Керамический флюс для сварки низколегированных сталей

 

Изобретение относится к сварке, в частности к керамическим флюсам для автоматической сварки низколегированных сталей. Цолью изобретения является получение ударной вязкости металла 1нва, определяемой на образцах с острым надрезом, при температуре минус 40°С, при использовании низколегированных сварочных проволок. Введение в состав флюса ферротитана и ферробора при отнопаении титана к бору в пределах 4,23-17, позволяет получить оптимальную структуру металла швов. Высокая основность шлакообразуюшей основы флюса , отсутствие в нем свободного кремнезема и карбонатов при отношении суммарного содержания обожженного магнезита плавикового шпата и половины волластонита к суммарному содержанию электрокорунда , половины волластонита и двух третей силиката натрия в пределах 1,43- 2,16 обеспечивают высокие технологические свойства флюса, в том числе и легкую отделимость шлаковой корки. 4 табл. $9 tC QO СХ ISD со

СОЮЗ COBETCHViX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК (5D 4 В 23 К 35 362

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4019513/31-27 (22) 23.12.85 (46) 23.03.87. Бюл. ¹ 11 (7l) Институт электросварки им. E. О. Патона (72) И. К. Походня, Д. М. Кушнерев, С. Д Устинов, А. М. Зарубин и В. В. Головко (53) 621.791.04 (088.8) (56) Патент Японии № 53-73442, кл. В 23 К 35/362, кл. 1978.

Авторское свидетельство СССР № 354964, кл. В 23 К 35/362, 03.05.71.

Авторское свидетельство СССР

¹ 969488, кл. В 23 К 35/362, 07.05.8!.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1089904, кл. В 23 К 35/362, 1 1.02.83. (54) КЕ РАМИЧ ЕС КИ11 ФЛЮС ДЛ Я СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к керамическим флюсам для автома„„SU„, 1298029 А1 тической сварки низколегированных сталей.

LI;. üþ изобретения является получение ударной вязкости металла шва, определяемой на образцах с острым надрезом, при температуре минус 40 С, при использовании низколегированных сварочных проволок. Введение в состав флюса .ферротитана и ферробора при отношении титана к бору в пределах 4,23 в 17,1 позволяет получить оптимальную структуру мезалла швов. Высокая основность шлакообразуюгцей основы флюса, отсутствие в нем свободного кремнезема и карбонатов при отношении суммарного содержания обожженного магнезита плавикового шпата и половины волластонита к суммарному содержанию электрокорунда, половины волластоннта и двух третей силиката натрия в пределах 1,43—

2,16 обеспечивают высокие технологические свойства флюса, в том числе и легкую отделимость шлаковой корки. 4 табл.

1298029

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к керамическим флюсам для автоматической сварки низколегированных сталей.

Повысились требования к качеству металла сварных швов в отношении их хладостойкости. Если раньше порог хладноломкости металла шва определялся на образцах с круглым надрезом (тип Vl), то в последние годы этот показатель оценивается по уровню ударной вязкости при отрицательных температурах, определяемой на образцах с острым надрезом (тип IХ), что является значительно более жестким видом испытаний. Опыт показывает, например, что если критическая температура хрупкости металла шва, определяемая на образцах типа VI равна 60 С, то для того же металла критическая температура хрупкости, определяемая на образцах типа IХ, равна примерно 15 — 20 С ниже нуля. Вместе с тем сварные конструкции, изготовляемые с применением автоматической сварки под флюсом часто эксплуатируются при значительно более низких температурах чем минус 15 C.

В последнее время в судостроении, вагоностроении и других отраслях промышленности выдвигаются требования получения уровня ударной вязкости металла швов, определяемой на образцах Шарпи, не ниже

40 Дж/см при температуре испытаний от — 20 до — 40 С.

Необходимым требованием к флюсу, кроме обеспечения высокой хладостойкости швов, являются также высокие сварочнотехнологические свойства флюса (хорошее формирование швов с плавным переходом к основному металлу, легкая отделимость шлаковой корки, в том числе при сварке в глубокую разделку, отсутствие пор и трещин в металле шва).

Цель изобретения состоит s разработке керамического флюса для сварки низколегированных сталей, который с применением соответствующих низколегированных проволок должен обеспечивать получение уровня ударной вязкости металла шва (определяемой на образцах с острым надрезом) не менее 40 Дж/см при температуре испытания минус 40 С, а также обладать хорошими технологическими свойствами в услови ях многопроходной сварки, обеспечивать отсутствие дефектов в металле шва (пор, трещин, подрезов, зашлаковок и т. д.).

