SU1328124A1

SU1328124A1 - Шихта порошковой проволоки

Info

Publication number: SU1328124A1
Application number: SU853998359A
Authority: SU
Inventors: Александр Семенович Табатчиков; Анатолий Васильевич Пряхин; Леонид Николаевич Бармин; Павел Иванович Иванов
Original assignee: Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1985-12-30
Filing date: 1985-12-30
Publication date: 1987-08-07

Abstract

Изобретение относитс к области сварки и может найти применение при изготовлении порошковых проволок (ТШ) используемых дл механизированной сварки конструкционных сталей. Целью изобретени вл етс повышение сва- рочно-технологических свойств ПП, прочностных и пластических свойств металла шва при пониженном уровне остаточных напр жений и деформаций в сварных конструкци х. Добавление в состав шихты, содержащей, мас.%: никель 16-23; хром 1-3,5; ферромолибден 1,5-3,5; феррованадий 1-1,5; ферросилиций 2-4; марганец 6-10; .ферро- иттрий 1-2; рутиловый концентрат 7- 14; флнюрит 7-17; кремнефтористый натрий 2-4; железный порошок - остальное , ферробора 0,05-1; ферроти- тана 0,5-4 мрамора 2-5 и поташа 1,5- 3,5 мас.%, обеспечивает повьш1енные сварочно-технологические свойства ПП (сопротивл емость образованию гор чих трещин в 1,1-1,3 раза вьше). Ударна в зкость сварного шва увели- чиваетс в 1,1-1,2 раза, остаточные напр жени в шве и околошовной зоне понижаютс в 1,1-2 раза. 4 табл. (Л

Description

1 1

Изобретение относитс к области сварки, предназначено преимущественно дл сварки конструкционных ста лей с дополнительной защитой углекис лым газом и обеспечивает получение сварных швов с высокими прочностными и пластическими свойствами и низким уровнем остаточных напр жений без проведени термообработки.

Цель изобретени - повышение сва- рочно-технологических свойств порошковой проволоки, прочностных и пластических свойств металла шва при пониженном уровне остаточных напр жений и деформаций в сварных конструкци х .

Шихта может быть использована как наполнитель порошковых проволок дл сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, в частности, дл сварки продольных швов труб, кольцевых стыков трубопроводов, заварки де фектов труб без последующей термообработки . Предлагаема шихта обеспечивает получение более высоких прочностных и пластических свойств сварных соединений при пониженных напр жени х и деформаци х, достигаемых за счет получени металла шва со структурой низкоуглеродистого никелевого мартенсита.

При охлаждении металла шва после сварки в нем протекает мартенситное V - об -превращение, сопровождающеес увеличением объема и повышенной пластичностью метаЛла, что обеспечивает релаксацию накопленных напр жений. При сварке обеспечиваетс высока стабильность горени дуги, хорошее формирование наплавленного металла, легка отдел емость шлаковой корки и малое разбрызгивание электродного металла.

Дл получени мартенсита замещени в структуре металла щва шихта содержит 16-23 мас.% никел и 6 - 10 мас.% марганца. При.суммарном содержании никел и марганца меньше 26 мас.% не удаетс получить чисто мартенситную.структуру. В наплавленном металле по вл етс массивньш фер рит, в результате чего металл шва имеет склонность к разрушению по типу внутрикристаллического скола. Наличие в шихте менее 16 мас.% никел не обеспечивает необходимой пластичности , вследствие чего падает ударна в зкость металла шва. Легирование

281

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

242

никелем снижает сопротивл емость кристаллической решетки движению свободных дислокаций и уменьшает энергию взаимодействи дислокаций с атомами внедрени (углерода), поэтому облегчаетс релаксаци напр жений и уменьшаетс склонность металла шва к хрупкому разрушению. Нижний предел содержани марганца (6 мас.%) определ етс началом его положительного вли ни на увеличение технологической прочности металла шва в процессе кристаллизации. Введение в шихту марганца при соблюдении отношени Ni/Mn 1,6-3,85 обеспечивает повышение стойкости наплавленного металла против образовани гор чих трещин за счет св зывани примесной серы в тугоплавкий сульфид марганца (Тпд 1620 С), что преп тствует образованию легкоплавких сульфидов железа и никел и их эвтектик, вл ющихс одной из главных причин образовани гор чих . При отношении содержани никел к марганцу меньшем 1,6 происходит охрупчивание металла шва, поскольку железомарганцевый мартенсит имеет пониженные пластические свойства. В результате снижаетс ударна в зкость металла щва и повышаютс остаточные на правлени и деформации .

