Керамический флюс для сварки низколегированных высокопрочных сталей
Изобретение относится к флюсам для автоматической сварки низколегированных высокопрочных сталей. Целью изобретения является повышение хладостойкости и предела текучести металла шва. а также снижение в нем содержания диффузионного водорода при сохранении высоких сварочно-технологических свойств флюса. Шлакообразующая основа флюса имеет высокий коэффициент основности (1,3-1,45). Во флюсе использованы сырьевые материалы с минимальным содержанием фосфора при дополнительном введении ограниченных добавок фторида бария (2,4-3,1 %), мрамора
СОВХОЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 О (7с 00 (21) 4081558/27 (22) 02.07.86 (46) 23.01.92. Бюл. М 3 (71) Институт электросварки им. Е.О. Патона (72) И.К. Походня, Д.M. Кушнерев, С.Д.Устинов, О.Г. Соколов, Л.В. Грищенко, Г.В. Баскаков, М.В. Ямской, А.М. Зарубин и В.В. Головко (53) 621.791.04(088.8) (56) Патент Японии N. 53 — 64.641, кл, В 23 К 35/362, 1982. Авторское свидетельство СССР N. 1088904, кл. В 23 К 35/362, 11.02.83. Авторское свидетельство СССР М 1298029, кл, В 23 К 35/362, 23.12.85. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ CTAfIEA (57) Изобретение относится к флюсам для автоматической сварки низколегированных Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к керамическим флюсам для автоматической сварки низколегированных сталей. При сварке под флюсом низколегированных сталей высокой прочности, например стали типа 12ХН2МДФ, широко используемой в конструкциях плавучих буровых установок (ПБУ) в северном исполнении и судах арктического плавания, к металлу швов предъявляются особо высокие требования как в отношении механических характеристик, так и содержания в нем водорода. По существующим требованиям металл шва в состоянии после сварки (без термической обработки) должен иметь ударную вязкость, определяемую на образцах с.,. Ж 1706818 А1 высокопрочных сталей. Целью изобретения является повышение хладостойкости и предела текучести металла шва. а также снижение в нем содержания диффузионного водорода при сохранении высоких сварочно-технологических свойств флюса. Шлакообразующая основа флюса имеет высокий коэффициент основности (1,3-1,45). Во флюсе использованы сырьевые материалы с минимальным содержанием фосфора при дополнительном введении ограниченных добавок фторида бария (2,4-3,1 ), мрамора (1,9-3,ба) и гематита (0,5-0,6 ). Использование синтетического шлака, состоящего иэ 2/3 СаЕг и 1/3 А!20з, позволяет получить флюс с улучшеннымй сварочно-технологическими свойствами. Высокая хладостойкость и требуемые прочностные свойства металла швов достигаются при отношении титана к бору во флюсе в пределах 11,230,1. 3 табл, острым надрезом, не менее 62,5 Дж/см при -60 С и предел текучести не менее 600 Н/мм2 (далее значения ударной вязкости будут относиться только к результатам, получаемым на образцах типа IX по ГОСТ 699666). Содержание диффузионного водорода в металле шва, определяемое по спиртовой пробе, не должно превышать 1 см /100 г, Кроме того. необходимым требованием к флюсу являются достаточно высокие его сварочно-технологические свойства в условиях многопроходной сварки металла больших толщин (хорошее формирование швов, легкая отделимость шлаковой корки, отсутствие пор и трещин в металле шва). При использовании известных отечественных сварочных материалов указанные 1706818 требования к качеству металла швов могут быть удовлетворены только при применении высоколегированных аустенитных сварочных проволок, Аустенитный вариант, однако, не является оптимальным, главным образом, по экономическим