Керамический флюс для сварки низколегированных высокопрочных сталей

 

Изобретение относится к сварке, а именно к составам керамических флюсов для сварки низколегированных высокопрочных сталей в сочетании с серийными низколегированными проволоками. Цель изобретения - снижение содержания в металле шва диффузионного водорода при увеличенных сроках хранения флюса, а также улучшение санитарно-гигиенических свойств флюса и повышение технологических свойств флюсовой массы при гранулировании флюса. Флюс содержит, мас.%: мрамор (Мр) 6-10; обожженный магнезит (М) 28-34; компонент, содержащий 95% а- (А) 26-31; а также гематит 0,4-0,9, ферротитан (Т) 1,5-4 и ферробор (Б) 0,1-0.4. В составе флюса должно выдерживаться условие (М + Ф + 0.5 Мр) 0,5А 3,9 - 5.15, Ф/М 2,6 - 5,0, а Т/В 5,62 - 60,0. Флюс обеспечиваетударную вязкость металла шва, определяемую на образцах с острым надрезом не менее 62,5 Дж/см2 при минус 60°С и предел текучести не менее 600 МПа, а также содержание диффузионного водорода в металле шва не более 1 см3/100 г при использовании флюса сразу после прокалки не более 1,5см3/100 г после хранения флюса в течение 24 ч и до 2,0 см3/100 г после хранения флюса в течение 7 сут. 2 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 35/362

ГО СУДА Р CTBE ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4726417/08 (22) 01,06.89 (46) 30.12.92. Бюл. № 48 (72) И.К.Походня, Д.M.Êóøíåðåâ, С.Д.Устинов, В.В.Головко, А.Я.Артемьев, Л.В.Грищенко, Г.В.Баскаков и М.В.Ямской (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 941115, кл. В 23 К 39/362, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 1088904, кл. В 23 К 35/362. 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1706818, кл. В 23 К 35/362, 1986. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к составам керамических флюсов для сварки низколегированных высокопрочных сталей в сочетании с серийными низколегированными п >оволоками. Цель . изобретения — снижение содержания в металле шва диффузионного водорода при увеличенных сроках хранения флюса, а такИзобретение относится к сварочным материалам, в частности к керамическим флюсам для, автоматической сварки конструкций из низколегированных высокопрочных сталей с пределом текучести не менее

600 МПа, эксплуатируемых в арктических условиях.

Применение в судостроении низколегированных высокопрочных сталей больших толщин, например, сталей типа 12ХН2МДФ (ТУ 14-1-3116-81), используемых в конструкциях плавучих буровых установок в северном исполнении и судах арктического пла-вания, требуют применения сварочных

„„5U„„1784426 А1 же улучшение санитарно-гигиенических свойств флюса и повышение технологических свойств флюсовой массы при гранулировании флюса. Флюс содержит, мас.%: мрамор (Мр) 6-10; обожженный магнезит(М)

28-34; компонент, содержащий 95% аА!20з (А) 26-31; а также гематит 0,4-0,9, ферротитан (Т) 1,5-4 и ферробор (Б) 0,1-0,4. В составе флюса должно выдерживаться условие(M+ Ф+0.5 Mp) 0,5A=3,9-5.15, Ф/M =

=2,6-.5,0, а Т/В =5,62-60,0. Флюс обеспечиваетударную вязкость металла шва, определяемую на образцах с острым надрезом не менее 62,5 Дж/см при минус 60 С и предел текучести не менее 600 МПа, а также содержание диффузионного водорода в металле шва не более 1 см /100 r при использовании флюса сразу после прокалки не более 1,5 см /100 г после хранения флюса в течение 24 ч и до 2,0 см /100 г после хранения флюса в течение 7 сут. 2 табл. материалов, в частности сварочных флюсов, обеспечивающих одновременно высокую прочность и ударную вязкость металла шва при низких температурах, а также низкое содержание диффузионного водорода, что . повышает сопротивляемость металла шва образованию холодных трещин.

Цель изобретения является в разработке керамического флюса для сварки низколегированных высокопрочных сталей типа

12ХН2МДФ, который в сочетании с низколегированной проволокой, например, марки Св-04НЗГМ МА-LU (ТУ 14-1-3887-84), должен обеспечивать снижение содер ка1784426 ния диффузионного водорода в металле шва при увеличении длительности хранения флюса (по сравнению с флюсом-прототипом), стабильное получение уровня ударной вязкости металла шва (Ан4ь) не менее 65 5

Дж/см при температуре испытания минус

60 С, улучшение технологических свойств флюсовой массы (повышение выхода целевой фракции гранул и их стойкости против истирания) по сравнению с прототипом, а 10 также не содержать в своем составе остродефицитных компонентов.

