Шихта для выплавки сварочных флюсов Советский патент 1985 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к технике сварки, в частности, к способам пол чения фторидных флюсов, применяемых при автоматической и полуавтоматиче кой сварке ответственных изделий в атомном машиностроении, особенно узлов, подвергаклцихся тепловым и знакопеременным нагрузкам. Цель изобретения - получение высококачественного флюса, обеспечивающего повьшение ударной вязкости сварных швов и их стойкость к трещи нообразованию при низких и высоких температурах. Сырье,содержащее оксид кальция и марганцесодержащее сьфье введены в виде силикатных соединений отваль ного шлака производства металлического марганца и синтетического марганцевого шлака, что стало возможным вследствие обнаруженной зависимости механических свойств (ударной вязкости и устойчивости к трещи нообразованию в широком температурном интервале сварных швов, полученных с помощью флюсов от минералогической формы нахождения оксидов марганца к кальция в шлаках, вводимых в шихту для вьшлавки флюсов. Петрографический анализ шлаков пока зал, что синтетический марганцевый шлак представлен тремя основными фазами: большую часть шлифа занимаю силикаты марганца (тефроит промежутки между которыми заполнены марганцевосиликатнь1м стеклом (Мп J,SiyOg) . Как в стекле, так и в силикатах наблюдаются зерна манганозита (МпО). группирующиеся в дендритные скелетообразные кристаллы. Отработанный шлак производства металлического марганца состоит в основном из метасиликата кальция 2CaOSiO (встречаются их модификации § Ca2Si04 и ос ) соединений Са-ОМпО и SiO-.MnO. Зерна МпО находятся в основном внутри метасиликатов кальция. Шлаки позволяют вводить во флюс СаО-и МпО в связанном виде, что не достигалось шихтой, содержащей мрамор (известь) .и марганцевый концентрат, в которых оксиды СаО, Mh., Од и МпО находятся в свободном т ч СОСТОЯНИИ. Отсутствие в расплаве шихтовых материалов свободного оксида кальция, а также металлического марган32ца приводит к увеличению активности и S, которые удаляются из плаильной ванныэлектропечи по реакциям 52- ir--j-,25Fj. 5t2;0 5P 50jt P,05),(H,0 2H 02l CHjU5(H,0) (Ca,P,Og.(AE,0,) 3(CaO.AEjO,).p,tVS(HzO) Наличие MnO в комплексном термодинамически устойчивом соединении предотвращает его диссоциацию и тем самым выделение газообразного кислорода, что позволяет получать плотные, без газовых пузьфей, сварные швы, кроме того, уменьшается угар легируюш 1Х элементов. Выбранное экспериментальным путем соотношение компонентов шихты является оптимальным для получения стандартного флюса типа АН-42, а также может быть использовано для выплавки флюсов КФ-30 и НФ-18М. Введение в шихту глинозема менее 12% уменьшает оксидную составляющую флюсов, что снижает рафинирующую способность, а более 15% обусловливает тугоплавкость шихты, что вызывает повьш1енный расход электроэнергии. Использование кварцевого песка менее 16% приводит к увеличению расходов плавиковошпатового концентрата, являющегося дорогим и дефицитным сырьем. Поскольку SiO является относительно непрочным оксидом, то его введение в шихту более 19% приводит к угару высокоактивных легирующих элементов при сварке, что ухудшает механические характеристики сварного шва. Использование синтетического (А) и отвального марганцевого шлака шпака производства металлического марганца (В) менее 14 и 26% соответственно приводит к повышенному угару марганца из сварного шва и получению флюса, нестандартного по содержанию СаО и МпО. Введение в шихту шлаков (А) и (в) более 25 и 38% соответственно ведет к тугоплавкости шихты вследствие повышенного содержания СаО и увеличению вязкости флюсов, что заметно снижает их рафинирующие способности. Снижение содержания CaF (ниже 15%) ухудшает физико-химические свойства флю&ов : вязкость и плавкость, а увеличение концентрации фтористого кальция более 20% 3 нарушает стабильность горения дуги,ч ухудшает качествометалла сварногошв Предлагаемая шихта обеспечивает : улучшение качества электроплавленны флюсов в результате снижения в них содержания серы, фосфора (ниже 0,01 кислорода и отсутствия соединений марганца в виде , расширение области использования минерального ; сырья, утилизацию отходов, дешевизн ,ее компонентов. Кроме того, применение такой шихты позволяет получат флюсы, обеспечивающие высокую ударлую вязкость сварных швов и их стойкость против образования трещин при высоких и низких температурах. Шихту готовят путем смешения предварительно взвешенных компонентов в соотношениях, требуемых для получения флюса заданной марки в соответствии с химическим составом, регламентированным техническими условиями на их подставку. В лабораторных условиях был проведен сопоставительньй анализ механических свойств сварных швов, полученных с использованием флюсов, выплавленных из предлагаемой и известной шихты. Примеры. Исходные компоненты шихты - кварцевый песок, глинозем, синтетический марганцевый шпак, отвальный шлак производства металлического марганца и плавиковошпатовый концентрат, перемешивают и загружают в флюсоплавильную печь. Составы шихт приведены в табл. 1 : Готовый флюс имеет состав, близкий по основным компонентам к стандартному флюсу АН-42 (табл.2). 3 Выплавленные флюсы по примерам |-6 использовали для сварки стали 15Х2НМФА в лабораторных условиях. Сварку проводили под слоем флюса в автоматическом режиме на установ-. ке АДС-1000-4. Сварочная проволока была изготовлена из стали 10ХГ2СМА. Сварной шов подвергали химическому анализу ииспытаниям механическихсвой.ств. Результаты анализа химического состава металла сварного шва и его механических свойств, приведенные в табл. 3 и 4 соответственно, свидетельствуют о том, что использование флюсов, выплавленных из предлагаемой шихты, пЪзволяют уменьшить угар легирующих элементов, содержание кислорода и улучшить механические .свойства в частности увеличить ударную вязкость сварных швов (табл.4). Таким образом, результаты выплав ки и испытания флюсов показали, что использование предлагаемой шихты позволяет .получать высококачественные флюсы, обеспечивающие снижение угара легирующих элементов (в данном случае хрома на 0,14-0,39 абс.%, молибдена 0,20-0,03 /1бс.%) и содержание кислорода 0,0408-0,045 абс.%, что способствует улучшению механических свойств, в частности увели.чивает ударную вязкость металла сварных швов на 0,03-3,3 кгс/см. оследнее увеличивает срок службы азличных агрегатов атомного машинотроения. При этом также снижаются атраты на производство флюсов (10 р/т). 1 а б л и ц а 1