соображениям. Значительно более экономичным является в данном случае применение ниэколегированной проволоки, Цель изобретения — разработка керамического флюса для сварки низколегированных высокопрочных сталей, например, типа 12ХН2МДФ, который с применением ниэколегированной проволоки, например, типа Св-10ГНМДТА (ТУ14 — 1-2576-78) должен обеспечивать получение уровня ударной вязкости металла шва не менее 62,5 Дж/см при температуре испытания -60 С и предела текучести металла шва не ниже 600 Н/мм при содержании водорода в металле шва не выше 1 см /100 г(определяемого по з спиртовой пробе), а также обладать хорошими технологическими свойствами в условиях многопроходной сварки в узкую разделку, обеспечивать отсутствие дефектов в металле шва (пор, трещин, подреэов, зашлаковок и т.д.). Эта цель достигается применением шлакообразующей основы флюса, имеющей высокий коэффициент основности, использованием сырьевых материалов с минимальным содержанием фосфора, заменой плавикового шпата и части — a -А!рОз содержащего компонента на синтетический шлак, в качестве которого может использоваться флюс АНФ-6 или АНФ-16, введением во флюс ограниченных добавок фторида бария, мрамора, гематита, микролегирующих добавок титана и бора, отсутствием во флюсе свободного кремнезема и силиката марганца. Использование во флюсе синтетического шлака, состоящего в основном из 2/3 CaF2 и 1/3 А!гОз позволяет получать отличные сварочно-технологические свойства флюса, несмотря на его высокую основность и содержание в нем мрамора, В шихте заявленного флюса SIOz присутствует только в связанном виде (силикат кальция-волластонит и силикат натрия), что снижает активность SION в шлаке. С целью снижения содержания водорода в металле шва во флюс введен мрамор, Совместные добавки к флюсу около 4 мрамора и 2,4-3,1)(, фторида бария позволяют сохранить высокие технологические свойстеа ôëþñà и получить при этом достаточно низкое содержание диффузионного водорода в металле шва. Кроме того, введение во флюс фторида бария способствует еще большему снижению активности кремнеэе5 55 ма в шлаке. Добавка фтористого бария способствует повышению хладостойкости металла шва. Небольшая добавка во флюс гематита позволяет заметно повысить стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, Для получения оптимальной структуры металла швов, обеспечивающей высокую их хладостойкость и требуемые прочностные свойства, во флюс вводятся микролегирующие добавки; ферротитан и ферробор. При этом необходимым требованием является соблюдение соотношения между содержанием титана и бора во флюсе в пределах 11,2-30,1. Количество этих компонентов выбирается с таким расчетом, чтобы в металле шва содержание титана находилось в пределах 0.01-0,04)ь, а бора 0,003-0,005$, В качестве легирующего компонента во флюсе применен металлический марганец марки МрОО из расчета получения концентрации марганца в металле шва в пределах 1,3-1,67 (в зависимости от содержания Мп в и ро вол оке). Металлографические исследования, выполненные с помощью растрового электронного микроскопа ISM-35CF и рентгеновского микроанализатора "Linc" 860, показали, что при сварке под флюсом стали типа 12ХН2МДФ с использованием серийной низколегированной проволоки (Св-10ГНМДТА) структура металла шва весьма однородна и мелкодисперсна. Она представляет собой в основном игольчатый феррит и карбиды. Иглы феррита очень мелкие (длиной не более 5 микрон и шириной до 1 микрона). В структуре количество доэвтектоидного феррита не превышает 0,5ф,, отсутствуют включения А!