Электродное покрытие

 

Использование: покрытия электродов для ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого сечения из высокопрочных сталей с последующей высокотемпературной обработкой. Сущность: электродное покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: плавиковый шпат 20-25; рутиловый концентрат 5-10; ферротитан 4-6; ферросилиций 5-12; феррованадий 0,3-0,9; графит 0,4-0,6; хррм 3,6- 6,0; ферромолибден 1,2-2,2; никель 4,5-6,5: марганец 1.2-2,5; поташ 0,5-2,0; железный порошок 8-12; мрамор остальное, Графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1:(0,75-1,5):(3,0-4,2), а ферротитаи и ферросилиций - в соотношении 1 :(1,25-2,5). Введение графита, феррованадия и марганца в заданном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его высокотемпературной термической обработки. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4875113/08 (22) 18.10.90 (46) 23.08.92. 6еп. М 31 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения (72) А. Б. Геллер, М. Б. Рощин и Э. Ю, Колпи- . шон (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1586886, кл. В 23 К 35/365. 1988.

2. Авторское свидетельство СССР

М 603543, кл, В 23 К 35/365, 1876. (54) ЭЛЕКТРОДНОЕ ПОКРЫТИЕ (57) Использование: покрытия электродов для ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого сечения иэ высокопрочных сталей с последующей

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к покрытиям электродов для ручной дуговой сварки и ремонтной заварки дефектов деталей большого (от 1 до 2 м) сечения из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, обеспечивающей получение механических свойств наплавленного металла, близких к механическим свойствам основного металла высокопрочной стали.

При создании таких сварочных материалов (покрытия электродов) должны быть выполнены два основных условия: обеспечение технологической и эксплуатационной прочноСти наплавленного металла и прока Ы,„, 1756081 Al высокотемпературной обработкой. Сущность: электродное покрытие содержит следующие компоненты, мас,Q: плавиковый шпат 20 — 25; рутиловый концентрат 5-10; ферротитан 4-6; ферросилиций 5-12; феррованадий 0,3 — 0,9; графит 0,4-0,6; хром 3,66,0; ферромолибден 1,2 — 2,2; никель 4,5 — 6,5: марганец 1,2 — 2,5; поташ 0,5 — 2,0; железный порошок 8-12; мрамор остальное. Графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1;(0,75 — 1,5):(3,0-4,2), а ферротитан и ферросилиций — в соотношении 1:(1,25 — 2,5).

Введение графита, феррованадия и марганца в заданном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его высокотемпературной термической обработки. 3 табл. ливаемости на бейнит для получения механических свойств на уровне их значений для основного металла деталей сечением до 2 Ч

Известно электродное покрытие для сварки, которое содержит, мас. :

Плавиковый шпат 18-22

Песок кварцевый 5-7

Ферротитан 5 — 7

Ферромарганец 0,5-2.0

Ферросилиций . 3,0 — 5,5

Никелевый порошок . 1,5-2,5

Железный порошок 3-6

Поташ 0,5 — 1,5

Мрамор Остальное

1756081

Металл, наплавленный предлагаемыми электродами, обеспечивает после закалки и высокого отпуска следующие механические свойства; временное сопротивление разрыву 539 МПа, предел текучести 343 МПа, 5 относительное удлинение 16 (, ударная вязкость 49 Дж/см .

Однако недостаточно высокие механические свойства металла, наплавленного электродами с указанным покрытием, явля- 10 ются результатом недостаточной прокаливаемости вследствие низкого содержания в нем элементов, повышающих устойчивость аустенита при охлаждении с температурой выше Асз: углерода (0,07 — 0,13 мас.$) и никеля (1,3 — 1,9 мас,$). Из-эа низкой прокали- 15 ваемости металла, наплавленного этими электродами, при охлаждении происходит диффузионный распад аустенитэ с выделением структурно свободного феррита, что приводит к снижению прочностных характеристик и ударной вязкости, к повышению 20 перехода температуры хрупкости наплавленного металла.

Наиболее близким к предлагаемому является электродное покрытие, содержащее, мас о . 25

Плавиковый шпет 15 — 25

Рутил 5-10

Ферромарганец 1 — 4

Ферросилиций 2 — 5

Ферротитан 6 — 12 30

Ферромолибден 3-8

Феррованадий 2 — 4

Ферро ниобий 0,3-1,0

Алюминиевый порошок 1-3

Храм металлический 6-14 35

Никель металлический 4-8

Сода кальцинированная 0,5- t,0

Целлюлоза 1-4

Графит 0,3-1,5

Мрамор Остальное 40 которое обеспечивает высокую (140-180 кгс/мм ) прочность металла шва (наплавленного металла).

