Сварочная проволока

 

Использование: механизированная электродуговая сварка, преимущественно, коррозионностойких высоколегированных сталей аустенитного класса со сверхравновесным содержанием азота (до 0,7%), используемых в химической и нефтяной промышленности, а также хладостойких никелевых сталей, применяемых в криогенной технике. Сущность изобретения. Проволока содержит (мас.%): углерод 0,01-0,04, кремний 0,05-0,3, марганец 6-10, хром 19-25, никель 18,0-28.0, молибден 1-6, вольфрам 0,1-6,0, ванадий 0,01-1,0, иттрий 0,001- 0,01, азот 0,25-0,65, железо - остальное. При этом содержание компонентов должно удовлетворять определенным следующим соотношениям. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕЙНОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

4 Q

V (Л

Ф

1 (21) 4936096/08 (22) 04.03.91 (46) 23.02.93. Бюл. М 7 (71) Институт электросварки им. E.Î.Ïýòîíà (72) К.А.Ющенко, А.М.Солоха, Н.П.Казеннов, Т.М.Старущенко, B.А,Пестов и А.К.Авдеева (73).Институт электросварки им, Е,О.Патона (56) Авторское свидетельство СССР

N 537778, кл. В 23 К 35/30, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 872129, кл. В 23 К 35/30, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 389681, кл. В 23 К 35/32, 1972. (54) СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА (57) Использование: механизированная электродуговая сварка, преимущественно, Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к сварочной проволоке для механизированной сварки сталей со сверхравновесным содержанием азота, а также. может быть использовано при изготовлении изделий криогенной техники из хладостойких никелевых сталей с 6 и 9% никеля.

В настоящее время начато производство опытно-промышленных партий сталей аустенитного класса типа 06Х18АГ12, ОЗХ18АГ12. ОЗХ20Г12АС4, 06Х14АГ14, 06Х20Г..11АН4 и др. Эти стали с содержанием азота до 0.7% предназначены для замены дорогостоящих никельсодержащих сталей. Однако их относят к труднасвариваемым материалам вследствие повышенной склонности швов к пористости, вызываемой азотом, из-эа неизбежной дегазации сварочной ванны. Деазотация вызывает также

„„ 4 „„1797546 АЗ (si>s B 23 К 35/ЗО,С 22 С 38/58 коррозионностойких высоколегированных сталей аустенитного класса со сверхравновесным содержанием азота (до 0,7%), используемых в химическЬй и нефтяной промышленности, а также хладостойких никелевых сталей, применяемых в криогенной технике. Сущность изобретения. Проволока содержит (мас. %): углерод 0,01-0,04, кремний 0,05-0,3, марганец 6 — 10, хром 19 — 25, никель 18,0 — 28,0, молибден 1 — 6; вольфрам

0,1 — 6,0, ванадий 0,01-1,0, иттрий 0,001 —

0,01, азот 0,25 — 0,65; железо — остальное.

При этом содержание компонентов должно удовлетворять определенным следующим соотношениям. 3 табл. снижение. прочностных свойств сварных соединений.

Известна проволока для сварки хромомарганцевых сталей, в состав которой входят компоненты в следующих количествах (мас.%):

Углерод 0,02 — 0,1

Марганец .1 5 — 20

Хром 16-18

Кремний 0,2 — 0,6

Азот 0,2-0,5

Церий 0,01 — 0,5

Бор 0,001 — 0,2

Ниобий 0,2-0,4

Ти тан 0,1-0,4

Алюминий 0.1-0,7

Железо Остальное.

Недостатком этой проволоки является то, что в случае использования ее для сварки хромомарганцевых сталей со сверхравновесным содержанием азота не удается иск1797546

Железо Остальное, При этом соотношение компонентов (Mn+ Сг+ V)/(С+ Ni); (Сг+ Мо+ W+ \/)/(С+

М1+ Мп) (С+ И+ Сг+ Я+ Яl(М + Мп) находится в следующих пределах, соответственно: 1,20-1,6;, 0,88 — t,18; 0,86-1,12

Известно, что дополнительное введение иттрия и ванадия в высоколегированные стали с содержанием азота до 0.35% позволяет повысить их механичеокие свой. ноаустенитных сталей, состоящая из ингредиентов, содержащихся в следующих количествах (в мас.%):