Эта цель достигается применением шлакообразующей основы флюса, имеющей высокий коэффициент основности, введением во флюс совместных микролегирующих добавок титана и бора, отсутствием во флюсе свободного кремнезема и силиката марганца, а также определенным соотно(пением компонентов флюса.

Высокая основность предлагаемого флюса обеспечивается относительно высоким содержанием в нем AfgO и CaF, а.также Саб, содержащемся в волластоните. Выбранное соотношение суммарного содержания MgO, CaFp и СаО к суммарному содержанию

А40з и SiOg, а также отсутствие во флюсе карбонатов„обеспечивают хорошие технологические свойства флюса (в том числе легкую отделимость шлаковой корки при сварке первых и последующих проходов, выполняемых в глубокой разделке).

Наличие SiO во флюсе, необходимое для достижения хороших его технологических !

О свойств, обеспечивается за счет применения волластонита (СаО.SiO ) и силиката натрия (сухой остаток жидкого стекла). При этом кремнезем прочно связан в комплексные соединения, что снижает его активность в шлаке. Этому способствует также высокая

" основность флюса. При сварке под предлагаемым флюсом отсутствуют кремне- и марганцевосстановительный процессы, недопустимые с точки зрения засорения металла шва неметаллическими включениями.

Для получения оптимальной структуры металла швов, обеспечивающей высокую их хладостойкость, во флюс вводятся микролегирующие добавки: ферротитан и ферробор.

При этом необходимым требованием является соблюдение соотношений титана к бо?5 ру во флюсе в пределах 4,23 — 17,1. Количество ферротитана и ферробора во флюсе выбирается с таким расчетом, чтобы в металле шва содержание титана находилось в пределах 001 — 004%, а бора 0003—

0,006%.

Зц В качестве легирующего компонента во флюсе применен металлический марганец марки МрОО в количестве 0 9 — 1,8% из расчета получения концентрации марганца в металле шва в пределах 1,3 — 1,6% (в зависимости от содержания марганца в прово35 локе). Применение во флюсе ферромарганца недопустимо из-за относительно высокого содержания в нем фосфора.

В табл. 1 приведены варианты состава предлагаемого флюса.

Под этими флюсами были получены сварные соединения из сталей 10ХСНД, 09Г2С, !

ОГ2ФБ, !5Г2АФ, Х70 (трубной) толщиной !

4 — 25 мм с применением сварочных проволок Св-1ОНМА. Св-08МХ, Св-08ХМ, Св08ГНМ, Св-08ГНМТ, Св-10ГН2МДТ диаметром 4 мм. Режим сварки: Усв=650 — 750 А;

Ug=32 — 38 В, VcB=-30 — 32 м/ч. Ток постоянный обратной полярности.

Химический состав и механические своЙства металла швов приведены в табл.

2 — 4.

В табл. 4 приведена также оценка технологический свойств вариантов предлагаемого флюса.

Как видно из приведенных данных и прилагаемого акта испытаний, предлагаемый флюс имеет хорошие технологические свойства и обеспечивает уровень ударной вязкости металла шва (определяемой на образцах с острым надрезом) не ниже 40 Дж/см при температуре — 40"С.

1298029

Формула изобретения

Таблица!

Содержание компонентов, мас.7., в вариантах флюса

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Компоненты и их соотношения

Магнезит обожженный

28,20 28,40 29,20 29,40 30,40 31,20 23,80 27,40 34,60 19,50 27,30

Плавиковошпатовый концентрат

24, 70 24, 50 27, 40 25, 10 27, 50 25, 20 25, 70 24,60 29, 10 18,20 24, 50

21,10 20,90 18,30 17,40 18,40 18,40 27,50 21,00 15,50 29,10 22,70

14,70 13,65 12,80 16,50 11,00 12,80 12,30 15,50 8,20 20,90 14,50

Электрокорунд

Волластонит

Марганец металлический

1,36 1,32

1,91 0,46

0;91 0,05

1,38 1,84 0,90 1,36

1,38 1,36 1,37 1,65 1,38

1,38 1,36 1,37 0,92 2,29

0,28 0,73 0,91 0,73 0,73

1,36

2,29 0,46

Ферротитан (=67X)

Ферробор (=20 ) 1,37

0,55 0,09 0,46 0,91

Силикат натрия (сухой остаток ж щкого стекла)

9,12 9,!7

8,18 8,31 8,77 8,97

8,26 9,10 8,65 8,30 8,30

М+ П+ 1/2 В"

Э + 1/2В + 2/ЭЖ

1,06 1,67

2,07 1,43 1,74 2,67

177 178 206 201 216

3,36 30,8

Ti/Â**

5,0

14,3 17,1 10,0

16,5

6,23 5,06 4,23 1Г,7

*М; П, В, Э, Ж, — процентное содержание во флюсе магнезита, плавикошпатового концентрата, волластонита, электрокорунда, силиката натрия соответственно.

