Керамический флюс для сварки сталей
Керамический флюс флюоритно-рсновного типа, предназначенный для сварки аустенитных нержавеющих сталей и обеспечивающий в сочетании с аустенитной сварочной проволокой Св-04Х19Н1 ШЗ пол-. учение высоких механических свойств металла швов и сварных соединений, высокую стойкость швов против мегикристаллитной коррозии. Флюс обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами и содержит ё своем составе плавленый флюс типа АНФ-б (86,1-95,0%), фторид бария (2,0-5,0%), гематит (1,0-5,0%), алюминиевомагниевый порошок (1,5-3,5%) и ферробор (0.1-0,4%). 4 Табл. ел с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 35/362
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
1 (21) 4927665/08 (22) 15.04.91 (46) 23.02.93. Бюл. М 7 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) Д.М.Кушнерев, С.Д.Устинов, В.В.Головко, М.А,Лактионов, В.С.Гладышко и
Г.М,Шеленков (73) Институт электросварки им. Е.О.Патона (56) Потапов Н.Н. Сварочные материалы для дуговой сварки, M. Машиностроение, 1989, с. 345 — 346, 544.
Патент Японии N. 49-40779, кл, В 23 К 35/36, 13.02.70.
Патент США М 4750948, кл. В 23 К 35/34, 26.05.87.
Электрошлаковая сварка и наплавка.
M.: Машиностроение, 1980, с. 175, Авторское свидетельство СССР
М. 1706818, кл. В 23 К 35/362, 1985:
Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к керамическим флюсам для механизированной сварки и наплавки высоколегированных аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей.
В настоящее время в СССР для автоматической сварки под флюсом высоколегиро- ванных аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей применяются как плавленые флюсы марок АН-26С, ФЦ-17, ОФ-6, АН-18 и др., так и керамические флюсы марок ФЦК, ФЦК-С, АНК-45 и др. Несмотря на большое количество марок флюсов, среди них не удается найти какойто один флюс, который обеспечивал бы выполнение всего комплекса требований
„>5U,, 1797550 АЗ
2 (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛ10С ДЛЯ СВАРКИ
СТАЛ ЕЙ (57) Керамический флюс флюоритно-основного типа, предназначенный для сварки аус- . тенитных нержавеющих сталей и обеспечивающий в сочетании с аустенитной сварочной проволокой Св-04Х19Н11М3 получение высоких механических свойств металла швов и сварных соединений, вь1сокую стойкость швов против мегикристаллитной коррозии. Флюс обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами и содержит в своем составе плавленый флюс типа АНФ-6 (86,1-95,0%), фторид бария (2,0-5,0%), гематит (1,0-5;0%), алюминиевомагниевый порошок (1,5 — 3,5%) и ферробор (0.1 — 0,4%). 4 табл. О металлургического и технологического характера, возникающих при сварке высоко- (Я легированных аустенитных нержавеющих (Я хромоникелевых и других подобных сталей, -р особенно сталей больших толщин. Так, например, низкокремнистые плавленые флюсы марок АН-26С, АН-20С содержат черезмерные количества Я!02 (от 19 до 33%). Сд что приводит к протеканию кремневосстановительного процесса, в результате чего наплавленный металл обогащается оксидными включениями, ухудшающими механические свойства металла шва и его стойкость против образования горячих трещин. По этой причине указанные флюсы не рекомендуют применять при сварке метал1797550 ла толщиной более 40 мм. Флюс АН-18, содержащий от 13,5 до 16,5 Fez0g, требует применения сложнолегированных аустенитных проволок, содержащих активные раскислители — алюминий, титан и др., что вызывает дополнительные трудности.