рОз. Неметаллические включения представляют собой алюмосиликаты марганца, содержащие титан, они весьма мелкодисперсны (0,1-0,5 микрона), имеют округлую форму и распределены в структуре равномерно. Во многих случаях эти включения расположены в начале игл феррита. Хром, никель и другие легирующие элементы находятся в твердом растворе в феррите. Флюс имеет отличные сварочно-технологические свойства: обеспечивает легкую отделимость шлаковой корки при сварке стали больших толщин в глубокую разделку (при суммарное угле раскрытия кромок более 30 ), хорошее формирование швов, устойчивое горение дуги, достаточную стойкость швов против образования пор и трещин. В табл. 1 приведены варианты состава предлагаемого флюса. которые испытывались в Институте электросварки им, Е,O. 11(Н>Н !8 Патина. Под этими флюсами получены сварные соединения иэ стали 12ХН2МДФ толщиной 40 мм с применением серийной ни3Koлегированной проволоки Св10ГНМДТА диаметром 4 мм, Режим сварки: Ic-в =500- 600 Л, Цд 26-32 В, Чс .=-22 м/ч. Ток постоянный обратной полярности. Результаты химического анализа и механические характеристики металла швов и сварных соединений, выполненных под двенадцатью вариантами предлагаемого флюса, приведены в табл. 2 и 3. В табл. 3 приведены также содержание диффузионного водорода в металла шва (по спиртовой пробе), а также оценка формирования металла многопроходных швов и отделимости шлаковой корки при сварке первого прохода в глубокой разделке. Как видно иэ данных, приведенных в табл. 1-3, флюс обеспечивает требуемые механические характеристики металла швов (ан 62,5 Дж/см и гтт > 600 Н/мм ), содержание диффузионного водо2 рода в металле шва не более 1 см (100 г (по 3 спиртовой пробе) и хорошее формирование металла многопроходных швов при легкой отделимости шлаковой корки. Керамический флюс должен найти широкое применение для сварки металлоконструкций, изготавливаемых из высокопрочных сталей типа 12ХМ2МДФ, эксплуатирующихся в условиях низких температур, позволит заменить дорогостоящую высоколегированную аустенитную проволоку более дешевой низколегированной проволокой, что даст значительный экономический эффект. Формула изобретения Керамический флюс для сварки низколегированных высокопрочных сталей, соде ржа щий обожженный м;п ц тит 5 компонент, содержащий не менее 95 иА120з, волластонит, марганец, силикат натрия, ферротитан, ферробор, отличающийся тем, что, с целью повышения хладостойкости и предела текучести металла шва, 10 а также снижения содержания в нем диффузионного водорода при сохранении высоких сварочно-технологических свойств флюса, он дополнительно содержит синтетический шлак, состоящий из двух третей CaFz и од15 ной трети А!20э, мрамор, фторид бария и гематит при следующем соотношении компонентов, мас. 7ь: Обожженный магнезит 23,0-25,6 Синтетический шлак 34,0-38,0 20 Компонент, содержагций не менее 957. а Л120з 15,0-17,0 Волластонит 4,2- 7,7 Мрамор 1,9-3,6 Фторид бария 2,4 -3.1 25 Гематит 0,5- 0,6 Ферротитан 0,5-1,3 Ферробор 0,1-0,2 Марганец 1,4- 1,8 Силикат натрия 7,7- 8,7 30 при этом соотношение суммарного содержания магнезита, двух третей шлака и половины волластонита к суммарному содержанию А!рОз, одной трети шлака. половины волластонита и двух третей силика 35 та натрия выбрано в пределах 1,30 — 1,45, а отношение титана к бору выбрано в пределах 11,2 -30.1. 1706818.r> Г "Ъ in г4 (ГЪ вЂ” ГГ ri т 4 Ъ 1 (I i и 14 ъ ЪЪ % и 4> 1I (т О ( и Р (Ъ.Ъ Сз Lr i .Ф (4 л л (4 .О (п сз з (ГЛ с> с 4 Г Ъ Ъ сз r4 м ГГ 1 (4 Г4 (ЪЪ 1.Т (Ъ 4l Ю (Т> г.з Ю - I ГI О in (Ъ (Ю f 4 3 Г-НЪ СО г4 -ъг Cf3 (4 Г iC.ъ сз > (ГЪ гз (rn (ГЗЪ Г 4 ( 4> (ГЪ м Г4 съ Π— .О Г . г4 (4 -Ю Ю т Г З Г 4 -м О Ю .О (Г-ССЗ ° И СГЪ с> Ю г4.-1 -n .о Ю о ГЗ.т Г.4 ГС 3 (Ю оз с.з.