Электрод для сварки высоколегированных сталей

 

Использование: электрод предназначен для сварки высоколегированных сталей. Сущность изобретения: электрод состоит из стержня, выполненного из низкоуглеродистой марганецсодержащей или низколегированной проволоки и покрытия. Покрытие включает, мас.%: рутиловый концентрат 15 - 20; мрамор 7 - 12; силикат 8 - 13; ферротитан 6 - 12; хром и никель в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде хрома 9,5 - 27 и никеля 0,6 - 19. Кроме того, покрытие содержит ферромарганец и ферросилиций в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде марганца 1,5 - 2,0 мас. %, кремния 0,6 - 1,5 мас. %, а также по крайней мере один легирующий компонент, выбранный из группы молибден, ниобий, ванадий, вольфрам. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к сварке, в частности к покрытым электродам для ручной электродуговой сварки высоколегированных сталей в различных отраслях экономики.

Для сварки высоколегированных сталей разработано и применяется большое количество электродов различных марок. Подавляющее большинство их построено по одному принципу: стержень электрода изготавливается из металла, наиболее близкого по химическому составу к металлу, для сварки которого предназначен электрод, а роль покрытия в основном сводится к обеспечению надежной защиты зоны сварки от взаимодействия с атмосферой при сохранении остальных необходимых функций покрытия (см. например авт. св. СССР N 930832, 1990). Это предопределяет высокую стоимость таких электродов, так как металлургический передел высоколегированных сталей требует значительных энергетических и ресурсных затрат. Известен состав электродного покрытия (авт. св. СССР N 233812, 1968), используемого при изготовлении электродов типа ЭА1 для сварки высоколегированной стали типа 18-8, в котором получение аустенитно-ферритной структуры обеспечивается легированием однофазным порошком нихрома через покрытие в таком количестве, чтобы содержание хрома в наплавленном металле было в пределах 17 21% а никеля 8 11% Недостатками этих электродов являлись худшее формирование шва при сварке тавровых и угловых швов и затрудненное удаление шлака, особенно при сварке многослойных швов. Кроме того, недостатком этих электродов является жесткая зависимость содержания Cr и Ni в шве от содержания этих элементов в нихроме, что делает практически невозможной корректировку состава покрытия при изменениях соотношений содержания Cr и Ni в свариваемом металле для различных марок электродов.

Целью изобретения является разработка электродов для сварки высоколегированных сталей хром-никелевого класса с различным содержанием Cr и Ni, обеспечивающих значительное улучшение сварочно-технологических свойств при сохранении требуемых физико-механических характеристик наплавленного металла. При этом значительно снижается себестоимость электродов. Появляется возможность сварки и на переменном токе.

Это достигается путем использования в качестве стержней низкоуглеродистых низколегированных сталей, а введение Cr, Ni, Mn, W, Nb, V, Mo, Si осуществляется в покрытиях в виде порошков и ферросплавов. Содержание легирующих элементов в электродах составляет, хром 9,5 27; никель 0,6 19; молибден 0,3 3,3; ванадий 0,3 2,5; вольфрам 1,3 1,8; ниобий 0,6 1,3; марганец до 2,0; кремний до 1,5 в зависимости от требований к типу электродов для дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (ГОСТ 10052-89).

Хром, никель и другие легирующие элементы, попадая в сварочную ванну через покрытие, благодаря высокой скорости диффузии успевают раствориться в жидкой ванне и равномерно распределиться по всему ее объему. Этому способствует шлаковая система, обеспечивающая мелкокапельный перенос металла стержня, при котором большая удельная поверхность металла капель способствует интенсивному протеканию процессов диффузии элементов из покрытия в металл капель. Уменьшение отрицательного воздействия такого покрытия на переход элементов в шов из-за высокого окислительного потенциала достигается введением значительного количества ферротитана, который наряду с уменьшением окислительной способности шлака способствует улучшению коррозионной стойкости аустенитно-ферритных структур металла шва. Поэтому состав покрытия содержит компоненты в следующем соотношении, рутил 15 20, мрамор 7 12, силикаты 6 12, ферротитан 8 13, остальное смесь порошков, содержащих Cr и Ni в требуемом количестве и соотношении и легирующие добавки W, Mo, Nb, V, в количестве, требуемом для данной марки. Причем содержание кремния и марганца в покрытии регулируется в зависимости от марки проволоки, используемой при изготовлении электродов. Количество кремния и марганца в электроде составляет 0,6 1,5 и 1,5 2,0% соответственно. Коэффициент массы покрытия составляет 90 110% В качестве силикатов используют мусковит, и/или тальк, и/или флогопит.

