Порошковая проволока для наплавки деталей металлургического оборудования

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при автоматической наплавке под флюсом для восстановления размеров изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования, работающих в условиях сжатия и абразивного износа при температурах до 600°С. Порошковая проволока включает стальную оболочку и порошкообразную шихту. Шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: ферровольфрам 12-14, хром металлический 2,5-4,0, феррованадий 0,5-1,0, ферромарганец 0,4-1,0, графит 0,1-0,4, карбид кремния 0,1-1,0, железный порошок - остальное. Порошковая проволока с данным составом шихты позволяет выполнять наплавку на детали из углеродистых сталей с содержанием углерода 0,4-0,5 % с высокой скоростью и без нанесения подслоя. Наплавленный металл обладает повышенной твердостью и износостойкостью, отсутствием дефектов, стабильной твердостью и химсоставом. 1 табл.

 

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к порошковым проволокам, применяемым в автоматической наплавке под флюсом для восстановления размеров изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях, работающих в условиях сжатия и абразивного износа при температурах до 600°С, например, прокатные валки сортопрокатного производства, ролики подающих рольгангов черновых клетей цехов горячей прокатки, ножи для резки слитков и другие детали металлургического оборудования.

Известна порошковая проволока, которая предназначена для износостойкой наплавки изделий, работающих в условиях термомеханического циклического нагружения, и состоит из малоуглеродистой оболочки и порошкообразной шихты со следующим содержанием компонентов, мас.%: Графит 0,4-0,7 Феррохром 15,8-19,6 Ферромолибден 8,1-10,3 Ферровольфрам 1,1-1,8 Феррованадий 2,8-3,5 Ферросилиций 1,3-2,1 Ферромарганец 1,3-2,7 Ферротитан 2,4-3,4 Ферроцерий 1,6-2,2 Никель 2,8-3,8 Алюминий 0,9-1,2 Железо Остальное (Патент РФ №1769481, В 23 К 35/368, опубл. 30.08.94 г.).

Металл, наплавленный указанной порошковой проволокой, обладает повышенной склонностью к образованию трещин при наплавке на детали из сталей с содержанием углерода 0,4-0,5 %, плохой обрабатываемостью режущим инструментом при чистовой обработке деталей (возможно только шлифованием). Порошковая проволока слишком сложна в изготовлении из-за большого числа компонентов и отличается высокой стоимостью.

Наиболее близкой по химсоставу и назначению к заявляемой является порошковая проволока ПП-Нп-35В9ХЗСФ по ГОСТ 26101-84, содержащая в составе шихты ферровольфрам, феррохром, феррованадий, ферромарганец, графит, кремнефтористый натрий и железный порошок.

Химический состав металла, получаемого в наплавленном слое, имеет следующее соотношение элементов, мас. %:

Углерод 0,27-0,40

Вольфрам 8-11

Хром 2,2-3,5

Ванадий 0,2-0,5

Марганец 0,6-1,1

Кремний 0,2-1,0

Железо и обычные примеси остальное

Твердость 42,5-54,5 HRC_э

Рекомендуемая скорость наплавки 30-40 м/час.

При наплавке деталей из стали, содержащей 0,4-0,5 % углерода, порошковой проволокой марки ПП-Нп-35В9ХЗСФ на поверхности деталей происходит переход углерода из основного металла в наплавленный, что приводит к образованию трещин в наплавленном слое, для устранения которых требуется нанесение промежуточного слоя и последующая его механическая обработка. При наплавке массивных деталей металлургического оборудования скорость наплавки 30-40 м/час требует значительного предварительного и сопутствующего подогрева, в противном случае, как и в случае увеличения скорости наплавки до 50-60 м/час, на поверхности наплавленного металла часто возникают трещины.

Применение феррохрома в составе шихты приводит к значительным отклонениям по твердости и химсоставу наплавленного металла, причиной чего является неоднородность феррохрома по содержанию хрома и особенно углерода в пределах одной плавки.

Износостойкость наплавленного металла обеспечивается наличием мартенситной структуры с карбидными включениями. Повышение количества карбидов в проволоке ПП-Нп-35В9ХЗСФ напрямую зависит от количества углерода в наплавленном металле. Для получения содержания углерода в наплавленном металле свыше 0,4 % требуется увеличить его введение в состав шихты, но при этом получить наплавленный металл без трещин даже на малом режиме и при наличии промежуточного слоя достаточно сложно, что не позволяет повысить износостойкость наплавленных деталей.

Технической задачей настоящего изобретения является создание порошковой проволоки, обеспечивающей повышение производительности за счет увеличения скорости наплавки и отказа от нанесения промежуточного слоя, повышение стойкости наплавленного металла путем введения в шихту порошковой проволоки карбида кремния.