При отношении Ni/Mn больше 3,85 снижаетс стойкость металла шва против образовани гор чих трещин за счет образовани при его кристаллизации легкоплавких эвтектик сульфида железа и никел (Т„д 690 С). Введение в шихту порошковой проволоки более 23 мас.% никел нецелесообразно, поскольку он ухудшает пластические свойства, в частности ударную в зкость , так как в металле наблюдаетс межзеренное разрушение, очагами которого вл ютс трещины кристаллизационного типа. Введение в шихту более 10 мас.% марганца ухудшает пластичность металла шва вследствие значительных искажений решетки твердого раствора и повышени твердости. При суммарном содержании никел и марганца более 29 мас.% прочность металла шва возрастает, а пластичность и ударна в зкость падают за .счет увеличени степени закреплени дислокаций .

Хром при содержании 1-3,5 мас.% упрочн ет одновременно матрицу и границу зёрен , в св зи с этим при воз- i растании прочности пластичность и ударна в зкость практически не мен ютс . Введение хрома более 3,5мас. приводит к охрупчиванию границ зерен и межзеренных прослоек за счет по влени избыточного количества карбидов , вследствие чего резко снижаютс пластичность и ударна в зкость, склонность металла шва к релаксации напр жений. При содержании хрома менее 1 мас.% наблюдаетс межзеренное разрушение, очагами которого вл ютс трещины кристаллизационного типа.

Молибден и ванадий, вводимые в состав шихты в виде ферромолибдена и феррованади , св зывают примесный углерод и карбиды и вывод т его из твердого раствора. Необходимость св зьшани углерода и ограничени его содержани в наплавленном металле до 0,09 мас.% вызвана тем, чтр углерод образует твердые растворы внедрени (атмосферы Котрелла), которые блокируют свободные дислокации. За- крепление дислокаций повьшает сопротивление пластической деформации и, следовательно, снижает релаксационную способность мартенсита.

При введении в шихту 1,5-3,5 мас.% 30 мельчанию зерна первичной кристаллизации . Ввиду чрезвычайно малой растворимости бора в металлах и сплавах, а также способности бора как поверхностно-активного элемента обогащать границы зерен и другие места скоп- лений несовершенств кристаллической решетки, образование боридов имеет место уже при очень малых содержани х бора в наплавленном металле (0,001 мас.%). Образу тугоплавкие соединени с металлами, азотом и кислородом, бор будучи активным рас- кислителем, одновременно действует как активный модификатор, особенно при совместном введении с титаном. При содержании ферробора в шихте более 1 мас.% в наплавленном металле наблюдаетс укрупнение зерна и по вление боридной эвтектики, располага- кнцейс по границам зерен, что приводит к значительному снижению пластических свойств металла шва. Нижний предел содержани ферробора (0,05 мас.%) ограничиваетс началом

ферромолибдена повьш аютс прочностные свойства шва, стойкость против образовани гор чих трещин, сопротивл емость хрупкому разрушению. При введении ферромолибдена менее 1,5 мас.% 35 существенного действи на указанные свойства не отмечено. Пов1гдиение содержани ферромолибдена в шихте свыше 3,5 мас.% вызывает охрупчивание металла шва при температурах старе- 40 ни (450-550°С).

Феррованадий, вводимьш в количестве 1-1,5 мас.% св зывает примесньй углерод в карбиды, преп тствует рос- ту зерна при нагреве, улучшает механические свойства металла шва при комнатной и пониженной температурах. Содержание феррованади в шихте менее 1 мас,% не обеспечивает полного о св зывани углерода в карбиды. Введение феррованади более 1,5 мас,% сни- .жает ударную в зкость металла пша за счет выделени частиц фазы Лавеса.

Содержащийс в количестве 1-2мас. про влени модифицирующего действи , ферроиттрий позвол ет повысить релак- Ферросилиций в количестве 2-4 мае.5 сационную способность мартенсита и механические свойства за счет очищени границ зерен от примесей. Иттрий,

вводимый совместно с марганцем, обеспечивает в процессе сварки растекае- мость металла, предупреждает порисоблада высоким сродством к кислоро- ду и сере, благопри тно измен ет состав , форму и расположение неметаллических включений. Нижний предел (1 мас.%) ограничиваетс началом эффективного действи на указанные свойства, а верхний (2 мас.%) - когда эффективность введени ферроиттри становитс максимальной.

Введение в пшхту порошковой проволоки ферротитана в количестве 0,5- 4 мас.% предупреждает выгорание других легирующих элементов, обеспечивает мелкозернистую структуру металла шва, способствует разрушению сульфид ных прослоек. При содержании ферротитана в шихте более 4 мас.% в наплавленном металле по вл ютс сложные титанистые фазы, которые колони ми или группами оконтуривают границы первичных кристаллитов, что приводит к снижению СТОР1КОСТИ против образовани гор чих треш;ин. Введение ферротитана менее 0,5 мас.% заметного вли ни на свойства металла шва не оказывает.

