрофильтров алюминиевого производства, не выявлены. После наплавки валки испытывались на испытательной машине на истираемость образцов, дополнительно из наплавленного слоя вырезались образца для определения ударной вязкости.

Исследовались 5 вариантов составов шихты (таблица 1) порошковой проволоки с заграничными и заявляемыми пределами.

Влияние изменения химического состава на технологические свойства и механические характеристики наплавленного металла приведено в таблице 2. Использование заявляемого состава шихты порошковой проволоки по сравнению с базовым составом (прототип) позволяет:

1. Повысить качество наплавленного металла за счет снижения его загрязненности неметаллическими включениями, снизить вероятность порообразования и предотвратить образование холодных трещин.

2. Уменьшить содержание водорода за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты в среднем до 0,3-0,7 см³/100 г металла.

4. Повысить твердость наплавленного металла до HRC 42-46, увеличить термическую стойкость до 200 циклов и повысить ударную вязкость.

5. Снизить себестоимость изготовления порошковой проволоки за счет снижения содержания легирующих компонентов и использования отходов алюминиевого производства в предлагаемой порошковой проволоки в среднем.

Источников информации:

1. А.с. СССР №543479 кл. В23К 35/368.

2. А.с. СССР №287830 кл. В23К 35/30, В23К 35/04.

Таблица 1 Состав шихты Состав шихты, масс.%: 1 2 3 4 5 Стальная оболочка 67,0 67,0 67,0 68,0 68,0 Ферромарганец 0,4 0,5 1,0 1,2 1,3 Ферросилиций 0,9 1,0 1,5 1,75 1,8 Феррохром 7,1 7,2 8,9 9,1 9,2 Ферромолибден 1,4 1,5 2,1 2,3 2,4 Феррованадий 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Углеродфторсодержащая пыль фильтров алюминиевого производства 0,6 0,7 1,1 1,2 1,3 Железный порошок 22,1 21,5 17,7 15,65 15,1

Таблица 2 Характеристики исследуемых параметров в зависимости от состава шихты Состав шихты, вес. % 1 2 3 4 5 Содержание водорода [H], см³/100 г металла 1,3-1,5 0,3-0,6 0,3-0,6 0,2-0,5 0,2-0,5 Наличие трещин в наплавленном металле Единичные Отсутствуют Отсутствуют Отсутствуют Единичные Твердость наплавленного металла, HRC 42 44 46 46 44 Максимальная длина строчки оксидных неметаллических включений, мм 0,7 0,5 0,5 0,4 0,7 Ударная вязкость наплавленного металла, Дж/см² 28 38 36 36 28 Потеря массы образца при истираемости, г 0,35 0,3 0,28 0,3 0,35

Изобретение может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования, работающих в условиях сжатия и абразивного износа при температурах 600°C, например прокатных валков черновых и чистовых калибров, а также роликов подающих рольгангов. Порошковая проволока содержит, мас.%: стальная оболочка 67,0-68,0, ферромарганец 0,50-1,2, ферросилиций 1,0-1,75, феррохром 7,2-9,1, ферромолибден 1,5-2,3, феррованадий 0,6-0,8, углеродфторсодержащая пыль фильтров алюминиевого производства 0,70-1,20, железный порошок - остальное. Технический результат заключается в повышении износостойкости и твердости за счет снижения загрязненности стали неметаллическими оксидными включениям, в предотвращении образования холодных трещин в процессе наплавки и снижении содержания водорода в наплавленном металле за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты. 2 табл.

Порошковая проволока, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферромолибден, феррованадий, железный порошок, отличающаяся тем, что порошкообразная шихта дополнительно содержит углеродфторсодержащую пыль фильтров алюминиевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:
стальная оболочка 67,0-68,0 ферромарганец 0,50-1,20 ферросилиций 1,0-1,75 феррохром 7,2-9,1 ферромолибден 1,5-2,3 феррованадий 0,6-0,8 углеродфторсодержащая пыль фильтров   алюминиевого производства 0,70-1,20 железный порошок остальное