Бескремнистые пассивные плавленые флюсы ОФ-6 и ОФ-6М весьма склонны к гидратации и требуют перед применением длительной высокотемпературной прокалки, например, флюс ОФ-6М при 950 С в, течение не менее 5 часов. Кроме того, эти флюсы имеют в большинстве случаев неудовлетворительные сварочно-технологические свойства (затруднительная отделимость шлаковой корки, дефекты формирования швов). Другие плавленые флюсы, например ФЦ-17, не обеспечивают требуемые механические характеристики металла швов и достаточно высокую стойкость против образования горячих трещин при сварке, например аустенитных хромоникельмолибденовых сталей больших толщин.
Известны предназначенные для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей керамические флюсы марок ФЦК, ФЦКС, АНК-45, имеющие недостаточно высокие сварочно-технологические свойства и не обеспечивающие требуемой стойкости швов против образования горячих трещин при сварке хромоникельмолибденовых сталей больших толщин.
Известен керамический флюс для дуговой сварки нержавеющей стали, содержащий (в %); Т!02 5 — 50; СаЕ2 5 — 50; Ег02 5 — 30;
СаСОз <20; AlzOg <30; А!Рз 3 — 20: ВаСОз и/или Ва!= и/или LizCOa и/или liFz >10; раскислители, легирующие элементы и примеси < 30, Этот флюс не обладает требуемыми сварочно-технологическими свойствами, так как содержит до 30 карбонатов.
Известен керамический флюс следующего состава (): CaFz 40 — 55; А!20з 16-20;
Zr 7-16; NaaAIFg 4,5-8; Еез04 2,5-4; Мп 0,81,8; сплав Nl с 40-60% Nb — 1,8; сплав Сг с
Мо 0,2-1,8; оксиды металлов; поташ и !
1,5-3, двуокись кремния 4-8; С < 0,6. Данный флюс при сварке аустенитных хромоникельмолибденовых сталей больших толщин не обеспечивает достаточной стойкости металла швов против образования горячих трещин.
Известен принятый в качестве прототипа керамический флюс для сварки сталей, содержащий плавленый флюс типа АНФ-6, фтористый барий, гематит. ферробор, Однако этот флюс не обеспечивает достаточно высокого качества наплэвленного металла при сварке высоколегированных
Алюмомагниевый порошок и ферробор (феррохромбор) во флюсе служат раскислителями и модификаторами, позволяющими аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей, особенно для эксплуатации при температуре минус 190 С, так как флюс не производит необходимого модифицирования наплавленного металла.
Целью изобретения является разработка керамического флюса для сварки высоколегированныхх аустенитных нержавеющих хромоникелевых и хромоникельмолибдено10 вых сталей больших толщин (до 60 мм), обладающего отличными сварочно-технологическими свойствами в условиях многопроходной сварки в узкую разделку и обеспечивающего в сочетании со стандарт"5 ной аустенитной проволокой, например, типа Св — 04Х19Н11МЗ получение металла швов без трещин и имеющего следующие минимальные механические свойства:
oâ 560Mrla, oo,z 400 МПа, дь 35%, 20 угол загиба а =180, KCV 2 40 Дж/см при температуре минут 190 С.
Эта цель достигается дополнительным введением в шлаковую систему достаточных количеств фтористого бария, гематита, 25 алюмомагниевого порошка, а также ферробора или феррохромбора при следующем соотношении компонентов (мас. %):
Плавленый флюс АНФ-6,.„.„......„.„....,.....86,1-95,0
Барий фтористый, 2,0-5,0
Гематит . „...,....1,0-5,0
Порошок алюмомагниевый
35 (50% Al, 50/ Mg) .................1,5 — 3,5Ферробор или феррохромбор (20% В) .......,.„.„,0,1 — 0,4 причем отношение процентного содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-6 к
40 барию фтористому должно быть в пределах от 17,2 до 46,6, а гематита к алюмомагниевому порошку в пределах от 0,285 до 3,33.
Применение в заявляемом флюсе плавленого флюса АНФ-6 обеспечивает сниже45 ние содержания вредных примесей, так как содержание серы и фосфора во флюсе АНФ6 обычно не превышает 0,010 каждого из этих элементов.
