Состав порошковой проволоки Советский патент 1981 года по МПК B23K35/368 

(54) СОСТАВ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ

Изобретение относится к области сварочных материалов, в частности порошковых проволок, предназначенных для с.варки разнородных сталей и разделительного слоя биметаллов, применяемых в химическом машиностроении.

Известен состав 1 сварочной проволоки, состояш,ий из оболочки из сплава на основе никеля, оболочки и порошкообразной шихты, включающий следующие ингредиенты, вес. %:

Хром24-30

Марганец

азотированный0,3-1,5

Фторполимеры0,3-0,6

Железный порошок18-24

Двуокись циркония3,6-6

Алюминиево-ванадиевомолибдёно-титановая

лигатура3-6

Низкокремнистый

безокислительный флюс3,6-3,4

Редкоземельнь1й металл0,03-0,3

Оболочка из сплава на

основе никеляОстальное

Однако такая проволока не гарантирует

получение стойких к образованию горяних

И холодных трещин щвов при сварке разделительного слоя биметаллов, особенно с высококоррозионным из сталей XI7Н13МЗТ и ОХ23Х28МЗДЗТ и т. п. слоем и разнородных. соединений из указанных сталей с малоуглеродистыми материалами. Кроме того, производство такой проволоки затруднено ввиду сложного состава шихты.

Известна также порошковая проволока 2, предназначенная для сварки разделительного слоя биметаллов и разнородных сое0динений и обеспечивающая достаточно высокую коррозионную стойкость металла шва, следующего состава, вес. %:

Хром30-35

Марганец,3-5

Алюминий1-2

5

Молибден5-8

Газо- и шлакообразующие компоненты (мрамор -f + плавиковый шпат)9-14

Ниобий0,8-1,2

Никелевая оболочкаОстальное

Однако, и эта проволочка при сварке биметаллов с высоколегированным сустенитным плакирующим слоем не обеспечивает

достаточно высокой стойкости против обра зования горячих и холодных трещин.

Цель изобретения - разработка такого состава порошковой проволоки, которая, отличаясь простотой в производстве, позволяла бы получить стойкие к образованию горячих и холодных трещин швы при сварке разделительного слоя биметалла (в том числе из высококоррозионностойких сталей, например марок Х17Н13МЗТ, ОХ23Н28МЗД5Г и им подобных) и разнородных соединений из этих сталей с малоуглеродистыми.

Поставленная цель достигается тем, что оболочка порошковой проволоки выполнена из никеля, например электролитического, а порошкообразная щихта дополнительно содержит кальций и азотированный хром при следующем соотношении входящих компонентов, вес. %:

8,5-11,5

Хром азотированный

22-26

Хром

17-24

Марганец

9-11

Молибден

4-5

Алюминий

0,009-0,012

Кальций 2,5-3,1

Иттрий

Газо- и шлакообразующие

7-11

компоненты Остальное

Оболочка из никеля

Рассмотрим влияние входящих в состав шихты заявляемой проволоки ингредиентов на свойства металла щва.

В качестве газо- и шлакообразующих компонентов использованы мрамор и плавиковый щпат, которые формируют требуемую шлаковую и газовую фазы при сварке. Приемлемая (оптимальная) концентрация этих элементов составляет соответственно 4- 6% и 3-5%. Bbi6j)aHHbie пределы содержания мрамора и плавикового шпата справедливы для предлагаемой проволоки с любым соотношением компонентов в ее шихте. Другая система легирования шихты потребует некоторого уточнения содержания рассматриваемых элементов.

Молибден вводится в проволоку для повышения стойкости сварных швов к образованию трещин и улучшению сопротивляемости коррозионному износу высоколегированного облицовочного шва. Неоднократные опыты показывают, что понижение в шихте проволоки молибдена ниже 9% не позволяет получить сварные швы с отсутствием горячих трещин (критическая скорость деформации их менее 2,4 мм/мин). Дальнейшее (свыше 11%) повышение концентрации этого ингредиента мало сказывается на последующей технологической прочности наплавленного металла. В связи с этим молибден введен в шихту в пределах 9-11 /о.

