Сварочная проволока Советский патент 1993 года по МПК B23K35/30 C22C38/58 

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к сварочной проволоке для механизированной сварки сталей со сверхравновесным содержанием азота, а также может быть использовано при изготовлении изделий криогенной техники из хладостойких никелевых сталей с 6 и 9% никеля.

В настоящее время начато производство опытно-промышленных партий сталей аустенитного класса типа 06Х18АГ12. ОЗХ18АГ12. 03X20F12AC4, 06Х14АГ14, 06Х20Г 11АН4 и др. Эти стали с содержанием азота до 0,7% предназначены для замены дорогостоящих никельсодержащих сталей. Однако их относят к трудносвариваемым материалам вследствие повышенной склонности швов к пористости, вызываемой азотом, из-за неизбежной дегазации сварочной ванны. Деазотация вызывает также

снижение прочностных свойств сварных соединений.

Известна проволока для сварки хромо- марганцевых сталей, в состав которой входят компоненты в следующих количествах (мас.%):

Углерод0,02-0,1 Марганец 15-20 Хром 16-18 Кремний 0,2-0,6 Азот 0,2-0,5 Церий 0,01-0,5 Бор 0,001-0,2 Ниобий 0,2-0,4 Титан 0,1-0.4 Алюминий 0.1-0,7 Железо Остальное. Недостатком этой проволоки является то, что в случае использования ее для сварки хромомарганцевых сталей со сверхравновесным содержанием азота не удается исксо

с

х| «О V4 СЛ

4

ON

СО

лючить возникновения пор в металле сварных швов,

Известен состав сварочной проволоки для сварки высоколегированных сталей, в состав которой входят компоненты при еле- дующем соотношении (мае. %): Углерод . ; 0,07-0,11 Кремний 0,01-0,70 Марганец 1-2 Хром . 15-17 Никель ; 24-27 Молибден . 5,5-7,0; Азот 0,03-0,10 Алюминий 0.03-0,10 . Титан 0,03-0,10 Ванадий . 6,7-1,1 Недостатком этой проволоки является то, что в случае использования ее для сварки .хромомарганцевых, хромоникелевых и хро- мрникельмарганцевых сталей с содержяни- ем азота свыше 0,35% металл сварных швов склонён, к возникновению дефектов типа

ПОР. ... .- . , :.. .

В качестве прототипа выбрана проволока для сварки высоколегированных стабиль- ноаустенитных сталей, состоящая из ингредиентов, содержащихся в следующих количествах (в мас.%): .; . , Углерод .-... 0,001-0,03 Марганец . 3-9 Кремний .... 0,05-0,2 Хром 15-20 УНикель 12-18 Молибден . 2-6 Вольфрам . ..: 1-6 Кобальт : . 5-10 Азот 0,08-0,2 Железо ; Остальное. К недостаткам этой проволоки относится то, что получение качественных сварных швов обеспечивается в узком диапазоне сварочных режимов только в случае сварки хромомарганцо.вистых сталей типа 06X18АГ.12 е содержанием азота до 0,7%, но при этом наблюдается существеннре сни- жение прочностных характеристик металла . тва по сравнению со свойствами основного металла. При сварке встык элементов металлоконструкций с толщиной основного металла 22 мм и более наблюдается потеря технологической прочности из-за возникновения подваликовых трещин.

Целью изобретения является получение равнопрочных сварных соединений с высокими показателями вязкости и пластично- сти металла шва со стабильнрауотенитной структурой при комнатной температуре, предотвращение пористости, обеспечение стойкости против образования трещин по вторного нагрева применительно к сварке

сталей, легированных азотом в сверхравновесной концентрации.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что сварочная проволока, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, вольфрам и азот, дополнительно содержит иттрий и ванадий при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Углерод 0,01-0,04 Кремний . 0,05-0,3 Марганец 6-10 Хром 19-25 Никель 18,0-28 Молибден . 1-6 Вольфрам 0,3-6 Ванадий- .. 0.01-1 Иттрий 0,001-0,01 Азот . 0,25-0,65 Железо Остальное. При этом соотношение компонентов (Mn + Cr + V)/(C + Ni); (Cr + Mo + W + V)/(C + N1 + Mn); (C + N Cr + W + V)/(Ni + Mn) находится в следующих пределах, соответственно: 1,20-1,6;/0,88-Г, 18; 0,86-1,12.

