Флюс для сварки и электрошлакового переплава

 

Изобретение относится к металлургическим и сварочным материалам. Флюс содержит, мас. %: оксид алюминия - 20-25; оксид кальция - 5-8; комплексный оксифторид циркония и гафния - 2-5; фторид кальция - остальное. В качестве источника фторида кальция, оксифторидов циркония и гафния используют продукты выщелачивания спека циркона, кремнефтористого калия и хлорида калия. Флюс предлагаемого состава улучшает качество поверхности наплавляемого металла, стабильность электропроводности флюса при высокой температуре. Возможно также микролегирование и модифицирование металла для повышения коррозионных и механических свойств. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургическим и сварочным материалам.

Известен флюс ОФ - 6 ОСТ 5.9206-75, рекомендованный для дуговой механизированной и электрошлаковой сварки. Состав шихты флюса, мас. %: CaF₂ - 50-60; СаО - 16-20; MgO - ≅ 3,0; Al₂O₃ - 20-24; MnO - < 0,3; Fe₂O₃ - < 1,5; Р - < 0,05; S - < 0,05.

Флюс обладает хорошими технологическими свойствами. Относится к группе бескремнистых безмарганцовистых флюсов. Построен на базе шлаковой системы СаО - Аl₂О₃ - CaF₂ с преобладанием фтористого кальция.

Флюс имеет низкую химическую активность по отношению к свариваемому металлу.

Недостатком флюса является склонность к гидратации при хранении [И. И. Потапов. Сварочные материалы для дуговой сварки, т. 1. Защитные газы и сварочные флюсы. -М. : Машиностроение, 1983 г. ] .

Известен флюс АНФ - 1П для электрошлакового переплава цветных металлов и сталей. Состав шихты флюса, мас. %: CaF₂ - 90; Al₂O₃ - 3; СаО - ≅ 5; SiO₂ - ≅ 2,5.

Флюс обладает минимальной окислительной способностью, однако имеет высокую скорость испарения вследствие высокой упругости паров CaF₂ при температуре электрошлакового переплава [Б. Е. Патон, Б. И. Медовар. Электрошлаковая тигельная плавка и разливка металла. -К. : Наукова думка, 1988 г. ] .

В качестве прототипа настоящего технического решения выбран флюс АНФ-6, содержащий, мас. %: Al₂O₃ - 23-31; СаО - ≅ 8; SiO₂ - ≅2,5; CaF₂ - остальное [Н. Н. Потапов. Сварочные материалы для дуговой сварки. Москва, Машиностроение, 1989 г. ] .

Преимуществом данного флюса является: - невысокая температура плавления; - хорошие теплоизолирующие свойства; - низкая склонность к гидратации.

К недостаткам указанного флюса относятся: - повышенная электропроводность при высокой температуре, снижающая производительность плавки; - активность флюса, обусловленная присутствием в составе флюса кремнезема.

Изобретение решает задачу улучшения технологических и металлургических свойств флюса, таких, как отделяемость шлаковой корки, качество поверхности наплавленного металла, стабильная электропроводность флюса при высокой температуре, микролегирование и модифицирование металла с целью повышения коррозионных и механических свойств.

Это достигается тем, что состав шихты флюса, содержащий фторид кальция, оксид кальция и оксид алюминия, дополнительно содержит комплексный оксифторид циркония и гафния при следующем соотношении компонентов, мас. %: Al₂O₃ - 20-25; СаО - 5-8; ZrF₂O+HfF₂O - 2-5; CaF₂ - остальное.

Пределы содержания фторида кальция и окиси алюминия определены исходя из электропроводности и температуры плавления флюса.

Повышение содержания окиси кальция выше верхнего значения ведет к росту температуры плавления флюса и его гидролизуемости.

Снижение концентрации ниже нижнего предела отрицательно влияет на десульфирующие свойства флюса.

Повышение содержания в шихте флюса комплексного оксифторида циркония и гафния выше верхнего значения приводит к повышению вязкости флюса, сужает интервал кристаллизации плава флюса, повышает активность флюса, что приводит к снижению коррозионных и прочностных свойств.

Снижение его содержания менее нижнего предела приводит к устранению микролегирующего эффекта, что также влияет на прочностные и коррозионные свойства наплавленного металла.