Недостатком известного покрытия является неудовлетворительное качество ме- 45 талла шва вследствие низкого уровня пластических свойств, получаемых в результате изменения морфологии и состава образующихся в металле шва неметаллических включений. Неблагоприятное соотношение 50 раскислителей — ферросилиция и ферротитэна (0,17-0,83) — приводит к образованию сложных титансодержащих оксидных включений и повышенному содержанию растворенного и металле шва титана, 55 отрицательно влияющих на пластичность, ударную вязкость и технологическую прочность металла шва. Присутствующая в составе покрытия целлюлозы — активный поставщик диффузионноподвижного водорода — повышает опасность образования флокенов в металле шва, имеющего структуру нижнего бейнита или мартенсита.

Прокаливаемость металла шва снижает также присутствие в указанных пределах таких сильных карбидообразователей, как хром и ниобий, Кроме того, большое содержание ниобия (до 0,2-0.3 мас.ф,) в сочетании с

0,15-0,20 мас.$ углерода создает опасность образования трещин в металле шва при отпуске для снятия сварочных напряженийй.

Целью изобретения является повышение технологической и эксплуатационной прочности металла, наплавленного при ремонтной заварке дефектов деталей большого (от 1 до 2 м) сечения из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, включающей аустенизацию и высокий отпуск, нэ уровне свойств основного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в состав покрытия электродов для ручной дуговой сварки, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, ферротитан, ферросилиций, феррованадий, графит . хром, ферромолибден, никель, марганец и пластификатор, дополнительно введен железный порошок, в качестве пластификатора — поташ при следующем соотношении компонентов, мас. :

Плавиковый шпат 20-25

Рутиловый концентрат 5-10

Ферротйтан 4-6

Ферросилиций 5-12

Феррованадий 0,3-0Я

Графит 0,4-0,6

Хром 3,6-6,0

Ферромолибден 1,2-2,2

Никель 4,5-6,5

Марганец 1,2-2,5

Поташ 0,5-2.0

Железный порошок 8-12.

Мрамор Остальное при этом графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1:(0,75-1,50) (3,0-4,2). а ферротитан и ферросилиций в соотношениии 1:(1,25-2,0).

Мрамор обеспечивает необходимое для защиты расплавленной сварочной ванны от атмосферы воздуха количество газовой смеси С02+ СО, образующейся при диссоциэции мрамора. Кроме того, оксид кальция, остающийся как продукт диссоциэции мрамора в шлаковой фазе. образует в совокупности с другими. шлакообрэзующими

1756081

35

40 ванне, образования оксидов в процессе 45 сварки и отшлаковки последних. Когда указанное соотношение > 2,0, в металле шва появляется значительное количество сложных титансодержащих неметаллических

50 компонентами легкоотделимую шлаковую корку.

Введение в заявляемых пределах плавикового шпата обеспечивает необходимую жидкотекучесть шлака. что способствует удовлетворительному формированию валика сварного шва во всех пространственнйх положениях. Снижение уровня содержания плавикового шпата в составе прецложенного покрытия ухудшает формирование валйка сварного шва. Повышение этого уровня приводит к ухудшению сварочно-технологических свойств электродов при сварке в вертикальном и потолочном положениях вследствие повышенной жидкотекучести шлака.

Ру,.иловый концентрат введен в состав электродного покрытия в заданных пределах для обеспечения сва рочно-технологических свойств электродов в части обеспечения улучшенной отделимости шлаковой корки, Ферротитан и ферросилиций введены в покрытие в качестве раскислителей наплавляемого металла. Указанные компоненты снижают содержание кислорода в наплавленном металле, что приводит к повышению значений ударной вязкости. Снижение количества вводимых раскислителей ниже указанных пределов приводит к повышению содержания растворенного в металле кислорода и, следовательно; к снижению значений ударной вязкости. Увеличение количества вводимых раскислителей выше указанных пределов приводит к увеличению содержания экзогенных включений на их основе, что снижает механические характеристики металла шва (наплавленного металла). При . этом ферротитан и ферросилиций взяты в соотношении

1:(1,25 — 2,0), что обеспечивает наилучшее соотношение этих раскислителей с точки зрения связывания кислорода в сварочной включений, наличие которых снижает механические свойства металла шва (наплавленного металла). При значениях указанного соотношения < 1,25 в металле шва увеличивается количество растворенного кислорода вследствие несбалансированности вводимых раскислителей, что наряду со Снижением значений ударной вязкости повышает вероятность образования пор в наплавленном металле, вызываемого наличием растворенного в нем азоте.