Введение во флюс фтористого бария и
50 гематита полностью подавляет кремневосстановительный процесс, который мог бы происходить при сварке из-за наличия во флюсе около 6% $!02(из сухого остатка жидкого стекла и примеси $!02 во флюсе АНФ-6
55 и в гематите).
1797550
2,0-5,0
1,0-5,0
30
45 измельчать структуру металла шва и тем самым достигать высокую стойкость швов против образования горячих трещин, а также получать требуемую хладостойкость сварных швов (KCV 40 Дж/смг при температуре минус 190 С).
Наличие в заявляемом флюсе, состоящем в основном из плавленого флюса АНФ6, добавок фтористого бария, гематита и алюмомагниевого порошка позволяет получить отличные сварочно-технологические свойства флюса, несмотря на то, что заявляемый флюс относится к группе пассивных флюсов.
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 заявляемого флюса. Опытные партии этих флюсов изготавливались по обычной технологии с применением натриевого или натрий-калиевого жидкого стекла, имеющего модуль 2,5 и плотность 1,40 г/см, в количе з стве 120 мл на 1 кг сухой шихты. Прокалка флюсов производилась в садочной печи при температуре (640 +. 15) С в течение 1,5 ч.
° Первоначальная оценка сварочно-технологических свойств вариантов заявляемого флюса производилась путем наплавки валиков на пластину стали типа 18-8 при сварочном токе до 900 А. Далее с применением этих флюсов были получены сварные соединения из стали Х17Н13М2Т толщиной
60 мм при использовании сварочной проволоки марки Св-04Х19Н11МЗ диаметром 4 мм. Сварка производилась на режиме: (св=500 А, Од=32 34 В, Vcr=25 м/ч, суммарный угол разделки кромок — 40 . Для оценки склонности металла швов к образовани о горячих трещин выполняли заварку первого прохода в строганую V-образную канавку на сгали Х17Н13М2Т толщиной 60 мм. Глубина канавки 15 мм, угол раскрытия 40 . При этом сварку выполняли на токе 380-400 А, при
Од=32 В и при различных значениях Чсв.
Критерием стойкости металла шва против образования горячих трещин являлась максимальная скорость сварки, при которой не наблюдается образование трещин.
В табл. 2, 3 и 4 приведены химический состав и механические свойства металла
Формула изобретения
Керамический флюс для сварки сталей, содержащий плавленый флюс АНФ-6, фторид бария, гематит, ферробор, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения швов, в табл. 3 дана также оценка некоторых сварочно-технологических свойств флюсов и результаты испытаний на стойкость швов против межкристаллитной коррозии, выполненных по методике АМУ (ГОСТ 603289).
Как видно из данных. приведенных в табл, 1, 2, 3, 4 и прилагаемого акта испытаний, требуемые механические свойства металла швов (о 560 МПА, оод 400
МПа, д >35%, угол загиба 180
KCV > 40 Дж/см при температуре минус
190 С), отсутствие горячих трещин в швах при сварке хромоникельмолибденовой стали толщиной 60 мм, достаточная стойкость швов против межкристаллитной коррозии, а также отличные сварочно-технологические свойства флюса могут быть получены при следующих соотношениях компонентов в заявляемом флюсе (мас. %):
Плавленый флюс АНФ-6 86,1 — 95,0
Барий фтористый
Гематит
Порошок алюмомагниевый (Al 50%, Mg 50%) 1,5 — 3,5
Ферробор или феррохромбор (В=20%) 0,1-0,4, причем отношение процентного содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-6 к барию фтористому должно быть в пределах от17,2 до 46,6, а гематита к порошку алюмомагниевому в пределах от 0,285 до 3,33.