Известно, что дополнительное введение иттрия и ванадия в высоколегированные стали с содержанием азота до 0,35% позволяет повысить их механичеокие свойства, стойкость против образования кристаллизационных и подсолидусных трещин. Однако, применительно к сварке сталей, ле- .тированных азотом в сверхравновесной концентрации (до 0,7%), решение проблемы достижения равнопрочное™ сварных соединений при сохранении высоких показателей вязкости и пластичности . стабильноаустёнитного шва при комнатной температуре, подавление процессов порообразования в металле сварного шва, обеспечения стойкости против образования трещин повторного нагрева возможно дополнительным введением иттрия и ванадия лишь при выполнении указанных соотношений компонентов.

Предложенное техническое решение соответствует критерию Существенные отличия,с поскольку никем нигде ранее не описано и не вытекает с очевидностью из свойств металла данной системы легирования. ;: О соответствии технического решения критерию Положительный эффект свидетельствуют данные, приведенные ниже в соответствующем разделе.

Ограничение верхних пределов содержания углерода (0,04%) и кремния (0,3%) позволяет снизить склонность металла сварных швов к горячим трещинам, а также

в связи с необходимостью обеспечения коррозионной стойкости.

Нижний предел марганца (6%) выбран из условия достаточной растворимости азота в расплаве и подавления д-феррита в высокотемпературной области термического цикла сварочной ванны. Верхний предел марганца (10%) ограничен необходимостью устранения охрупчивания швов при использовании проволоки, содержащей никель по нижнему пределу, а хром и азот - верхнему.

Нижний предел хрома (19%) взят из ус- лория стабилизации аустенита и повышения растворимости азота в жидкой фазе. Верхний предел хрома (25%) ограничен необходимостью предотвращения образования сигма-фэзы в швеи-снижения содержания элементов-ферритизаторов.

Нижнийпредел по никелю(18,0%)опре- делен условием, обеспечения стабильноа- устёнитной структуры в подсолидусной области при содержании элементов-ферритизаторов по максимуму, а марганца, углерода и азота - по минимуму. Верхний предел никеля (28%) ограничивается его отрицательным влиянием .на растворимость азота в расплаве.

Пределы легирования по ванадию (0,01-1%) определялись из условия максимального растворения и связывания в нитриды выделяющегося сверхравновесного азота и обеспечения комплекса механических свойств сварного соединения на уровне 85-90% от свойств основного металла за счет упрочнения аустенитной матрицы мелкодисперсными включениями избыточной фазы VN..

Для компенсации неизбежной деазота- ции и разупрочнения металла наибольший эффект упрочнения аустенитных швов достигается при комплексном легировании ванадием, молибденом (1-6%) и вольфрамом (0,1-6%).

Введение иттрия (0,001-0,01%) в сварочную проволоку и, соответственно, легирование им стабильноаустенитных швов повышает их трещиностойкость. Наличие иттрия в сварочной проволоке приводит к образованию интерметаллидных соединений с хромом, способствует формированию мелкозернистой структуры с высокими прочностными и пластическими свойствами. Легирование иттрием металла положительно влияет на прокатываемость и процесс волочения при изготовлении сварочной проволоки.

Введение азота в указанных пределах (0,25-0,65%) преследует цель стабилизировать аустенит и обеспечить прочность сварных швов не ниже 700-800 МПа.

Исследованиями, проведенными в институте, и практикой работ по сварке высоко- азотистых сталей установлено, что пористость отсутствует в швах, выполнен- 5 ных проволоками с сочетаниемОэко. 21 - 28; . 23-26. СгЭкв. и Ni3KB. - рассчитывали по общепринятой методике. Эквивалентное содержание Сг и Ni заявляемой проволоки соответственно составляет: 0 Сгэкв. 27; ДПэкв. 26.

