Электродное покрытие Советский патент 1992 года по МПК B23K35/365 

(Л

С

Использование: покрытия электродов для ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого сечения из высокопрочных сталей с последующей высокотемпературной обработкой. Сущность: электродное покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: плавиковый шпат 20-25; рутиловый концентрат 5-10; ферротитан 4-6; ферросилиций 5-12; феррованадий 0,3-0,9; графит 0,4-0,6; хррм 3,6- 6,0; ферромолибден 1,2-2,2; никель 4,5-6,5: марганец 1.2-2,5; поташ 0,5-2,0; железный порошок 8-12; мрамор остальное, Графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1:(0,75-1,5):(3,0-4,2), а ферротитаи и ферросилиций - в соотношении 1 :(1,25-2,5). Введение графита, феррованадия и марганца в заданном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его высокотемпературной термической обработки. 3 табл.

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к покрытиям электродов для ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого (от 1 до 2 м) сечения из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей высокотемпературнойобработке, обеспечивающей получение механических свойств наплавленного металла, близких к механическим свойствам основного металла высокопрочной стали.

При создании таких сварочных материалов (покрытия электродов) должны быть выполнены два основных условия: обеспечение технологической и эксплуатационной прочности наплавленного металла и прокаливаемости на бейнит для получения механических свойств на уровне их значений для основного металла деталей сечением до 2 м.

Известно электродное покрытие для сварки, которое содержит, мас.%:

Плавиковый шпат

Песок кварцевый

Ферротитан

Ферромарганец

Ферросилиций

Никелевый порошок

Железный порошок

Поташ

Мрамор

18-22

5-7

5-7

0,5-2.0

3,0-5,5

1,5-2,5

3-6

0,5-1,5 Остальное

-ч ел о о

00

Металл, наплавленный предлагаемыми электродани, обеспечивает после закалки и высокого отпуска следующие механические свойства; временное сопротивление разрыву S539 МПа, предел текучести 2:343 МПа, относительное удлинение S 16%, ударная вязкость 49 Дж/см2.

Однако недостаточно высокие механические свойства металла, наплавленного электродами с указанным покрытием, явля- ются результатом недостаточной прокали- ваемости вследствие низкого содержания в нем элементов, повышающих устойчивость аустенита при охлаждении с температурой выше Асз: углерода (0,07-0,13 мас.%) и никеля (1,3-1,9 мас.%). Из-за низкой прокали- ваемости металла, наплавленного этими электродами, при охлаждении происходит диффузионный распад аустенита с выделением структурно свободного феррита, что приводит к снижению прочностных характеристик и ударной вязкости, к повышению перехода температуры хрупкости наплавленного металла.

Наиболее близким к предлагаемому является электродное покрытие, содержащее, мас.%:

Плавиковый шпат15-25

Рутил5-10

Ферромарганец1-4

Ферросилиций2-5

Ферротитан6-12

Ферромолибден3-8

Феррованадий2-4

Феррониобий0,3-1,0

Алюминиевый порошок1-3

Хром металлический6-14

Никель металлический4-8

Сода кальцинированная 0,5-1,0 Целлюлоза1-4

Графит0,3-1,5

МраморОстальное

которое обеспечивает высокую (140-180 кгс/мм } прочность металла шва (наплавленного металла).

Недостатком известного покрытия является неудовлетворительное качество ме- талла шва вследствие низкого уровня пластических свойств, получаемых в результате изменения морфологии и состава образующихся в металле шва неметаллических включений. Неблагоприятное соотношение раскислителей - ферросилиция и ферроти- тана (0,17-0,83) - приводит к образованию сложных титансодержащих оксидных включений и повышенному содержанию растворенного s металле шва титана, отрицательно влияющих на пластичность, ударную вязкость и технологическую прочность металла шва. Присутствующая в составе покрытия целлюлозы - активный поставщик диффузионноподвижного водорода - повышает опасность образования флокенов в металле шва, имеющего структуру нижнего бейнита или мартенсита. Прокаливаемость металла шва снижает также присутствие в указанных пределах таких сильных карбидообразователей, как хром и ниобий. Кроме того, большое содержание ниобия (до 0,2-0,3 мас.%) в сочетании с 0,15-0,20 мас.% углерода создает опасность образования трещин в металле шва. при отпуске для снятия сварочных напряжений.