о С> Г4 Ю -м иъ - (Гъ с 3 оэ Г Ъ СГ Ю (ГЪ СГЪ - in ° o — in Г4 ° О м ГЪ О (4 съ С> ъо (Ъ.о г ъ in с> (.ГЪ съ Г Съ ст Гз ЪZ ГЮ 1> ° G э с т о аз 1> 9 т 1> Z а I (и (м 1(4 б 1 (4(с> I(! 1— 1 б(б л Д(Г.зс((( (4 l 1 „,, Ъх аъ с. 1 j 7 и ъ Въ т т ъ 1> Iаъ O с т О (Ъ Ю гз % а t4I Ц о ..: u (vs.Г, Z о аз 1 1и a" 4> с г, Ъ(ъ С; иъ о СГ(ГО ъ ж а ( (Ю lC Z а Ъf(> Z.л ICI Ъъ Ъо а С1 1( е т ъ ЬС> ь С1 о бсб Ц Ъ «з l а f(4 z о т Ь. а 1> ЪФз Z ь с L> о С1 а 1> ЪЭ i1 т I I I 1 1 1 1 1 I 1 1 I I (4 I 1 I ° — 1 I 1 1 1 1 ..— 4 I 1 1 1 1 1 1 1 1 I I . 1 1 1 1 1 I 1 I 1 — .— — ° I I I I 1 Г4 1 1 1 1 I Ю 1 (Ю м 1 1 1 1 1 — ---б I 1 1 I 1 1 1 1 I СЗ 1 1 I 1 I СТ\ I г 1 I 1 Г 4 1 1 1 1 1.— ..-4 1 1 I 1 I I I I I 1 I с:ъ 1 1 ГЮ 1 1 1 Г(1 1 I 1 4 1 I 1 1 . I 1 I 1 Г I I 1 1 1 I 1 I 1 1 (I 1 1> 1 I 1 (ЗЪ I I 1 «З 1 I Ъ- 1 1 i> 1 1 У> и 1 I iI 1 1 1 I Ю 1 Г4 1 (П 1 I 1 1 1 1 1 1 ъг I 1 I I 1 и 1 1> 1 I (г n 1 1 1 . 4 1 1 I I (П 1 . — 1 о I 1 Ъ- 1 1 т .п 1 1((1 L I Y I ИЪ 1 О 1 Г4 с I О 1 I 1 Х 1 1 I 1 I Гъ I 1> 1 I I Z 1 г ъ 1 Z 1 сч 1 f!> 1 1 % 1 . 4 а 1 аз 1 I 1 Гт 1 1 о сз 1 (O 1 1 Г.з 1 (ГЪ 1 I 1 с4 1 1 1 I 1 - - 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 in I 1 1 1 1 1 г \ 1 I (4 1 1 I 1 1 I 1 о 1 т 1 Ъ- 1 о 1 I 1 к I т 1 1 I т 1 1 1 I 1 1 I 1 1 I 1 1 1 1 I 1 I 1 I 1 I I 1 1 1 1 I 1 1 1 I 1 1 I 1 1 1 I 1 I 1 1 1 1 I I I I I l I (Гъ -т о in r4 ГЪ - Ъ Ю .o r- l A (и ° in ..З г(с> Ю 1 ° I Ъ 1 1 О 1 1 g 1 1 1 (ТЗ 1 I з 1 1 I с> (Г Ъ I I С1 1 1 ГЗ 1 1 м 1 Г 1 Ю I 1 r 4 1 1 I стъ 1 I г 4 1 1 (1 1 ю 1 (4 1 1 I1.О 1 1 1 I! 1 I I 1 1 I rII .> Г(Ч а ,з Ъ ICI Z (з гз гZ бт и р? о аз гт о li аъ p n Ъ 1? аз ((з о х и с 1> т Iпз 04 С4 14 сб о т о т 4> аз Z I(Ф аз М ю СЪ Ъа(с ц о о и и о щ Z Z г(4 о а м с х т с т (> и 1706818 Т а б л н ц а 2 Сос таа Содераание эгпментов а металле ваа, Ф 0,004 0,005 0,005 0,ОО5 0,003 0,004 0,003 0,003 0,007 0,002 0,002 Т а б п м ч ° 3 6 °, Н/нмт 6Х, \ 6,, Н/Н!на Оценка фпрннро ° Линк (лепик ннп Л"Ф фу тногн ого водо ОтдепиНа пичне травин ° не т алле Состав ° « Oa/taX при -60 С иост « ° лакоаод коокн ав ° ааа рода, гит/!Оог Хорофее 7Ь-102 -вв-,о 808 765 1 рва!ин не т 0,9 Пег«фа 65-BО 10,В В!! 173 2,0 То as Тп ке To at 809 762 21 0,9 806 760 22 lреаин не г 1,0 Тlа гмвк Хоро«ее 690 810 6Ь 0,8 Тп «е Tn as То at S01 7ЬЬ Ь4 62 700 195 0,9 680 800 58! 0,9 81 0 2,4 770! Затрудн. Удоал. 830 790 Z,5 Треанна ° кратере Легкаа Удовл. SZO 770 60 0,1 За т руди . 1 редин не т 630 0,6 791 Тре!анн нет Ппо«ое Затрудм. П р м н t ч ° н и а. а„- ° u«cf««Ttflt и«ннап«нн«и мл«сннап ° «as XH«cl ик, ° знаменателе - гр«днев! ««т, v н солар«тине водорода, прмведенм средине значению ма трек определений Составитель Т. Арест Редактор С. Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская Заказ 229 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательскими комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 2 4 6 8 ll 0,06 0,16 1,40 о,о7 0,26 1,30 0,06 0,20 0,30 О 06 О 16 l 35 О,ОЬ 0 15 1,42 0,01 0,17 1,35 О 06 О 16 1 30 0,07 0,20 1,35 0,07 О, 19 1, 40 0,06 0,27 1,50 O,ОЬ O,ll 1,65 0,07 О,ll 0,8 62-f4 62,5-! 14 90,4 BO-1О2 9I,C 74-Ро B3.о Д-Я В1,2 64-74 69,3 Р7-70 42,9 60-67 В3,2 60-115 94 .В 60-69 Ц,1 0,21 0,2Ь 0,28 0,28 0,26 0,30 0,24 0,28 0i24 0,30 0,22 0,23 1,42 l,35 1,50 1,49 1,36 I,53 1,40 1,50 1,40 1,29 1,38 !. 31 0,29 0,62 0,30 0,65 0,30 0,60 0,28 0,65 0,29 0,65 0,28 0,6! О,ZS 0,63 0,28 O,Ь! 0,29 0,60 0.29 O,Ь2 0,30 О,63 0,29 0,65 O,010 0,040 0,010 0,015 0,010 0,020 0,025 0,030 0,005 0,040 0,030 0,040 0,013 0,016 0,015 0,012 0,0!3 0,012 0,016 0,015 0,014 0,016 0,014 Oi017 0,019 0,021 0,019 0,021 0,020 0,020 0,0!7 0,021 0,020 0,020 0,019 0,020