Углерод - 0,001 — 0,03

Марганец ... 3-9 30 ства, стойкость против образования криКремний 0.05 — 0,2 .Хром 15-20

: Никель 12 — 18

Молибден .. 2-6 сталлизационных и подсолидусных трещин, Однако, применительно к сварке сталей; легированных азотом в сверхравновесной концентрации (до 0,7 ), решение проблемы

Вольфрам, . 1 —.6 35 достижения равнопрочности сварных соеКобальт — 10 динений при сохранении высоких показатеАзот .. 0,08-0,2 - лей вязкости и пластичности

Железо . Остальное.. стабильноаустенитного шва при комнатной

К недостаткам этой проволоки относит- . температуре, подавление процессов порообразования в металле сварного шва, обесшвов обеспечивается в узком диапазоне печения стойкости против. образования сварочных режимов только в случае сварки . трещин повторного нагрева возможно дохромомарганцовистых сталей типа: полйительным введением иттрия и ванадия

06Х18АГ12 с содержанием азота до 0,7%, но лишь и рй выполнении указанных соотношепри этом наблюдается существенное сни- 45 ний компонентов. Предложенное техническое решение соответствует критерию "Существенные отжение прочностных характеристик металла шва по сравнению.со свойствами основного металла. При сварке встык элементов ме-; личин", поскольку никем нигде ранее не таллоконструкций с толщиной основного: описано и не вытекает с очевидностью из свойств металла данной системы легироватехнологической прочности из-за возникнония венияподваликовыхтрещйн....: О соответствии технического решения . Целью изобретения является получение: критерию "Положительный эффект" свидеравнопрочных сварных соединений с высотельствуют данные. приведенные ниже в соответствующем разделе сти металла шва со стабильноауСтенитной структурой при комнатной температуре, . Ограничение верхних пределов содер-. предотвращение пористости, обеспечение жания углерода (0,040 ) и кремния (0,3%) стойкости против образования трещин .по позволяет снизить склонность металла вторного нагрева применительно к сварке :. .. сварных швов к горячим трещинам, а также лючить возникновения пор в металле сварных швов, Известен состав сварочной проволоки для сварки высоколегированных сталей, в состав которой входят компоненты при сле- 5 дующем соотношении (мас. ):

- Углерод .. 0,07-0,11

Кремний 0,01-0,70

Марганец 1-2

Хром . 15 — 17 10

Никель 24-27

Молибден 5,5-7,0.

Азот . 0,03-0,10

Алюминий 0,03-0,10

Титан . 0,03-0,10 15

Ванадий 0,7 — 1,1

Недостатком этой проволоки является то, что в случае использования ее для сварки хромомарганцевых, хромоникелевых и хромоникельмарганцевых сталей с содержани- 20 ем азота свыше 0,35% металл сварных швов склонен, к возникновению дефектов типа пор, В качестве прототипа выбрана.проволока для сварки высоколегированных етабиль- 25 ся то, что получение качественных сварных 40 металла 22 мм и более наблюдается потеря 50 кими показателями вязкости и пластично- 55 сталей, легированных азотом в сверхравновесной концентрации.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что сварочная проволока, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, вольфрам и азот, дополнительно содержит иттрий и ванадий при следующем соотношении компонентов (мас %)

Углерод 0,01 — 0,04

Кремний 0,05-0,3

Марганец 6 — 10

Хром 19-25 .Никель, 18,0 — 28

Молибден 1 — 6

Вольфрам 0,3 — 6

Ванадий 0.01-1

Иттрий 0,001-0,01

Азот 0,25 — 0,65

1797546 в связи с необходимостью обеспечения коррозионной стойкости, Нижний предел марганца (6%) выбран из условия достаточной растворимости азота в расплаве и подавления д -феррита в высокотемпературной области термического цикла сварочной ванны, Верхний предел марганца (10%) ограничен необходимостью устранения охрупчивания швов при использовании проволоки, содержащей никель по . нижнему пределу. а хром и-азот — верхнему.

Нижний предел хрома (19 ) взят из условия стабилизации аустенита и повышения растворимости азота в жидкой фазе. Верх.ний предел хрома (25 ) ограничен необхо димостью предотвращения образования сигма-фазы в шве и снижения содержания элемейтов-ферритиэаторов.