Легирование хромом осуществляется для предотвращения понижения концентрации хрома в облицовочном щве и достижения тем самым требуемой коррозионной стойкости последнего. Выбранные пределы содержания хрома в щихте: нижний 22% и верхний 26% - способствуют обеспечению заданной коррозионной стойкости. Введение в шихту азотированного хрома, с одной стороны, способствует улучшению коррозионной стойкости сварных соединений, а с другой - существенно повышает механические свойства металла шва за счет повышения стабильности аустенита и улучшения стойкости к образованию горячих трещин. При любом соотношении входящих в состав шихты проволоки компонентов оптимальное проявление хрома азотированного отмечается в случае содержания в пределах 8,5-11,5%. Алюминий введен в состав шихты проволоки для предотвращения пор в металле шва и измельчения его структуры. При его содержании менее 4% наплавленный металл проявляет склонность к образованию пор, наиболее выраженному при однослойной сварке малых трещин. Увеличение концентрации алюминия против 5% хотя и приводит 0 к дальнейшему измельчению структуры, однако отрицательно сказывается на пластичности швов. По этой причине алюминий взят в пределах 4-5%.

Для повышения стабильности аустенита, устойчивости к образованию пор и трещин сварного шва в состав проволоки введено 1-7-24% марганца. Эта концентрация является оптимальной для любого соотношения компонентов шихты в указанных пределах, так как повышение его свыше 24% может вызывать уменьшение вязкости наплавленного металла из-за образования в структуре чрезмерного количества J -фазы, а понижение ниже 17% снижает ударную вязкость и пластичность вследствие наличия зон с малопластичными продуктами nos лиморфных превращений.

Таким образом, указанные компоненты в определенной мере способствуют улучшению механических, сварочно-технологических свойств и структуры сварного шва. .Однако введение только их в состав порощко9бразной шихты не позволяет достичь поставленной цели, так как указанные характеристики швов не обеспечивают приемлемой стойкости к холодным и горячим трещинам при сварке разнородных соединений и разделительного слоя биметалла с аустенитным высоколегированным плакирующим слоем.

Эта задача рещается путем совместного легирования шихты кальцием и иттрием, которые способствуют скачкообразному изменению свойств наплавленного металла, заключающемуся в резком возрастании сопротивляемости холодным и горячим трещинам (оценивают критической скоростью деформации). Указанное воздействие кальция и иттрия на свойства металла шва происходит s лишь при условии их совместного введения в шихту и объясняется развитием адсорбционных эффектов в приграничных зонах действительного аустенитного зерна, повышения стабильности аустейИта, изменением эффективного интервала кристаллизации и т. п. Для количественной оценки совместного воздействия иттрия и кальция на свойства предлагаемой проволоки испытаниям подвергли ряд составов ее шихты, содержащих (по расчету) последовательно 0,002; 0,006; 0,009; 0,011; 0,012; 0,015% кальция и 1,8; 2,4; 2,6; 2,5; 2,9; 3,1; 3,3% иттрия при концентрации прочих компонентов в указанных пределах и оболочки из электролитического никеля, составляющей остальную дополнительную до 100% часть. Результаты экспериментов показали, что наилучшими свойствами обладают сварные швы, выполненные проволокой с 0,011 %кальция и 2,9% иттрия. Введение в щихту ниже 0,009% кальция и 2,4% иттрия мало сказывается на стойкости наплавленного металла к горячим и холодным трещинам, а превыщение их выше 0,012% и 3,1% соответственно практически не оказывает дальнейшего улучшения рассматриваемых показателей -качества. В связи с этим нижний предел содержания кальция и иттрия в проволоке следует ограничить 0,009 и 2,5%, а верхний- 0,012 и 3,1%. Предлагаемая проволока обеспечивает высокое качество швов при сварке разделительного слоя биметалла с аустенитным высоколегированным плакирующим слоем и разнородных соединений, и может найти широкое применение при изготовлении особо ответственной сварной химической аппаратуры. Экономический эффект от внедрения предлагаемой проволоки по сравнению с известными материалами составляет 2,3- 3,1 р. на 1 кг металла шва, что достигается за счет повышения на 15-20% производительности сварочных работ, снижения на 10-15% потерь от брака и улучшения качества сварных соединений. Формула изобретения Состав порошковой проволоки для выполнения разделительного слоя при сварке биметаллов, преимущественно с высоколегированным аустенитным плакирующим слоем, и разнородных соединений, состоящей из никелевой оболочки и шихты, содержащей хром, марганец, молибден, алюминий, иттрий, газо- и щлакообразующие компоненты, отличающийся тем, что, с целью увеличения стойкости против горячих и холодных трещин металла шва, шихта дополнительно содержит хром азотированный и кальций при следующем соотношении компонентов проволоки, вес. %: Хром-22-26 Марганец17-24 Молибден9-11 Алюминий4-5 Иттрий.2,5-3,1 Газо- и шлакообразующие компоненты7-11 Хром азотированный8,5-11,5 Кальинй0,009-0.012 Никелевая оболочкаОстальное Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 596404, кл. В 23 К 5/368, 01.06.76. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2699237, кл. В 23 К 35/368, 18.12.78.