В лабораторных условиях была изготовлена на проволоке Св 08Г2С c суммарным содержанием Mn 1,7% и кремния 0,8% партия электродов ⊘ 4 мм на втулке ⊘ 6,8 мм, что обеспечило К_Mп 94% Суммарное содержание хрома 22% суммарное содержание никеля 12% суммарное содержание марганца 2% суммарное содержание кремния 1% 8% ферротитана, 8% мусковита, 7% мрамора, 17% рутила, 1% Mo. Испытания сварочно-технологических свойств изготовленных электродов показали, что стабильность горения дуги, формирование шва и шлака, отделимость шлака значительно превосходят аналогичные показатели обычных электродов для сварки сталей типа 18-8.

Для накопления статистических данных было изготовлено 5 партий электродов. Состав партий электродов, показатели сварочно-технологических свойств, химический состав наплавленного металла, характеристики металла шва приведены в таблице.

Для определения коррозионной стойкости наплавленного металла в соответствии с ГОСТ 6032-89 были вырезаны образцы из стыкового соединения и переданы для испытаний в ЦНИИЧМ, лабораторию коррозионностойких сталей и сплавов. По заключению этой организации металл наплавки обладает хорошей пластичностью и в состоянии без провоцирующей термообработки не склонен к межкристаллитной коррозии после испытаний методом АМ (ГОСТ 6032-89).

Изготовленные электроды испытывали на сварочно-технологические свойства и механические характеристики металла шва. По механическим характеристикам электроды полностью соответствуют требованиям ГОСТ 10052-89 по типу ЭА-1.

Сварочно-технологические свойства электродов испытывались как при сварке на постоянном токе обратной полярности, как и все электроды этого типа, так и на переменном токе, что невозможно при сварке обычными для типа ЭА-1 электродами.

Испытания опытных партий электродов показали, что применение в качестве стержней низкоуглеродистых марганецсодержащих или низколегированных проволок в сочетании с покрытием, содержащим легирующие добавки, и с шлаковой системой, содержащей рутиловый концентрат, дает хорошие результаты, а именно: электроды по всем показателям соответствуют требованиям, предъявляемым к электродам данного типа, но превосходят их по сварочно-технологическим свойствам, появляется возможность применения их и на переменном токе, при этом значительно уменьшается их себестоимость.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, содержащий покрытие, включающее двуокись титана, мрамор, марганец, кремний, титан, хром, никель и по крайней мере один легирующий компонент, выбранный из группы: молибден, ниобий, ванадий, вольфрам, отличающийся тем, что электрод включает стержень, выполненный из низкоуглеродистой марганецсодержащей или низколегированной проволоки, а покрытие дополнительно содержит силикат, двуокись титана введена в виде рутилового концентрата, титан, марганец, кремний введены в виде ферросплавов при следующем соотношении компонентов, мас.

Рутиловый концентрат 15 20 Мрамор 7 12 Силикат 8 13 Ферротитан 6 12 кроме того, покрытие содержит хром и никель в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде хрома 9,5 27 мас. никеля 0,6 19 мас. ферромарганец и ферросилиций в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде марганца 1,5 2,0 мас. кремния 0,6 1,5 мас. а также по крайней мере один легирующий компонент, выбранный из группы молибден, ниобий, ванадий, вольфрам остальное, при этом коэффициент массы покрытия составляет 90 110% 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что легирующие компоненты, выбранные из группы, введены в покрытие в следующем количестве, мас.

Молибден 0,3 3,3 Вольфрам 1,3 1,8 Ванадий 0,3 2,5 Ниобий 0,6 1,3
3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что легирующие элементы, выбранные из группы молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, введены в покрытие в виде ферросплавов.

4. Электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве силиката покрытие содержит мусковит и/или тальк, и/или флогопит, и/или каолин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2