Целью изобретения является повышение технологической и эксплуатационной прочности металла, наплавленного при ремонтной заварке дефектов деталей большого (от 1 до 2 м) сечения из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, включающей аустенизацию и высокий отпуск, на уровне свойств основного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в состав покрытия электродов для ручной дуговой сварки, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, фер- ротитан, ферросилиций, феррованадий, графит4, хром, ферромолибден, никель, марганец и пластификатор, дополнительно вве ден железный порошок, в качестве пластификатора - поташ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавиковый шпат20-25

Рутиловый концентрат5-10

Ферротитан4-6

Ферросилиций 5-12

Феррованадий0,3-0,9

Графит0,4-0,6

Хром3,6-6,0

Ферромолибден1,2-2,2

Никель4,5-6,5

Марганец1,2-2,5

Поташ0,5-2,0

Железный порошок8-12

МраморОстальное

при этом графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1:(0,75-1,50):(3,0-4,2), а ферротитан и ферросилиций в соотношении 1:(1,25-2.0).

Мрамор обеспечивает необходимое для защиты расплавленной сварочной ванны от атмосферы воздуха количество газовой смеси СОа + CO, образующейся при диссоциации мрамора. Кроме того, оксид кальция, остающийся как продукт диссоциации мрамора в шлаковой фазе, образует в совокупности с другими шлакообразующими

компонентами легкоотделимую шлаковую корку.

Введение в заявляемых пределах плавикового шпата обеспечивает необходимую жидкотекучесть шлака, что способствует удовлетворительному формированию валика сварного шва во всех пространственных положениях. Снижение уровня содержания плавикового шпата в составе предложенного покрытия ухудшает формирование валика сварного шва. Повышение этого уровня приводит к ухудшению сварочно-технологи- ческих свойств электродов при сварке в вер- тикальном и потолочном положениях вследствие повышенной жидкотекучести шлака.

Ру иловый концентрат введен в состав электродного покрытия в заданных пределах для обеспечения сварочно-технологиче- ских свойств электродов в части обеспечения улучшенной отделимости шлаковой корки.

Ферротитан и Ферросилиций введены в покрытие в качестве раскислителей наплавляемого металла. Указанные компоненты снижают содержание кислорода в наплавленном металле, что приводит к повышению значений ударной вязкости. Снижение количества вводимых раскислителей ниже указанных пределов приводит к повышению содержания растворенного в металле кислорода и, следовательно, к снижению значений ударной вязкости. Увеличение количества вводимых раскислителей выше указанных пределов приводит к увеличению содержания экзогенных включений на их основе, что снижает механические характеристики металла шва (наплавленного металла). При этом ферротитан и ферросилиций взяты в соотношении 1 :(1,25-2,0), что обеспечивает наилучшее соотношение этих раскислителей с точки зрения связывания кислорода в сварочной ванне, образования оксидов в процессе сварки и отшлаковки последних. Когда указанное соотношение 2,0, в металле шва появляется значительное количество сложных титансодержащих неметаллических включений, наличие которых снижает механические свойства металла шва (наплавленного металла). При значениях указанного соотношения 1,25 в металле шва увеличивается количество растворенного кислорода вследствие несбалансированности вводимых рас ислителей что наряду со Снижением значений ударной вязкости повышает вероятность образования пор в наплавленном металле, вызываемого наличием растворенного в нем азоте.

Хром в указанных пределах в сочетании с более высоким по сравнению с прототипом и аналогом содержанием никеля обеспечивает глубокую прокаливаемость

металла шва на бейнит при закалке в процессе сварки (наплавки) крупногабаритных изделий сечением от 1 до 2 м.

Введение молибдена в виде ферромолибдена а указанных пределах обеспечиаэ0 ет подавление отпускной хрупкости наплавленного металла при сварке (наплавке) изделий большого сечения, требующих по существующим технологиям их сварки медленного охлаждения.

