Плавленый флюс для сварки и наплавки низколегированных сталей

 

Использование - производство фторидно-оксидных флюсов, предназначенных для наплавки сосудов большой емкости, подвергающихся тепловым и знакопеременным нагрузкам. В новом флюсе отношение суммы содержаний оксидов хрома и кремния к содержанию оксида кальция составляет 1,1 - 2,2. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид кремния 20 - 25; оксид титана 3-10; оксид марганца 7 - 13; оксид кальция 13 - 18; оксид алюминия 13 - 18; оксид хрома 0,3 - 4,0; фторид кальция 20 - 30; оксид железа 0,4 - 0,9; сера 0,005 - 0,01; фосфор 0,005 - 0,01. Зтабл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4897501/08 (22) 01.10,90 (46) 15.08.92. Бюл.№30 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) B.Ï.Êàíäûáêà, Ю.M.Æóðàâëåâ и

Л.А.Черных (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 703276, кл. В 23 К.35/362, 1979.

Подгаецкий В.В; и др, Сварочные флюсы, Киев, Техника, с.105.

Патент Франции

¹ 2207779, кл. В 23 К 35/36, 1974.

Патент Польши

¹ 6622998866, кл. В 23 К 35/36, 1971.

Патент Франции

¹ 2255992; кл, В 23 К 35/36, 1975.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству флюсов. . B настоящее время уделяется особое внимание качеству металла наплавленных швов, получаемых при наплавке узлов атомного машиностроения и сосудов большой емкости, подвергающихся тепловым и энакопеременным нагрузкам.

Известен состав сварочного флюса, содержащий,мас. : оксид кремния 15 — 21, оксид кальция 14 — 20, оксида марганца 2—

5, фтористый кальций 16 — 23, оксид алюминия 21 — 28, оксид магния 7 — 11; оксид железа 1 — 4,5; серы 0,2; фосфора 40,2.

Недостатками флюса являются низкое качество наплавленного шва, а также недостаточно хорошая отделимость шлаковой корки, Это связано с повышенным угаром при наплавке таких легирующих элементов, как. Ж 1754378 А1

2 (54) ПЛАВЛЕНЫЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ И

НАПЛАВКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (57) Использование — производство фторидно-оксидных флюсов, предназначенных для наплавки сосудов большой емкости, подвергающихся тепловым и энакопеременным нагрузкам. В новом флюсе отношение суммы содержаний оксидов хрома и крем.ния к содержанию оксида кальция составляет 1,1 — 2,2. Флюс содержит компоненты 8 следующем соотношении, мас, : оксид кремния 20 — 25; оксид титана 3 — 10; оксид марганца 7 — 13; оксид кальция 13 — 18; оксид алюминия 13 .— 18; оксид хрома 0,3—

4,0; фторид кальция 20 — 30; оксид железа

0,4 — 0,9; сера 0;005 — 0,01; фосфор 0,005—

0,01. 3 табл. хром, кремний, марганец. а также повышен- Я ным содержанием серы, фосфора (0,2 ) и водорода, что приводит к снижению механических свойств при низких и высоких тем- в пературах.

Известен целый. ряд флюсов, которые (Л однако не обеспечивают требуемого комп- д лекса необходимых свойств.

Известен также флюс, имеющий следу- . ющий состав, мас, ;

Оксид кремния 10 — 18 О

Оксид марганца 0 — 3

Оксид кальция 1 — 8

Оксид алюминия 15 — 25

Оксид хрома . - 0 — 1

Оксид титана До 8

Фтористый кальций 15 — 28

Оксид железа 0,1 — 2

Сера и фосфор неизбежные примеси

Укаэанный флюс при наплавке низколеги1754378 рованных сталей не позволяет снижать концентрацию серы, фосфора, водорода в ме-. талле. При наплавке наблюдается окисление высокоактивных компонентов стали (Cr, Мо, V). Увеличение содержания

AlzOa во флюсе хоть и привело к стабилизации горения дуги, однако наблюдалась mioхая отделимость шлаковой корки от сварного шва. При работе установок в интервале температур 500 - 550 С снижается ресурс работы эа счет снижения ударной вязкости наплавленного металла.

Таким образом указанный флюс не позволяет использовать его для автоматической наплавки низколегированных сталей из-за невозможности снизить угар легирующих высокоактивных элементов, увеличить ресурс работы агрегатов, улучшйть" бгделимость шлака от поверхности металла и сплавляемых кромок, что требует значительных затрат ручного труда прй наплавке ответственных изделий, в частности, в атомном машиностроении. Все перечисленные факты отрицательйо сказываются на качестве и свойствах нэплавлейного металла резко падает ударная вязкость металла, временное сопротйвление разрыву и относительное удлинение; снижается устойчивость к трещинообразованию при низких и высоких температурах.