В результате проведенных исследований авторами определены следующие соотношения легирующих элементов: (Мп + Сг + V)/(C + Nt) 1.20 - 1,66 -из условия обеспе- 5 чения максимальной растворимости азота в металле.шва дайной системы легирования;

(Cr+Mo + W + V)/(C + Ni + Mn) 0,88-1.18

- из условия получения беспористых швов при сварке высокоазотистых сталей; 0 .(C + N + Cr4W + V)/(Ni + Mn) 0,86-1,12

- из условия получения равнопрочного сварного соединения. :

Дли оценки качества и свойств предлагаемых составов сварочной проволоки в

5 сравнении с запредельными составами и составом-прототипом были выплавлены в индукционной печи экспериментальные 7-килограммовые плавки, химсостав которых приведен в табл.1. Из полученной стали

0 изготавливали проволоку диаметром 3 мм и применяли ее для автоматической сварки под флюсом АН К-45МУ сталей 06Х18АП2 (содержание азота 0,3-0,7%) толщиной 6-7 мм. Сварка производилась встык без раз5 делки кромок двухсторонним швом на погонной энергии 750 КДж/м. Качество швов определяли радиографическим крнтролем и оценивали по ГОСТ 7512-82.

Изучение склонности металла сварных

0 швов к образованию трещин повторного нагрева проводили с помощью испытаний ме . талла швов по методике Варестрейн., Оценка производилась по двум параметрам: средней длине трещины и ширине зоны

5 растрескивания

Металл сварных швов, выполненных проволоками заявляемого состава, обладает уровнем механических свойств не ниже, чем у основного металла (табл.2). Швы, вы0 полненные проволокой-прототипом, имеют удовлетворительные прочностные характеристики, но недопустимую пористость. Запредельным составам проволок (600, 601, 620) соответствует высокая, степень пори5 стости металла сварных швов, существенное снижение характеристик пластичности по сравнению со свойствами основного металла, а также низкая стойкость против образования трещин повторного нагрева при

низкой степени деформации 1,0-2,5% (табл.3).

Испытания на ММК по методу AM показали отсутствие межкристаллитной коррозии во всех испытанных швах.

Сварочная проволока заявляемого состава может найти применение на заводах химического и нефтяного машиностроения для изготовления ответственного оборудования из сталей, содержащих повышенное или сверхравновесноё содержание азота.

Использование: механизированная электродуговая сварка, преимущественно, коррозионностойких высоколегированных сталей аустенитного класса со сверхравновесным содержанием азота (до 0,7%), используемых в химической и нефтяной промышленности, а также хладостойких никелевых сталей, применяемых в криогенной технике. Сущность изобретения. Проволока содержит (мас.%): углерод 0,01-0,04, кремний 0,05-0,3, марганец 6-10, хром 19-25, никель 18,0-28.0, молибден 1-6, вольфрам 0,1-6,0, ванадий 0,01-1,0, иттрий 0,001- 0,01, азот 0,25-0,65, железо - остальное. При этом содержание компонентов должно удовлетворять определенным следующим соотношениям. 3 табл.

Форм у л ;а и з об р е т ё н и я Сварочная проволока для дуговой сварки, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, вольфрам, азот, железо, о т л и ч а ю щ а я с я тем. что, с целью получения равнопрочных сварных соединений с высокими показателями вязкости и пластичности металла шва со ста- бияьнраустенитной структурой при комнатной температуре, предотвращения пористости, обеспечения стойкости против образования трещин повторного нагрева применительно к сварке сталей, легированных азотом в свёрхравнрвесной концентрации, ее состав дополнительно содержит иттрий и ванадий при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Химический состав исследованных проволок

. Crgte«U V

. NitHn

ц - «- И- Vt TfTif

0,01-0,04

0,05-0,3

6-10

19-25

18,0-28

1-6

0,1-6

0,01-1

0,001-0,01

0.25-0.65

Остальное

при этом соотношение компонентов (Мп + Cr + V)/(C + N1); (Cr + Mb + W + V)/(C + Ni+ Мп); (С + N + Cr + W + V)/(N) + Mn) находится в следующих пределах соответственно: 1,20-1,66: 0,88-1,18; 0,86-1,12.

Таблица 1

Таблица

Результаты механических испытаний металла сварных веов выполненных проволоками исследуемых составов на стали 06Х18АГТ2

.Примечание. - недопустимые дефекты;

-. . . -.6-2 - наличие допустимых дефектов;

.Б-3 - отсутствие дефектов

Результаты испытании на .склонность к образованию трещин повторного нагрева исследуе- . мых материалов (по методу Варестрейн)..

Та блица 3