Г

Ферробор, вводимый в количестве 0,05-1 мас.% способствует измельчанию зерна первичной кристаллизации . Ввиду чрезвычайно малой растворимости бора в металлах и сплавах, а также способности бора как поверхностно-активного элемента обогащать границы зерен и другие места скоп- лений несовершенств кристаллической решетки, образование боридов имеет место уже при очень малых содержани х бора в наплавленном металле (0,001 мас.%). Образу тугоплавкие соединени с металлами, азотом и кислородом, бор будучи активным рас- кислителем, одновременно действует как активный модификатор, особенно при совместном введении с титаном. При содержании ферробора в шихте более 1 мас.% в наплавленном металле наблюдаетс укрупнение зерна и по вление боридной эвтектики, располага- кнцейс по границам зерен, что приводит к значительному снижению пластических свойств металла шва. Нижний предел содержани ферробора (0,05 мас.%) ограничиваетс началом

про влени модифицирующего действи , Ферросилиций в количестве 2-4 мае.5

вводимый совместно с марганцем, обеспечивает в процессе сварки растекае- мость металла, предупреждает пористость , исключает шлаковые включени за счет образовани легкоплавких продуктов раскислени . Содержание ферросилици в шихте мене 2 мас.% оказываетс недостаточным дл образовани легкоплавких продуктов раскислени . Введение ферросилици более 4 мас.% повышает склонность металла -шва к хрупкому разрушению за счет дисперсионного твердени при температурах ста-10 ным положительным эффектом.

рени (450-550 С).

Шлакообразующа часть шихты, состо ща из 2-5 мас.% мрамора,7-14 мас.% рутилового концентрата и 7-17 мас.%

флюорита, позвол ет интенсивно обра- 15 талл шва с лучшими эксплуатационными

ботать металл сварочной ванны шлаком и снизить содержание газов и неметаллических включений. Введение мрамора и флюорита в указанных пределах

позвол ет получить шлак основного типа, 20 лаксацию напр жений в шве и основном

что благопри тно сказьшаетс на его способности удал ть из расплавленного металла такие вредные примеси, как сера и фосфор. Введение рутилового концентрата в количестве 7-14 мае.%25 вой проволоки (составы 1-3) и сос- обеспечивает устойчивое горение тав с запредельным содержанием ком- дуги в широком диапазоне токов, улуч- понентов (составы 4-7). Хот суммарметалле в процессе их охлаждени после сварки.

В табл.1 приведены варианты предлагаемых составов шихты дл порошкошает формирование шва и уменьшает потери электродного металла на разбрызгивание . Вход щий в состав шихты флюорит в количестве 7-17 мас.%, вл сь флюсующим реагентом, обеспечивает минимальное содержание неметаллических включений в наплавленном металле, способствует равномерному плавлению сердечника и оболочки.При содержании мрамора менее 2 мас.% наблюдаетс образование жидкотекуче- го шлака, не обеспечивающего защиту

расплавленного металла. Введение мра- 40 волоки составл ет 25-28%.

.мора более 5 мас.% ухудшает газопроницаемость и отделимость шлаковой корки.

Уменьшение содержани водорода в металле шва достигаетс введением в состав шихты кремнефтористого натри в количестве 2-4 мас.%. Введение кремнефтористого натри более 4 маСо% вызывает нарушение стабильности горени дуги. При содержании кремнефтористого натри менее 2 мас.% эффективность его действи оказываетс недостаточной, возможно по вление пор в металле шва.

С целью улучшени переноса электродного металла и снижени потерь на разбызгивание в состав шихты вводитс поташ в количестве 1,5-3,5 мас.

1246

При плавлении оболочки и ишхты порошковой проволоки, содержащей поташ , значительно уменьшаетс врем существовани капель, их размеры. Нижний предел содержани поташа (1,5 мас.%) определ етс началом заметного вли ни на уменьшение разбрызгивани , а верхний предел С3,5 мас.% ) определ етс максимальТаким образом, предлагаемь й состав шихты дл порошковой проволоки нар ду с повышенными сварочно-технологически- ми свойствами позвол ет получить мехарактеристиками . В наплавленном металле достигаетс стуктура пластичного низкоуглеродистого никелевого мартенсита, который обеспечивает ревой проволоки (составы 1-3) и сос- тав с запредельным содержанием ком- понентов (составы 4-7). Хот суммарметалле в процессе их охлаждени после сварки.