Заявляемый флюс должен найти широкое применение для сварки металлоконструкций из аусте lèт»ыx высоколегированных хромоникелевых и хромоникельмолибденовых нержавеющих сталей с применением стандартной аустенитной проволоки, например, марки Св04Х19Н11МЗ, что позволит улучшить качество, надежность и долговечность сварных конструкций в криогенной технике, применяющихся, например, в химическом машиностроении и других отраслях промышленности, где использование заявляемого -флюса даст значительный экономический эффект за счет примене»ия более дешевой сварочной проволоки, а также снижения трудоемкости и повышения производительности сварочных работ. стойкости швов против образования горячих трещин, повышения хладостойкости металла шва и улучшения сварочно-технологических свойств при сварке высоколегированных аустенитных
1797550
Фторид бария
Гематит
Порошок алюминиево-магниевого сплава (50 Al, 507ь Mg)
Ферробор
2,0-5,0
1,0 — 5,0 нержавеющих хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей, флюс дополнительно содержит порошок алюминиево-магниевого сплава при следующем соотношении компонентов, мас. g,:
Плавленый флюс АНФ-6 86,1 — 95,0
1,5-3.5
0,1 — 0,4.
Таблица 1
Варианты состава и редлагаемого флюса
П р и м е ч а н и е: АНФ-6, BaF2, гематит и AtMg — процентные содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-6, бария фтористого, гематита и алюминиево-магниевого порошка соответственно.
Таблица 2
Химический состав металла нгва при сварке стали Х17Н13М2Т с применением вариантов заявляемого флюса и проволоки Св-04Х19Н11М3
Массовая доля элементов в металле гала г» еарианМо
Мп
2
4
6
0,060
0.070
0,075
0.065
0.068
0.062
0.058
0,52
0.50
0.55
0.58
0,56
0,54
0,50
1,1
12
l.l
1.2
1.2
1.2
1.0 (8,0
18.0
18.2
18.4
18.4
18,5
17 8
10,0
10.1
10.0
10,0
10,0
10.0
1,63
1.61
1.60
1.60
1,62
1,55
1,52
0.048
0.037
0.051
0 055
0 059
0.049
0.036
0.075
0.070
0.055
0.050
0.042
0.090
0.037
0,051
0.042
0.050
0.052
О 047
О 022
0,030
0,030
0.029
0.030
0.030
0.030
0.030
0,011
0.012
0.015
0,014
0.014
0,010
0.017
1797550
Таблица 3
Механические кзрактеристики ывталла юзов и оценка некснорых сварочно-технолотическик свойств вариантов эзлвллемото флюса и р и ы е ч а н н е. В таблице даны средние знзченил, разученные в результате исоытанив не ивнев трех образцов -Т- а g „4
Ударная вязкость металла швов при сварке стали Х17Н13М2Т с применением вариантов заявляемого флюса и проволоки Св-04Х19Н11МЗ
Ударная вязкость металла шва (KCV). Дж(см при температуре, С
f+ варианта флюса
-20
+20
-140
-60
-l00
-180
-190
104-109 86-93
106-115
69-78
75,2
58-63
48-56
46-54
106,4
103-107
91,8
83-98
61,8
59-64
111,6
108-113
52,4
49-55
59,6
45-54
71-75
73,2
105,7
90,4
89-104
62,4
52,9
49,5
48-53
105-112
70-84
59-65
51-58
108,9
102-108
95,1
90-98
78,8
68-80
63,3
55-72
54,4
50-57
51,2
43-51
53,2
105,2
93,5
82-86
73,4
64-76
60,9
47,9
42-49
48-52
98-104
51-54
84,2
100.6
69,4
49-56
50,6
38-42
107,4
02-109
44,5
25-37. 94-l02
77-82
97,4
54,2
51-59
56,2
40,4
25-52
32,3
16-40 l03,8
95-101
97,3
79,7
72-84
92-97
31,4
76,5
94,3
47,3
25,8
П р и м е ч а н и е, В таблице в числителе минимальные и максимальные значения, в знаменателе — средние из не менее 3-х образцов
Редактор
Заказ 662 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5
110,5
109-114
1 l2,8.
107-112
109,0
103-110
52,9
48-53
51,2
46-49
Составитель С,Устинов
Техред ММоргентал . Корректор 3.Салка