Цель изобретения — улучшение качества наплавленного металла и отделимости шлаковой корки от поверхности Сплавляемйх кромок.

Указанная цель достигается следующим соотношением компонентов в составе флюса, мас.%;

Оксид кремния 20 — 25

Оксид тйтана 3 — 10

Оксид марганца 7 — 13

Оксид кальция 13 — 18

Оксид алюминия, 13 — 18

Оксид хрома 0,3 — 4

Фторид кальция 20 — 30

Оксид железа 0,4 — 0,9

Сера 0,005 — 0,01

Фосфор . 0,005 — 0,01 при этом отношение суммы содержаний оксида кремния, хрома к содержанию оксида кальция взято в пределах 1,1 — 2,2, Наличие оксидов хрома, титана и железа позволяет снизить угар легирующих элементов, стабилизйровать.горение дуги при наплавке, улучшить отделимость шлаковой корки от наплавленного металла, увеличить рабочий ресурс установки;

Введение в флюс оксида кремния 25% приводит к увеличению активности SION, в результате чего при сварке интенсивно протекают реакции: (Я02) + (Sl) « - 2 (SIQ) (1) (пМпО mSIOg)+ х(ЯЦ =2х(Мп)+

+(n - 2x)MnO.(m + x)SlO2. (2)

Их результатом является снижение кремния и увеличение марганца в нэплавленном металле. Содержание SION в флюсе менее 20% вызывает уменьшение Sl в металле, что объясняется нарушением термодинамического равновесия (SION)/(Sl) . Содержание оксида марганца менее 1% приводит к снижению марганца в наплавленном металле, а более 13 — увеличению

10 активности МпО, за счет чего получает развитие реакция

15 2(МпО) 2(Мп)+ 2(O), (3) Последняя, образуя. металлический марганец, приводит к увеличению концентрации Мп в металле, чем ухудшает его сопротивляемость тепловому охрупчиванию.

Введение оксида титана более 10% приводит к тугоплавкости флюса, что нарушает

20 электрический режим наплэвки, а менее 3% — ухудшает формирование нэплавленного металла и приводит к образованию надры25 вов на их поверхности.

Содержание оксида кальция менее 13 не позволяет получать высокие поверхностные натяжения между. остывающим шлаком и металлом, в результате чего шлак удаляет30 ся вручйую. Флюс, содержащий СаО более

18%, увеличивает его влагопоглощение, чтоповышает концентрацию водорода в металле

Введенйе оксида алюминия менее 13% . значительно ухудшает стабильность горения дуги при наплавке. Увеличение концен35 трации AlzOa более 18% повышает вязкость

Содержание оксида хрома менее 0,3 приводит к окислению хрома в металле, концентрация СггОз более 4% способствует образованию соединений типа Сг20з.А!20з, 45 что затрудняет отделимость шлаковой корки от металла и увеличивает тугоплавкость флюса

50 Флюс, содержащий CaFz менее 20%. имеет повышенную вязкость, что ухудшает его технологические свойства, в частности, удаление серы. Концентрация в флюсе фтористого кальция более 30% значительно снижает: вязкость и увеличивает электропроводность флюса, что требует дополнительного расхода электроэнергии.

Содержание FeO более 0,9 увеличивает угар легирующих компонентов металла, а флюса, что снижает его рафинирующую спо40 собность, в частности уменьшает степень удаления цветных металлов.

1754378 менее 0,4% ухудшает отделимость шлаковой корки от металла.

Наличие серы и фосфора более 0,01 вызывает ухудшение механических свойств металла при высоких и низких температу- 5 рах, а ниже 0,005% ухудшает свойства металла (ударная вязкость) при тепловых нагрузках.

При отношении SION+ CrzO /СаО < 1,1 наблюдается ухудшение рафинирующих 10 свойств флюса и ухудшается отделимость шлаковой корки от сварного швэ. Кроме того, наблюдается нестабильность горения дуги. При значении отношения SiOz +

СрОз/СаО > 2,2 увеличивается окислитель- 15 ный потенциал флюса, что приводит.к окислению высокоактивных элементов.

Последнее ухудшает механические свойства наплавленного металла при знакопере- менных нагрузках. 20

В идентичных лабораторных условиях был проведен сопоставительный анализ химического состава и механических свойств наплавленного металла, полученных с использованием. предлагаемого и флюса — 25 прототипа, Флюсы приготавливали путем смешивания и сплавления в флюсоплавильной печи предварительно взвешенных компонентов в количестве, требуемом для 30 получения их в соответствии с предлагаемым и известным соотношением комйонейтов, Химический состав флюсов представлен в табл.1.