Хром в указанных пределах в сочетании с более высоким по сравнению с прототипом и аналогом содержанием никеля обеспечивает глубокую прокаливаемость металла шва на бейнит при закалке в процессе сварки (наплавки) крупногабаритных изделий сечением от 1 до 2 м.

Введение молибдена в виде ферромолибдена в указанных пределах обеспе ивает подавление отпускной хрупкости наплавленного металла при сварке (наплавке) изделий большого сечения, требующих по существующим технологиям их сварки медленного охлаждеййя.

Содержание марганца металлического в составе покрытия электрода в указанных пределах обеспечивает повышение стойкости наплавленного металла к образованию горячих трещин за счет связывания серы в термодинамически устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца, которые частично отшлаковываются в процессе сварки (наплавки), частично остаются (меньшая их часть) в наплавленном металле в виде компактных включений, что предотвращает протекание ликвацйойных процессов, являющихся источником образования горячих трещин, Введение графита, феррованадия и марганца в предложенных пределах и в заданном соотношении способствует повышению трещиностойкости металла сварного шва после его термической обработки при высоких температурах. Превышение заданных соотношений (1:1,5:4,2) указанных компонентов покрытия электрода в заданных пределах прйводит к образованию трещин в металле сварного шва (наплавленного металла) особенно после высокотемпературнбй" термообработки.

Снижение содержания этих компонентов ниже заданных пределов приводит к снижению уровня прочностных свойств металла шва ниже значений, необходимых для надежной эксплуатации свариваемого оборудования. Снижение же соотношения в покрытии электрода между графитом, феррованадием и марганцем ниже 1:0,75 — 3,0 приводит к снижению значений относительного удлинения вследствие повышения диффузионной подвижности углерода (увеличение количества несвязанного в карбиды углерода) в наплавленном металле и соответственно охрупчиванию границ зерен.

Увеличение содержания углерода до

0,17ь и никеля до 2,75;(, в металле шва за счет введения графита и никеля в заявляемых пределах позволяет повысить устойчивость аустенита при охлаждении с температурой выше Асз, что приводит к по1756081 вышению гарантированного предела прочности до значений > 700 МПа и ударной вязкости — до значений > 150 МДж/м, В табл. 1 представлены предлагаемые составы покрытий электродов, в табл, 2 — 5 химический состав наплавленного им металла, в табл, 3 — технологические (трещиностойкость и ри кристаллизации) и механические свойства наплавленного металла (металла шва) после закалки с темпе- 10 ратуры 870 — 880 С через воду в масло и отпуск 200 ч при 630-640 С.

Образцы для механических испытаний изготовлены стандартные по ГОСТ.

Сварку проводят постоянным током об- 15 ратной полярности. Ток 140 — 150 А, напряжение на дуге 24+1 В.

Состав 1 — состав электродного покрытия, наносимый на стержень из проволоки

Св-10ГН1МА, соответствует электродному 20 известному покрытию (1), состав 2 — соответствует известному покрытию. (2), состав

3-5 — составы покрытий в предлагаемых пределах и соотношениях, состав 6 и 7— запредельные составы покрытий при пред- 25 лагаемых соотношениях компонентов, составы 8 — 11 — составы электродных покрытий, в которых углерод, феррованадий и марганец, а также ферротитан и ферросилиций взяты вне предлагаемых 30 соотношений, Анализ полученных результатов позволяет сказать, что составы 3-5 обеспечивают получение металла шва (наплавленного металла) с такими прочностными и пластиче- 35 скими свойствами, которые позволяют повысить технологическую и эксплуатационную прочность металла шва при сварке изделий большого (1-2 м) сечения, по сравнению с составами прототипа и аналога, 40

Составы 6-7 показывают, что изменение пределов содержания компонентов покрытия или изменение соотношения между ними приводит к снижению механических свойств металла шва (наплавленного металла), к снижению его технологической прочности.

Формула изобретения

Электродное покрытие для сварки и наплавки высокопрочных сталей, содержащее мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, ферротитан, ферросилиций, феррованадий, графит, хром, ферромолибден, никель, марганец и пластификатор, о т л и ча ю щ е е с я тем, что, с целью повышения технологической и эксплуатационной прочности металла при заварке дефектов деталей, подвергаемых последующей высокотемпературной обработке, покрытие дополнительно содержит железный порошок, а в качестве пластификатора — поташ, при следующем соотношении компонентов, мас, ь:

Плавиковый шпат .. 20 — 25

Рутиловый концентрат 5 — 10

Ферротитан 4 — 6

Ферросилиций 5 — 12

Феррованадий 0,3-0,9

Графит 0,4 — 0,6

Хром 3,6-6,0

Ферромолибден 1,2 — 2,2

Никель 4,5 — 6,5

Марганец 1,2-2,5

Поташ 0,5 — 2,0

Железный порошок 8 — 12

Мрамор Остальное при этом графит, феррованадий и марганец взяты в соотношении 1:(0,5 — 1,5);(3,0-4,2), а ферротитан и ферросилиций в соотношении

1:(1,25-2,0).