В табл.1 приведены варианты предлагаемых составов шихты дл порошконое содержание никел и марганца в составах 6 и 7 отвечает требованию

30 получени мартенситной структуры, однако отношение Ni/Mn не соответствует предлагаемому. Дл составов 4 и 5 выполн етс условие отношени Ni/Mn, но не выполнено условие сум35 марного их содержани .

В качестве оболочки дл изготовлени порошковой проволоки используют ленту из стали 08КП размером 15x0,8 мм Коэффициент заполнени порошковой проЛабораторные испытани порошковых проволок с известной и предлагаемой шихтой провод т путем определени остаточных напр жений и угловых дефор45 маций в сварных стыковых соединени х пластин размером 350x150x32 мм с V-образной разделкой кромок, стойкости металла шва против образовани гор чих трещин, ударной в зкости, проч50 ностных и пластических свойств металла шва при нормальной температуре, потерь на угар и разбрызгивание.

Определение остаточных напр жений и угловых деформаций производ т по методике МВТУ 1J. Критерием оценки служит величина остаточных напр жений &о(.(МПа) и деформаци от углового излома f (град).

71

Испытание на сопротивл емость металла шва образованию гор чих трещин провод т на машине ЛТП 1-бМ. Критерием оценки вл етс критическа скорость деформировани А (мм/мин).

Определение прочностных и пластических свойств металла шва провод т в соответствии с ГОСТом. Критерием оценки служит предел прочности бй(МПа) и относительное удлинение

в s(%).

При определении ударной в зкости из сварных соединений изготовл ют об разцы Менаже (тип 1) размером ЮхЮх х55 мм с надрезом по центру шва. Критерием оценки служит величина ударной в зкости КСи (даДЖ/см).

Определение потерь электродного металла на угар и разбрызгивание про вод т по известной методике. Критерием оценки служит коэффициент потер

Ч р(%).

В табл.2 приведены результаты измерени остаточных напр жений и уг левых деформаций в сварных стыковых соединени х.

В табл.3 приведены результаты испытани сварочных проволок.

В табл.4 приведено содержание примесей в металле шва.

Анализ результатов испытаний позвл ет заключить, что металл шва, полученный порошковой проволокой с шихтой предлагаемого состава, обладает по сравнению с известным следующими преимуществами: остаточные напр жени в шве и околошовной зоне в 1,1-2 раза ниже; углова деформаци 1,2-1,4 раза меньше , ударна вз кост мета.ш1а шва в 1,1-1,2 раза большеJ сопротивл емость образованию гор чих трещин в 1,1-1,3 раза вьш1е; металл шва обладает лучшими прочностными и пластическими свойствами, при сварке порошковой проволокой с шихтой предлагаемого состава потери электродного металла на 5-25% меньше

Предлагаемый состав шихты обеспечвает получение металла шва со структ рой низкоуглеродистого никелевого матенсита (твердый раствор замещени ), обладающего значительной пластичност и потому менее склонного к образованию холодных трещин, содержание угле

8

Q

0

5

о

5

0

5

0

рода в нем не превышает 0,05-0,06%. Тем не менее, при разработке шихты порошковой проволоки учитывалось вредное вли ние водорода на склонность металла шва к замедленному разруше- нию - образованию холодных трещин. Дл предотвращени фиксации и уменьшени содержани водорода в наплавленном металле в состав шихты введен кремнефтористый натрий в количестве 24%.

Claims

Формула изобретени

Шихта порошковой проволоки, содержаща хром, никель, ферромолибден, рутиловый концентрат, марганец, ферросилиций , ферроиттрий, феррованадий, флюорит, кремнефтористый натрий, железный порошок, отличающа - с тем, что, с целью повьш1ени сва- рочно-технологических свойств порошковой проволоки, повышени прочности и пластичности металла сварного шва при снижении остаточных напр жений . и деформаций в нем, шихта дополнительно содержит ферробор, ферротитан, мрамор , поташ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель16-23

Хром1,0-3,5

Ферромолибден1,5-3,5

Феррованадий1,0-1,5

Ферросилиций2-4

Марганец6-10

Ферробор0,05-1

Ферротитан0,5-4

Ферроиттрий1-2 Рутиловый

концентрат7-14

Флюорит7-17

Мрамор2-5

Кремнефтористьй

натрий2-4

Поташ1 5-3,5

Железный

порошокОстальное

причем отношение содержани никел к марганцу находитс в пределах ( 1,6-3,85) , а суммарное их содержание составл ет (,+0 26- 29%).

Примечание. Знак + - напр жение раст жени , а знак - напр жение сжати .

Таблица 3

Продолжение табл.2