5 Содержание марганца металлического в составе покрытия электрода в указанных пределах обеспечивает повышение стойкости наплавленного металла к образованию горячих трещин за счет связывания серы в

0 термодинамически устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца, которые частично отшлаковываются в процессе сварки (наплавки), частично остаются (меньшая их часть) в наплавленном металле в виде ком5 пактных включений, что предотвращает протекание ликвацйонных процессов, являющихся источником образования горячих трещин. Введение графита, феррованадия и марганца в предложенных пределах и в за0 данном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его термической обработки при высоких температурах. Превышение заданных соотношений (1:1,5:4,2)

5 указанных компонентов покрытия электрода в заданных пределах приводит к образованию трещин в металле сварного шва (наплавленного металла) особенно после высокотемпера турнбй термообработки.

0 Снижение содержания этих компонентов ниже заданных пределов приводит к снижению уровня прочностных свойств металла шва ниже значений, необходимых для надежной эксплуатации свариваемого обору5 дования. Снижение же соотношения в покрытии электрода между графитом, феррованадием и марганцем ниже 1:0,75-3,0 приводит к снижению значений относительного удлинения вследствие повышения

0 диффузионной подвижности углерода (увеличение количества несвязанного в карбиды углерода) в наплавленном металле и соответственно охрупчиванию границ зерен.

5 Увеличение содержания углерода до 0,17% и никеля до 2,75% в металле шва за счет введения графита и никеля в заявляемых пределах позволяет повысить устойчивость аустенита при охлаждении с температурой выше Асз, что приводит к повышению гарантированного предела прочности до значений 700 МПа и ударной вязкости - до значений 150 МДж/м .

В табл. 1 представлены предлагаемые составы покрытий электродов, в табл. 2 - химический состав наплавленного им металла, в табл. 3 - технологические (трещино- стойкость при кристаллизации) и механические свойства наплавленного металла (металла шва) после закалки с температуры 870-880°С через воду в масло и отпуск 200 ч при 630-640°С.

Образцы для механических испытаний изготовлены стандартные по ГОСТ.

Сварку проводят постоянным током обратной полярности. Ток 140-150 А, напряжение на дуге 24+1 В.

Состав 1 - состав электродного покрытия, наносимый на стержень из проволоки Св-ЮГНША, соответствует электродному известному покрытию 1, состав 2 - соответствует известному покрытию 2, состав 3-5 - составы покрытий в предлагаемых пределах и соотношениях, состав 6 и 7 - запредельные составы покрытий при предлагаемых соотношениях компонентов, составы 8-11 - составы электродных покрытий, в которых углерод, феррованадий и марганец, а также ферротитан и фер- росилиций взяты вне предлагаемых соотношений,

Анализ полученных результатов позволяет сказать, что составы 3-5 обеспечивают получение металла шва (наплавленного металла) с такими прочностными и пластическими свойствами, которые позволяют повысить технологическую и эксплуатационную прочность металла шва при сварке изделий большого (1-2 м) сечения, по сравнению с составами прототипа и аналога.

Составы 6-7 показывают, что изменение пределов содержания компонентов покрытия или изменение соотношения между ними приводит к снижению механических свойств металла шва (наплавленного металла), к снижению его технологической прочности.

Формула изобретения Электродное покрытие для сварки и на- плавки высокопрочных сталей, содержащее мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, ферротитан, ферросилиций, феррованадий, графит, хром, ферромолибден, никель, марганец и пластификатор, о т л и ч- ающееся тем, что, с целью повышения технологической и эксплуатационной прочности металла при заварке дефектов деталей, подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, покрытие дополнительно содержит железный порошок, а в качестве пластификатора - поташ, при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Плавиковый шпат20-25

Рутиловый концентрат5-10

Ферротитан4-6

Ферросилиций5-12

Феррованадий0,3-0,9

Графит0,4-0.6

Хром3,6-6,0

Ферромолибден1,2-2,2

Никель4,5-6,5

Марганец1,2-2,5

Поташ0,5-2,0

Железный порошок8-12

МраморОстальное

при этом графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1:(0.5-1,5):(3,0-4,2), а ферротитан и ферросилиций в соотношении 1:(1.25-2,0).

Т « б л и и а