Полученные флюсы использовали для 35 наплавки стали 15Х2МФА в лабораторных условиях. Наплавку проводили электродом марки Св-10ХМФТУ в автоматическом режиме под слоем флюса нэ установке АДС1000-4. Металл подвергался химическому 40 анализу и испытаниям механических свойств.

Результаты анализа химического соста. ва металла и его механических свойств приведен в табл.2 и 3 и свидетельствуют о том, 45 . что использование флюса предлагаемогосостава позволяет уменьшить угар легирующих элементов, содержание серы и . фосфора, улучшить механические свойства, в частности, увеличить временное сопро- 50 тивление разрыву (о ) и ударную вязкость (аю5), а также обеспечить полную отделимость шлаковой коркй от наплавлен ного металла и свариваемых кромок (см. табл.2 и 3).

Таким образом, .результаты испытаний предлагаемого флюса показали, что его использование при наплавке и сварке стали

15Х2МФА, обеспечивает снижение угара легирующих элементов: марганца на 0,15—

0,24% (абс.); хрома 0,57 — 1,0% (абс.); молибдена 0,24 — 0,30% (абс.); ванадия 0,03—

0,07% (абс.); уменьшения содержания серы на 0,009 — 0,011% (абс.), что способствует улучшению механических свойств, в частности, увеличивает временное сопротивление разрыву, ударную вязкость. Последнее увеличивает срок службы агрегатов атомного машиностроения. При этом снижаются затраты ручного труда по удалению шлаковой корки из поверхности наплавленного металла сплавляемых и кромок, Формула изобретения

Плавленый флюс для сварки и наплавки низколегированных сталей, содержащий оксиды кремния, марганца, кальция, алюминия, хрома, титана, железа, фторид кальция, а также серу и фосфор, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения качества наплэвленного металла и улучшения отделимости шлаковой корки при сварке сосудов большой емкости, подвергающихся тепловым и знакопеременным нагрузкам, флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Оксид кремния 20 — 25

Оксид титана 3 — 10

Оксид марганца . 7 — 13

Оксид кальция, 13 — 18

Оксид алюминия 13 — 18

Оксид хрома 0,3 — 4,0

Фторид кальция 20 — 30

Оксид железа 0,4 — 0,9

Сера 0,005 — 0,01

Фосфор 0,005 — 0,01 при этом отношение суммы содержаний оксидов кремния и хрома к содержанию оксида кальция составляет 1,1 — 2,2.

1754378

Таблица 1

Содержание компонентов, мас 2

» ° > «

ItnO А1еов Ст Пв СВРе РаеОа

Вариант

SiO + Ст оа а0

Саб

S Р

» «» «е

««В»»

18,0 1,0

20,0 10,0

22,5, 6,5

25,0 3,0

25,0 8,58

27,0 . 12,0

3

5

Табли „» 2

» «»»»» «» «»»

Сояержание компонентов, масА т ° » ««» >» \» «»««««»»4»»««\\ ° »»««\

S ) Р Ст ) Cu (Во (V ate

ы «» а««»а

0;016 0,018 I 46 0,06 0,34 О, 08 Остальное

0,007 0>007 1,71 0,05 0,42 0,1. 0 ° 008 0,006 2,24 0,05 0 ° 58 О,!4

0,005 0,008 1,92 0>04 0,50 0,12

0,017 0,013 1,6 0,06 0,32 0,07

0 018 0,014 1>4 0 04 0 33 0,08

0,016 0,014 1,24 0,07 0,28 . 0,07

««»

Вариант (Мл

«»» г 0,21

0,23

0,45

0,51

0,12

Т а б л и а

Вариант

Ви механических испытаний

t l i i i > i i t i I i i i «t r t st i 1 °

I!

Ми «J « (3,, МПа 1.>О > МПа О Ф III Ф «iS кдж/ма

Составитель Т.Арест

Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько

Редактор А.Дол инич

Заказ 2850 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

6

0,.1

О, 07

0 05

0,04

0,08

Oi07

0,04

0,74

0,80

О,89

0,82

1,16

1,14

0,65

5,0

7,0

13,0

10,0

10,0 !

5,0 I

3

5

20,0

18i0

15,5

13 5

I4iO

11,0

538

11>0 О>!

13,785. 0,3

15,5 2, 15

18,0 4,0

l8,0 4,0

20,0, 5;0

423

398

418

43 86

30,0

24,19

25,6

20,0

9,7Э4

29

28

16

1,0

0,9

0,65

0,885

0,4

0,2

49

64

68

0,02 0,02

0,0075 0>0075

0,005 0,005

0,007 0,008

0,01 0,01

0,003 0>003

656

8ЭО

670

Oi9

1,1

1,6

2,2

2,1

2 9