:" ТТ и  — процентное содержание титана и бора во флюсе.

Флюс должен найти широкое применение при сварке металлоконструкций из низколегированных сталей, к сварным соединениям которых предъявляются современные высокие требования по ударной вязкости, определяемой на образцах с острым надрезом (в судостроении, вагоностроении, строительстве и других отраслях промышленности) . Применение заявляемого флюса дает возможность повысить качество, надежность и долговечность сварных металлоконструкций, работающих в услових низких температур.

Применение предлагаемого флюса даст .значительный экономический эффект за счет применения более простых стандартных сварочных проволок вместо дорогостоящих сложнолегированных и более чистых по вредным примесям проволок, которые потребуются для получения высокой хладостойкости швов при использовании известных флюсов.

Керамический флюс для сварки низколегированных сталей, содержащий обожженный магнезит, плавиковый шпат, электрокорунд, волластонит, марганец, силикат натрия, отличающийся тем, что, с целью повышения хладостойкости металла шва, определяемой на образцах на ударный изгиб с острым надрезом, при сохранении высоких сварочно-технологических свойств флюса он дополнительно содержит ферротитан и ферробор при следующем соотношении компонентов, мас.0 0:

10 Обожженый магнезит 23 — 31

Плавиковый шпат 24 — 27

Электрокорунд 18 — 27

Волластонит 11 — 16

Марганец 0,9 в 1,8

Силикат натрия 8,3 — 9,2

Ферротитан 0,5 — 2,3

Ферробор О, l — 0,9 при этом отношение суммарного содержания магнезита, плавикового шпата и половины волластонита к суммарному содержанию электрокорунда, половины волластонита и двух третей силиката натрия выбрано в пределах 1,43 — 2,16, а отношение во флюсе титана к бору выбрано в пределах 4 23—

17,1.

1298029

Таблица 2

Содервание элементов в металле шва, ?.

Сварочная проволокаВари Основной ант металл

Si Сг Ni

Mo Ti В S P

7 8 9 10»

1 2

12 13

1,40 0,22 О, » 0,60 0>25 0,04 0,003 0,009 0,0»

1 Х70 (труб- Св-08ГНМТ 0,09 ная) 1«51 0,19 0,12 1)49 О ° 29 0.04 0«003 0«008 0«013

1 Х70 (труб- Св-IОГН2МДТ 0,08 ная) 0,12 1,42 0,36 О, » 0,5 0,27 0,02 0,004 0,010 0,023

Св-)ОНМЛ

Св-ОВМХ 0,10 1,41 0,32 0,29 сл О,?3 0,03 0,004 0,012 0,022

Св-08МХ 0,09 1,38 0,35 0,32 0,28 0,31 0,02 О,ОСЗ 0,010 0,023

Сн 08ХМ 0 07 1 41 О 28 О 33 О » О 30 О 02 О 004 О 008 О 012

Сн-IОНМА 0,10 1,35 0,23 О,!8 0,59 0,32 0,03 0,003 0,009 0,021

Св-08ГНМ 0,09 1,42 0,20 О, » 0,51 0,35 0,03 0,004 0,007 0,020

Св-IОНМЛ 0, » 1,38 0,28 0,09 0,67 0,31 0,03 0>005 0,007 0,017

Св IОНМЛ О 09 1,52 О 25 сл О 61 О 33 О 02 О 003 О 010 О 019

5 Х70 (труб- Св-ОВГНМ О, » чая) 1,42 0,23 0,15 0,67 0,38 0,04 0,004 0,0» 0,022

С -!ОНМА О,»

1, >О

0,30 О, » 0,59 0,34 0,04 0,003 0,010 0,018

Св-IОН!IА 0,08 1,52 0,26 0,08 0,60 0,30 0,02 0,003 0,01! 0,017

Сн 081 НМ О 09 1 32 О 24 О 09 О 63 О 34 О 03 0,004 О 012 О 020

0,10 1,40 0,18

0,61 0,31 О,ООЗ 0,006 0,009 0,018

0,52 0,29 0,01 0,002 0,019 0,025

Св-(ОНМА сл

Св — IOHNA 0,08 1,28 0,41 сл

Св-IОНМЛ 0,09 1,43 0,29 сл

0,50 0,30 0,01

0,010 0,021 (л

Та бли ц а э

Сварочная про- (э н, МПа о т, tllta волока

Вариан Основной металл

1 2

1 Х70(трубная)