Применение в заявленном флюсе флотационного флюоритового концентрата повышенной чистоты (ТУ 48-5628-2-88) 15 позволил в 2 раза увеличить содержание мрамора во флюсе, а также повысить основность флюса без ухудшения его сварочнотехнологических свойств. ИспользЬвание флотационного флюоритового концентрата 20 повышенной чистоты, содержащего следы фосфора и до 0,015% серы, а также обладающего весьма низкой гигроскопичностью, дало возможность заменить этим материалом гигроскопичный синтетический шлак 25 типа флк>са АНФ-6, применяемый во флюсе-прототипе.

Практически полное исключение кремнезема из состава сухой шихты заявляемого: флюса позволило обойтись без весьма де- 30 фицитного, гигроскопичного и токсичного фторида бария, который применяется во . флюсе-прототипе для подавления не>келательного кремневосстановительного про. цесса при сварке. 35

Увеличение содержания мрамора в флюсе способствует снижению парциального давления водорода в атмосфере дуги, и следовательно, снижению содержания диффузионного водорода в металле шва, 40

Снижение гигроскопичности заявляемого флюса и повышение в нем содер>кания мрамора позволили существенно снизить содержание диффузионного водорода в металле шва после увеличения дли- 45 тельности хранения флюса (без повторной прокалки), Сохранению высоких сварочно-технологических свойств флюса, несмотря на увеличение в нем количества мрамора и 50 снижение содер>кания кремнезема, способствуют, по видимому, специфические свойства флотационного флюоритового концентрата, содержащего примеси поверхностно-активных веществ. Этому же спо- 55 собствует увеличение содержания во флюсе а-А!20з. С применением флотационного флюоритового концентрата улучшился также процесс гранулирования флюсовой массы, повысился выход целевой фракции гранул (we менее 90%) и их стойкость против истирания, которая составляет более 93%, При использовании проволоки Св04НЗГМТА-Ш, содержащей в среднем 2,5% никеля и около 1% марганца, нет необходимости дополнительно легировать металл шва марганцем через керамический флюс, т,к. зто приводит к снижению хладостойкости металла шва. По этой причине s заявляемом флюсе (в отличие от флюса-прототипа) марганец не применяется.

Повышение содержания титана и бора в заявляемом флюсе по сравнению с прототипом позволяет стабильно получить требуемый уровень ударной вязкости металла шва независимо от колебаний концентрации титана в проволоке.

Высокая основность флюса и микролегирование сварных швов титаном и бором позволяют получать оптимальную структуру металла шва (в основном игольчатый феррит) и требуемые механические характеристики металла многопроходных швов.

Флюс имеет отличные сварочно-технологические свойства, обеспечивает легкую отделимость шлаковой корки при сварке сталей типа 12хН2МДТФ больших толщин в глубокую разделку, хорошее формирование швов, устойчивое горение дуги, достаточно высокую стойкость швов против образования пор и трещин.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый флюс обладает свойствами не присущими ранее известному, т.е. обладает. существенными преимуществами.

В табл, 1 приведены варианты состава нового флюса; подвергаемые испытаниям, При изготовлении флюса используется натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло с модулем не менее 2 5 плотностью

1415-1440 кг/м в количестве 16-18% от массы сухой шихты флюса. Прокалка флюса производится при температуре (640 0) С в течение 45 мин в барабанной вращающейся печи или" 1,5-2,5 ч в садочной камерной печи.

С применением флюсов, состав которых приведен в табл, 1, было получены сварные соединения стали 12хН2МДФ толщиной 40 мм с У-образной разделкой кромок при суммарном угле разделки 45-50О. При сварке использовались серийные низколегированные проволоки марок Св-04НЗГМТА-Ш и

Св-04Н2ГТА-Ш (ТУ 14-1-3887-84) следующего состава, мас.%: С 0,05 и 0,04; Si 0,18 и

0,19; Мп 1,50 и 1,42; Nl 2,6 и 2,8; Мо 0,24 и 0;

Ti 0,12 и 0,05; $0,010 и 0,011; Р 0,011 и 0,014 соответственно.

1784426

Сварку производили на постоянном токе обратной полярности при Ice = 550-650 А, Uä = 29-35 В, Yes = 18-24 м/ч. Подварку корня шва с обратной стороны производили про-. волокой Св-08ГСМТ диаметром 1,6 мм в ар- 5 гоне.