Технический результат достигается за счет сокращения введения углерода в состав шихты в виде графита до 0,1-0,4 %, что обеспечивает наплавку без трещин на стали с содержанием углерода 0,4-0,5 % на скорости 50-60 м/час и позволяет отказаться от нанесения промежуточного слоя из низкоуглеродистой стали, а за счет ввода в состав шихты карбида кремния обеспечивается достаточно высокое насыщение карбидами наплавленного металла, что повышает износостойкость наплавленных деталей в полтора - два раза. При этом химсостав наплавленного металла не отличается от проволоки ПП-Нп-35В9ХЗСФ, ГОСТ 26101, а диапазон твердости увеличивается до 46-58 HRC_э.

Указанные свойства порошковой проволоки получаются при содержании компонентов в следующем соотношении, мас. %:

Ферровольфрам 12-14

Хром металлический 2,5-4,0

Феррованадий 0,5-1,0

Ферромарганец 0,4-1,0

Графит 0,1-0,4

Карбид кремния 0,1-1,0

Железный порошок - остальное

Для изготовления порошковой проволоки диаметром 3,6 мм может быть применена лента из стали 08пс размером 0,8×15 мм, коэффициент заполнения проволоки 30-34%, конструкция однослойная.

Введение в состав ферровольфрама в пределах 12-14 обеспечивает стабильную мартенситную структуру наплавленного металла с высокой сопротивляемостью к сжатию и абразивному износу.

Введение в состав хрома в пределах 2,5-4,0 обеспечивает жаростойкость и окалиностойкость наплавленного металла, содержание хрома ниже предлагаемого предела нежелательно, так как может привести к низкой жаростойкости наплавленного металла, увеличение содержания хрома может привести к появлению отпускной хрупкости и, как следствие, к трещинам в наплавленном металле и пониженной стойкостью к ударным нагрузкам.

Диапазон содержания феррованадия 0,5-1,0 обеспечивает стойкость наплавленного металла к межкристаллитной коррозии, снижение диапазона может привести к появлению коррозии по границам зерен металла, увеличение - к отпускной хрупкости.

Диапазон содержания ферромарганца 0,4-1,0 обеспечивает приемлемую стойкость к ударным нагрузкам и прочность наплавленного металла.

Введение в состав шихты графита в пределах 0,1-0,4 обеспечивает стабильную мартенситную структуру и возможность наплавки проволокой на высокой скорости на стали с содержанием 0,4-0,5 % углерода без дефектов. Уменьшение ввода в наплавленный металл графита ниже указанного предела приводит к резкому снижению твердости наплавленного металла, увеличение ввода в состав шихты графита выше указанного предела приводит к появлению трещин в наплавленном металле.

Введение в состав шихты карбида кремния в диапазоне 0,1-1,0 позволило стабилизировать структуру наплавленного металла, значительно повысить его твердость и износостойкость без снижения сварочно-технологических характеристик и появления дефектов.

Примеры составов опытных проволок приведены в таблице.

Все приведенные в таблице составы наплавлялись автоматом под флюсом АН-20С на скорости 50-60 м/час.

В наплавленном металле приведенных составов дефекты отсутствовали, но кроме состава №5 отмечалось пониженное содержание хрома. Попытка получения мартенситной структуры только за счет карбида кремния не привела к успеху. Наилучшим составом, принятым в производство, является состав №5. Проволока с шихтой предлагаемого состава обеспечивает высокую твердость наплавленного металла, отсутствие дефектов.

Порошковая проволока с шихтой предлагаемого состава прошла всесторонние сравнительные испытания в лабораторных условиях и опытную проверку механизированной наплавкой под флюсом слоя стали на крупногабаритные детали металлургического оборудования. Испытания показали, что она обладает хорошими сварочно-технологическими характеристиками, отсутствием дефектов в наплавленном слое, высокой производительностью наплавки. Стойкость деталей металлургического оборудования выросла в 1,2-1,8 раза.

Применение порошковой проволоки в производстве по упрочнению и восстановлению деталей металлургического оборудования позволит значительно повысить их работоспособность, сократить затраты на изготовление за счет чего получить определенный экономический эффект.

Порошковая проволока для наплавки деталей металлургического оборудования, выполненная в виде стальной оболочки и порошкообразной шихты, включающей ферровольфрам, хром металлический, феррованадий, ферромарганец, графит, железный порошок, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит карбид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ферровольфрам	12-14
Хром металлический	2,5-4,0
Феррованадий	0,5-1,0
Ферромарганец	0,4-1,0
Графит	0,1-0,4
Карбид кремния	0,1-1,0
Железный порошок	Остальное