В технике известно использование окиси циркония и циркона для получения составов флюсов [Бобриков Ю. В. и др. Особенности окисления металла двуокисью циркония при наплавке под флюсом. Сварочное производство, 1983, 9. Займовский А. В. Двуокись циркония, как компонент низкокремнистых сварочных флюсов. Автоматическая сварка, 1979, 10, с. 61-64, а. с. 376198. Сварочный флюс] .

Применение термодинамически менее стойкого оксифторида циркония, обогащенного оксифторидом гафния, в сочетании с фторидом кальция, окислами кальция и алюминия, в указанных пропорциях, дает новый эффект, а именно, стабилизацию электропроводности при высоких температурах, улучшение отделяемости шлака, улучшение качества поверхности, повышение коррозионных и механических свойств наплавляемого металла, вследствие микролегирования и модифицирования структуры металла.

Таким образом, предлагаемый состав шихты флюса придает ему новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Основные компоненты флюса - фторид кальция и оксифториды циркония и гафния извлекались из отходов производства - продуктов выщелачивания спека циркона, кремнефтористого калия и хлорида калия. Использовался продукт, улавливаемый на рамных пресс-фильтрах в схеме регенерации гидроокиси калия.

Фторид кальция и оксифторид циркония и гафния подвергали предварительной сушке и прокалке при 700^oС.

Окись кальция и окись алюминия зашихтовывались в виде плава шлака, представляющего отходы производства чернового ниобия. Дефицит окиси алюминия компенсировался глиноземом по ГОСТ 6912. Шихта, составленная в указанных пределах, переплавлялась в печах ИС-016 при 1250-1350^oС. Плав флюса разливали в изложницы, подвергали дроблению и классификации по границам 0,4-3 мм. Готовый флюс анализировали по химическому составу.

Было осуществлено промышленное применение заявляемого флюса при сварке бандажей реторт для дистилляции кальция и проведены сравнительные испытания заявляемого технического решения и прототипа.

Испытания включали автоматическую сварку образцов, испытания образцов на разрыв и изгиб, испытания на сопротивление межкристаллитной коррозии. Проводили также: - рентгеноструктурный анализ наплавленного металла на содержание циркония и гафния; - металлографические исследования структуры наплавленного металла; - измерения твердости.

Испытывались флюсы с различным составом шихты с содержанием компонентов по нижнему пределу - Н, по верхнему пределу - В и по средним значениям - С (табл. 1).

Сварка образцов и бандажей реторт выполнялась автоматом ТС-17Му в V-образную разделку.

Свариваемые материалы - сталь 12Х18Н10Т, толщина пластин δ = 12 мм; сварочная проволока ⊘ 4 мм, марки Св-07Х19Н10Б.

Результаты испытаний составов флюсов, приведенные в табл. 2, позволяют сделать следующие выводы.

Металл, наплавленный с применением разработанного флюса, имеет более высокие механические свойства и сопротивление межкристаллитной коррозии при испытаниях по ГОСТ 6032-89 методом АМУ.

Зафиксировано легирование наплавленного металла цирконием и гафнием.

Структура металла более мелкозернистая, такая структура благоприятно сказывается на распределении примесных элементов и повышает прочностные и коррозионные свойства, что подтверждается таблицей.

Таким образом, сравнительные испытания показали повышение качества наплавленного металла при использовании заявляемого флюса.

Проведены испытания флюса при выплавке стали 35Х2Н7 по ГОСТ 9788 в печи ДСН 1,5. Отмечены хорошая жидкотекучесть флюса и отделяемость шлака от металла и подины печи.

Флюс рекомендуется для применения при электрошлаковом переплаве и электрошлаковой сварке.

Предприятие разработчик располагает всеми компонентами флюса в виде отходов основного производства, необходимым оборудованием для его выпуска в значительных количествах.

Формула изобретения

1. Флюс для сварки и электрошлакового переплава, содержащий фторид кальция, оксид алюминия, оксид кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит комплексный оксифторид циркония и гафния при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Оксид алюминия - 20-25
Оксид кальция - 5-8
Комплексный оксифторид циркония и гафния - 2-5
Фторид кальция - Остальное
2. Флюс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника фторида кальция, оксифторидов циркония и гафния используют продукты выщелачивания спека циркона, кремнефтористого калия и хлорида калия.

РИСУНКИ

Рисунок 1