1. ШИХТА ДЛЯ ВЬППАВКИ СВАРОЧНЫХ ФЛЮСОВ, содержащая кварцевьй песок, плавиковоишатоБый концентрат, глинозем, сырье, содержащее оксид кальция и сырье, содержащее оксид марганца, отличающаяся тем, что, с целью повьшения ударной вязкости и стойкости против трещинообразсзания сварных швов при использовании сварочных флюсов, полученных из шихты, сьфье содержащее оксид кальция, и сырье, содержащее оксид марганца, введены в шихту в виде синтетического марганцевого шлака и отвального шлака производства металлического марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кварцевый песок 16-19 Глинозем12-15 Синтетический марганцевый шлак 14-25 Отвальный шлак производства металлического марганца 26-38 Плавиковошпатовый концентрат15-20 2. Шихта ПОП.1, отличающая с я тем, что отвальный шпак .производства металлического марганца содержит следующие компоненты, мас.%: Окись кальция 44-47 (Л 26-29 Двуокись кремния Монооксид марганца 19-21 Двуокись алюминия 3-6 0,002-0,10 Фосфор Сера 0,08-0,10 3. Шихта попп. 1и2, отличающаяся тем, что .синтетический марганцевый шлак содержит следующие компоненты, мас.%: Окись кальция4-9 Двуокись кремния25-3 Монооксид марганца53-58 Двуокись алюминия3-8 Фосфор0,008-0,018 Сера ,0,2-0,3

ар12 14 19,5 25

24 38

Мрамор (известь)

27

26

28

14

40 20 17,5 15 . 7

Химический состав флюсов 10,0800,7431,58 0,92Ост. 20,0900,7901,76 0,96То же 1,03Ост. 30,0860,8111,86 40,1030,8601,90 0,87То же 0,,1150,8732,04 0,64.,0730,611,73 ГОСТ 2246-0,07-0,6-1,70,8-70-0,12-0,9-2,1 -1,1- Продолжение табл.1

28

17,5

Таблица 2 0,440,0220,0120,0092 0,510,0090,0090,0086 0,580,0080,0080,0055 0,52- 0,0070,0060,0043 0,410,0070,0056 0,0081 0,380,0190,021. 0,050 0,4-0,,0255:0,,050 Ударная вязкость сварных швов

11912438

Таблица 4