Нижний предел по никелю (18,0 ) определен условием обеспечения стабильноаустенитной структуры в подсолидусной области при содержании элементов-ферритиэаторов по максимуму, а марганца, углерода и азота — по минимуму, Верхний предел никеля (28 ) ограничивается его отрицательным влиянием на растворимость азота в расплаве.

Пределы легирования по ванадию (0,01 — 1%) определялись из условия максимального растворения и связывания в нитриды выделяющегося сеерхравновесного азота и обеспечения комплекса механических свойств сварного соединения на уровне 85-90% от свойств основного металла за счет упрочнения аустенитной матрицы мелкодисперсными включениями избыточной фазы VN.

Для компенсации неизбежной деазотации и разупрочнения металла наибольший эффект упрочнения аустенитных швов достигается при комплексном легировании ванадием, молибденом (1 — 6 ) и вольфрамом (О, 1-60 ).

Введение иттрия (0,001-0,01%) е сварочную проволоку и, соответственно, легирование им стабильноаустенитных швов повышает их трещиностойкость; Наличие иттрия в сварочной проволоке приводит к образованию интерметаллидных соединений с хромом, способствует формированию мелкозернистой структуры с высокими прочностными и пластическими свойствами, Легироеание иттрием металла положительно влияет на прокатываемость и процесс волочения при изготовлении сварочной проволоки.

Введение азота в указанных пределах (0,25 — 0,65%) преследует цель стабилизировать аустенит и обеспечить прочность сварных швов не ниже 700-800 МПа.

30 мм. Сварка производилась встык без раэ35 делки кромок двухсторонним швом íà по40 швов к образованию трещин повторного нагрева проводили с помощью испытаний ме50

5

Исследованиями, проведенными в институте, и практикой работ по сварке высокоазотистых сталей установлено, что пористость отсутствует в швах, выполненных проволоками с сочетанием Cr3KО = 21—

28; Мэров. = 23-26. Сг3кя и NI3lcg. рассчитывали по общепринятой методике. Эквивалентное содержание Cr u Ni заявляемой проволоки соответственно составляет;

Сгэкв. = 27; К)экв. =26, В результате проведенных исследований авторами определены следующие соотношения легирующих элементов: (Мп + Сг+

V)/(С + М ) = 1,20 — 1,66 — из условия обеспечения максимальной растворимости азота в металле.шва данной системы легирования; (Сг+ Мо+ W+ V)/(С+ Ni+ Mn) = 0,88-1,18 — иэ условия получения беспористых швов при сварке высокоаэотистых сталей; .(С+ N+ Сг+ W+ V) j(Ni+ Mn} = 0,86-1,12 — из условия получения равнопрочного сварного соединения.

Для оценки качества и свойств предлагаемых сосТВВоВ сварочной проволоки в сравнении с запредельными составами и составом-прототипом были выплавлены в индукционной печи экспериментальные

7-килограммовые плавки, химсостав которых приведен в табл.1, Иэ полученной стали изготавливали проволоку диаметром 3 мм и применяли ее для автоматической сварки под флюсом АНК-45МУ сталей 06X18AI (содержание азота 0,3-0,7%) толщиной 6 — 7 гонной энергии 750 КДж/м. Качество швов определяли радиографическим контролем и оценивали по ГОСТ 7512-82;

Изучение склойности металла сварных талла швов по методике Варестрейн., Оценка производилась по двум параметрам: средней длине трещины и ширине зоны растрескивания.

Металл сварных швов, выполненных проволоками заявляемого состава, обладает уровнем механических свойств не ниже, чем у основного металла (табл.2). Швы, выполненные проволокой-прототипом, имеют удовлетворительные прочностные характеристики, но недопустимую пористость. Запредельным составам проволок (600, 601, 620) соответствует высокая степень пористости металла сварных швов, существенное снижение характеристик пластичности по сравнению со свойствами основного металла, а также низкая стойкость против образования трещин повторного нагрева при

1797546

Сварочная проволока заявляемого состава может найти применение на заводах химического и нефтяного машиностроения для изготовления ответственного оборудования из сталей, содержащих повышенное или сверхравновесное содержание азота. при атом соотношение компонентов (Мп +

Cr+ V)/(С+ В); (Сг+ Мо+ W+ V)/(C+ й1+

M33); {С + N + Сг+ W + 4t)/(Ni + Mn) находится в следующих пределах соответственно:

1,20-1,66; 0,88 — 1,18; 0,86 — 1,12, Таблмеа1

Хмвмческнл состав нсследоааннмх проволок

Сооеноменме KoNlloHcHTog

А 6 0

30 570 61 869 1 00 2 42

0,67- .0,602 ° 13 2, 19

1,10 0,88

0,98 0,84

0,88 0,86

1, IS 1,12

0,77 0,77

1,16 0,94

1,26 1,13

2-6 1 6 5-10

0,08-0,20

6.7

10,0

8 5

6,0

5.5

11,0

3,2

6,0 0,1

4,0 3,4

1,0 6,0

2,2 4,0

0,5

6,5 6,5

3,5 4,4

О, 031

0,040 . 0,010 о,030

О,ooS

0 050

О, 030

45, 022

43 8So

30,735

42 ° 519

37,995

38 ° 835

48 ° 915

501

824

601

620

19 2

18 ° О

28 ° О

20,0

29,0

17,0

19,0

0,18

0,05

0,30

0,20

0,30

0i4О

0,30

22,5

19,0

25,0

24,0

26,0

18,0

19,5

0,01 0 007

1,00 0,010

О;10 0,005

0,50 0.001

0,25

0,65

0.35

0,55

0,70

0,20

0,65

1,52

1,66

1,20

1,52

1,09

1 79

1,22

1 50 0,015

oso ooos

flPММЕМбНМЕ.А.-ее

1ОМСс+Е

0401

Сс+1Е Ч+Ч

С+ХА+Им

CJNWre+V

И1+Ие низкой степени деформации 1,0-2,5% (табл,3).

Испытания на MMK по методу AM показали отсутствие межкристаллитной корро- 5 зии во всех испытанных швах.

Формула изобретения

Сварочная проволока для дуговой сварки. содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель. молибден, вольфрам, азот, железо, отличающаяся тем. что, с целью получения равнопрочных сварных . соединений с высокими показателями вязкости и пластичности металла шва со стабильноаустенитной структурой п ри комнатной температуре, предотвращения пористостй, обеспечения стойкости против образования трещин повторного нагрева применительно к сварке сталей, легированных азотом в сверхравновесной концентрации, ее состав дополнительно содержит иттрий и ванадий при следующем соотношении компонентов, мэс.%:

llgem тве 0,001-0,030 3-2 0,05-0,20 15-20,12 18

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Молибден

Вольфрам

Ванадий

Иттрий

Азот

Железо

0,01 — 0,04

0,05 — 0,3

6 — 10

19 — 25

18,0 — 28

1 — 6

0,1 — 6

0,01 — 1

0,001 — 0,01

0,25-0.65

Остальное

1797546

Таблица2

Результаты механических испытаний металла сварных ввов выполненных проволоками исследуемых составов на стали 06Х)8АГ)2 т

Иеханические свойства металла вва

Я., 2 KCVi

ИПа щука/ма

Качество вва по

ГОСТ

7512-82* балл

СоДержание азота в основном металле, Иаркировка. проволоки бо,в, ИПа

Прототип

6-2

6-1

500

6-3

6-3

501

6-3

6-3

824

Б;3

6-3

825

6"3

Б-3

600

6-1

Б"1

601

6-3

6-3

620

6-2

6-2

ll р и и е ч а н и е. еБ-1 - недопустимые дефекты;

Б-2 - наличие допустиыих дефектов;

Б-3 - отсутствие дефектов

Таблица 3

Результаты испытаний на,склонность к Образованию треЩин повторного нагрева исследуе мых материалов (г)О методу Варестрейн}..

Составитель В;Пестов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н;Гунько

Редактор С.Кулакова

Заказ 661 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета т)о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

0,3

0,7

0,3

0,7

0,3. 0,7

013

0,7

0,3

O.7

0 3

0,7

0,3

0,7

0,3

О, 7

732

730

700 33

8%0 3

762 30

890 14

780 30

880 14

720 28

901 12

750 32

856 12

700 . 24

800 19

720 t8

880 9

78О 19

890 9

48

З8

42

41

36

46

42

38 . 33

21

20 .6

23

1>78

Oi10

0,95

0,66

0,8)

0,62

1,00

0,68

0,89

0,85

0,54

0,30

OiEO

0,30

0,10