2 Х70(трубная) 542,2

610,0

720,4

790,2

23,4

52,6

22,5

51,9

728)6 590,4

26,4

53,4

612,4

510,8

412,4

426,2

22,8

58,7

685,0

24,6

58,0

650,7

564,5

5>16, 3

705),Я

63,6

28,7

Си-IOHNA

477,1

27,1

61,6

Сн-ОВГНМ

Св-IОНМЛ

25,4

57,4

2 t,Я

58,4 (:ii — 1(И(МЛ

71/),)i

24,3

55,8

X/()(I(>)(ll:lи) ((I9! >(;

Си — HHI Htl

ВЯ,Ь (> 2, /) ь (,я (, и- I (! 8 MA

29,0

/ (Р)!!(!

2Ь,4

57,5

Св-IОНИЛ

С)i-ОЯ! НМ и () )l ?(:

Ч ОЧ! ?С !

О 09Г20

» 09Г2С

24,8 >9,4

28,7

Си-(ОНМА

59,8

Св- I OINA

21,0

51,8

Св-(ОНМА

20,2.)1)0

П р и м е ч а н и е. Приведены средние результаты испытаний не менее трех образцов (тнп II).

2 09Г2С

2 09Г2С

2 IОХСНД

2 IОХСНД

2 IОХСНД

2 I ОГ2ФБ

3 15Г2АФ

4 15Г2АФ

6 09Г2С

7 09 Г2С

8 09Г2С

9 09Г2Г

10 09Г2С

» 09Г2С

2 09Г2С

2 09Г2С

2 !ОХСНД

2 I OX(:НД

2 Il)X(:!ГД

2 1(ll ?il>ll ! I >I ?ÀN

I i! "/А !

Св-ОВГНМТ

Св-1 ОГН2МДТ

Св-!ОНМА

Св-08МХ

Св-08НХ св-08хм

703,6

5)Я/), 2

612,

5>97, 3

5>82, 4

538,5 >67,6

433,6 )64, 5)

5>25),/i

5)Ч I,Я

/i IH, l

417,2

409,

412,7

406,4

401,6

1298029

Ан, Дж/см, при температуре испыD таний, С

Сварочная проволока

Основной металл

Вариант — 20 — 40

56-57

Х70 Св-08ГНМТ 87-132

115

Хорошее

94-106

Х70 Св-10ГН2МДТ 1 65-274

222

47-97

65-115

82

47-82

127-160

65,4

141

47-82

127-160

141

Хорошее

65-115

82

47-82

127-160

141

125-162

147

122 — 157

77-175

137

140

40-72

65-155

104

90-97

68,2

93,8

97-155

Хорошее

141

99,9

40-.70

72=112

54,3

92,4

52-123

42-182

98,6

76,5

96-118

74-98

83,4

102,2

62-76

84-98

93,4

68,3

2 09Г2С Св-10НМА

2 09Г2С Св-08МХ

2 09Г2С Св-08МХ

2 1 ОХС НД Св-08МХ

2 09Г2С Св-08МХ

2 10ХСНД Св-08МХ

2 10ХСНД Св-08ХМ

10ХСНД Св-10НМА.

10Г2ФБ Св-08ГНМ

15Г2АФ Св-10НМА

15Г2АФ Св-10НМА

5 Х70 Св-08ГНМ

6 09Г2С Св-10НМА

09Г2С Св-10НМА

09Г2С Св-08ГНМ

95-165

131,5

65-181

65,4

47-97

65,4

67-70

52,3

50-80

135,5

62-140

Таблица 4

Оценка технологических свойств флюса

1298029

1О

Продолжение табл. 4

Ан, Дж/cM при температуре испытаний, С

Оценка техноСварочная проволока

Основной металл

Вариант логических свойств флюса

20 — 40

73-9б

98-112

Плохие

9 09Г2С Св-10НМА

Удовлетворительное

10 09Г2С Св-10НМА

38,5

091 ?(Св-10-НМА Зб-44 25-37

38,7 28,4

Хорошее

i р и м е ч а н и е, Приведены результаты испытаний не менее трех образцов на ударный изгиб, тип IX (с острым надрезом).

В числителе показаны минимальные и максимальные,, а в знаменателе — средние значения ударной вязкости.

Составитель Л. Арест

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Заказ 730/! 5 Тираж 976 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. e/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

10б,2 б2-74

84,3

35-51