1756081

1аблица

Содерцачмв, мас.t„ в составе

t "-- — т Т" Т"-1

2 ) 3 1 4 ) 5

8квзатели

6 1 7 !

29,8

Коипоненти состава:

31>0

29,7 35,1

22 22

29,1

30,8 29,8

25 22 !

О 7

31 3 29,2

26 19

11 4

56,0

27,0

20

0,8

2,5 9,3

Э,О 6,5

13 О

D,2 1,9

1,9

Ь,о

12,0

0,6

l>0

5 0

5,0

0,6

1,0

5,0

10,0

0,3

1,0

5,0

2,0 t,0

4,0 5,0

5 ° 0 10,0

03 06

9,5

6,9

12,0

0 ° 9

3,5

2>5

5,6

0,9

t 0i 0

0,8

1,2 1,6

04 0,5

l,2 2,0

},6 4,6

2,5 ..

0,8

3,2

6 5

1,6

0,5

2,0

4,6

1,6

0,5

2,2

4;6

OiS

0,2

0,S

3,0

1,6

О>5

1,Ь

4,6

1,6

0 5

2,0

4,6

2,2 ,0,6

2 5

6,9

0,7

7,9

5 6

5,6

5,6 !

5,6 lO

Ь,О. !

6,5

Ь,5 5,6

12 10

Откованна графит:феррованаднд:марганец

1>0,75с 1:1,2т 1;1,5: 1:t:4 l.t,25I 1I0,6: t:1,6: 1>1,2>

30 40 а2 4 28 44 4о

1:1,2>4>0

Отноцени» ферротитан.

Ферросилиций!

:0,6 1:0,4 l:1,25 1:2 1:2 1 1,4 1,2,1:3

1:2 1;2 1;1

> ч

Т О.б л и у а 2

Злеиенти состава

Содеркамие, нас.&, ю составе .

8 9 10 11

Углерод

Кремний

Нарганец

9,112

0,31

D,96

1,74

0,6!

Никель

Нолнбцен

Оанадия

ttNCllOI>OA

Сера цюсфор

0,041

0,011

0,018 е в» е Ъ ч4В 1 iiiii iii9

Таблица 3

> H o o o o vo

Показатель

Значение для состава

2 J 3 J Ь J 5 (6 ) 7 (8 ) 9 J 19 j !!

Склонность к горячки трецинаи, НС 1,57 2 ° 3 2,6 2,8 2 ° 84 2,7

8,5 !3>4 2,6 3 1

3,0

Предел прочности, Мпа

525 750 620 650 700 550 789 660 750 680 650

370 650 479 515 . 550 t>00 670 450 650 520 5!5

Предел текучести, III4>

Относительное удлинение, Ь

17 3 12, l 18, 1 19,3 19,0 14 2 13 5 16 ° l 14>8 12 ° 8 13,7

Ударная вязкость пр» +20 С, Дк/из! 08 54 166 192 . 188 64 78

8S 44 t24 t7S

Фя Вг а>т>Ф >ц Ф чи иранор

nnaev»oav>l впат рутил песок кеарцеяий целлюлоза сода кальцнннроеанная потав

Ферротитан

Ферросилиций

Ферроеанадил

Ферроивбганец лороцок алвиннмя

Ферроиолибдем графит. марганец крои

Феррониобнй никель целеений поровок

9,221

9,17

0,60

3,06

2,52

0,74

0,28

0,048

0,917

0,912

О, 142

0,17

9,49

1,4

2,4t

0,36

0,08

9,04!

0,011

О, 0 14

О,!51

0 29

0,52

l 52

2,61

O>l 4

0>10

0,038

0,812

0 013

0,17

0,37

0,65

1>7

2>75

0,50

Е,12

О,03!

0,012

0,017

О,1!}

0,!3

О. 32 ! >12

2>98

0,2!

0,06

О, 056

0,016

О ° 011

0,205

0,41

0>S1

1,98

3,94

0,73

0,15

0 032

0,014

0,15

9,133

0,25

0,54

f,56

2,37

О,ьа

0,07

0,036

0>013

0,0!6

0,191

0 >27

Ог51

1,58

2 96

O,4S

0 15

0,040

0,013

O>0t7

0,156

0,1!

0,50

1,54

2,65

0,43

0 lt:

0,051

0 012

0,015

0,15!

0,41

0,51

1,53

2,60

0>42

9,11

0,032

0,012

О, 016