Химический состав и механические характеристики металла швов и сварных соединений, выполненных девятью вариантами заявляемого флюса, приведены 10 в табл. 2 и 3. В табл. 3 приведены также данные с содержании в металле шва диффузионного водорода {по спиртовой npo6e) при сварке под флюсами, которые после прокалки выдерживались в тече- 15 ние 1 ч, 24-х ч и 7 сут при температуре

20-22 С и при относительной влажности воздуха 75-80%. В этой же таблице при- . ведена оценка формирования многопроходных швов и отделимости шлаковой 20 корки при сварке первого прохода в глубокой разделке.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, 2 и 3 и прилагаемого акта испыта- 25 ний, требуемые механические свойства металла швов (Ан45 2 62,5 Дж/см и ab,2 R

600 МПа), содержание диффузионного водоуода в металле шва не более 1,5 см /100 г (по спиртовой пробе) при свар- 30 ке. под флюсами, выдерживаемыми в течение одних суток после прокалки не более 2,0 см /100 r п оoсcл е e сcеeм и сcу т оoкK, а также хорошее формирование металла швов при легкой отделимости шлаков 35 корки позволит новому флюсу найти широкое применение для сварки металло. конструкций. изготавливаемых из. высокопрочных сталей типа 12ХН2МДФ, эксплуатирующихся в условиях низких 40 температур, повысить надежность сварных соединений из этих сталей. Применение флюса позволит заменить дорогостоящую высоколегированную аустенитную проволоку более дешевой низколегированной проволокой, Формула изобретения

Керамический флюс для сварки низколегированных высокопрочных сталей, содержащий обожженный магнезит, компонент, содержащий не менее 95% а

-Al2O3, мрамор, гематит, ферратитан и ферробор, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью снижения содержания в металле шва диффузионного водорода при увеличенных сроках хранения флюса, улучшения санитарно-гигиенических свойств флюса и повышения технологических свойств флюсовой массы при гранулировании флюса, он дополнительно содержит флотационный флюоритовый концентрат повышенной частоты, содержащий примеси поверхностноактивных веществ при .следующем соотношении компонентов, мас.%:

Обожженный магнезит 28,0-34.0

Флотационный флюоритовый концентрат повышенной чистоты 26,0-30,0

Компонент, содержащий не менее

95% а-А!20з 26,0-31,0

Мрамор 6,0-10,0

Гематит 0,4-0,9

Ферротитан 1,5-4;0 . Ферробор 0,1-0,4 при этом отношение суммарного содержания во флюсе магнезита, флотационного флюоритового концентрата и половины мрамора к половине содержания во флюсе оксида алюминия выбрано в пределах 395,15, отношение содержания флотационного флюоритового концентрата к мрамору в пределах 2,6-5,0, а отношение титана к бору в пределах 5,62-60.,0.

1784426

Таблива 1

Содеряание

Конпонент нас.2 компонентов, (2

31 28

32,7

36

31,72

Обокенный нагневит флогационный флюорито" вый концентрат повышенной чистоты

34 28

25

27

28 30

Компонент, содеряащий более 952

26

23

22

28,7 31

8,0 6,0

0 ° 6 0,6

3,5 4,0

0,2 0,4

4,4 3,9

Нранор

Генатит

Ферротитан.

Ферробор и+ф др

1 т А

Ф/M р

Т/В

2,6

52,5. 2,33 93,7 6,8

2,5

3,1

5,62

2,78

15,0

5,0

15,О

3,0

22,5

3,85

60,0

3,5

26,5

П р и и е ч а н и е, II, Ф, !1р, А - процентные солериания во флюсе магнезита, флюоритового концентрата ° мрамора и фксида алюниния соответственно: Т, ц - процентные содеряания титана и бора во флюсе, Т а б л и ц а 2

Хиннческий состав металла швов, выполненных с применением вариантов состава ааявляеного Флюса

Вариант

/ флюса Иассовая доля элементов в неталле шва, 2

0,18 0,021

0,20 0,029

0,21 . 0,022

0,18 Р,013

О, 19 0,030

0,20 0,012

0, l9 0,019

0,21 0,007

0,19 0,054

0,010

0,008

0,009

0,010

0,010

0,009

0,011

0,008, 0,009

Составитель Т. Арест

Редактор С, Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Демчик

Заказ 4338 Тираж"... Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

2

4

6

8

0,050

0,051

0,045

0,048

0;050

0,049

0,050

0,053

0,042

0,185

О, 191

О, 162

О, 159

0, 164

0,210

О, 181

0,161

0,385

10,0

g,4

3,5

0,1

5,0

1,10

1,20

1,15

1,18

1,21

1,22

1,14

1,12

110

0,31

0,32

0,31

0,31

0,30

0,33

О, 3 1

О;32

0,30

10,0

0,4

1,5

0,1

5,15

2,70

2,71

2,73

2,72

2,71

2,73

2,72

2,71

2,69

29

7,0

0,9

4,0

0,1

4,31

0,31

О;32

0,31

0,31

0i32

0,34

0,32

0,30

0,31

9;0

0,4

1,5

0,4

4,66

36

9,0

0,7

3,0

0,3

3,08

5,0

1,4

t,0

0,6

6,59

О, 0018

0,0031

0,0010

0,0010

0,0016

0,0028

0,0021

О, 00053

0,0005

0,2

5,0

0,08

5,71

О;012

О, 01 2

0,013

0,012, 0,013

0,012

О;012

0,011

0,012