Состав сварочной проволоки
Владельцы патента RU 2261161:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU)
Изобретение может быть использовано для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающих при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца. Проволока содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,005-0,030, кремний 1,60-2,40, марганец 1,00-2,00, хром 15,00-17,00, никель 10,00-13,00, вольфрам 1,20-2,00, титан 0,20-0,60, цирконий 0,06-0,18, железо - остальное. Отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22. Указанный состав обеспечивает повышение длительной и технологической прочности, снижение склонности к тепловому охрупчиванию металла шва. 3 табл.
Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающего при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца.
Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой сварочной проволоке является сварочная проволока марки Св-08Х14Н9С3Б (ЭП-305) по ТУ 14-1-1890-76, содержащаяся в мас.%:
| углерод | 0,05-0,10 |
| кремний | 2,8-3,5 |
| марганец | 1,5-2,0 |
| хром | 13,5-15,5 |
| никель | 8,0-9,0 |
| ниобий | 0,8-1,1 |
| сера | не более 0,018 |
| фосфор | не более 0,025 |
| железо | остальное |
Указанная сварочная проволока обладает высокими механическими и коррозионными свойствами. Однако имеет недостаточно высокую длительную и технологическую прочность, а также повышенную склонность к тепловому охрупчиванию металла шва после длительных выдержек при 500 и 550°С.
Техническим результатом изобретения является повышение длительной прочности, снижение склонности к тепловому охрупчиванию металла шва и повышение технологической прочности.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в сварочную проволоку, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно введены вольфрам, титан и цирконий при следующем соотношении компонентов в мас.%:
| углерод | 0,005-0,030 |
| кремний | 1,6-2,4 |
| марганец | 1,0-2,0 |
| хром | 15,0-17,0 |
| никель | 10,0-13,0 |
| вольфрам | 1,2-2,0 |
| титан | 0,2-0,6 |
| цирконий | 0,06-0,18 |
| железо | остальное |
При этом отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22
За счет снижения содержания углерода и кремния, введения регламентированного количества титана и циркония достигается уменьшение склонности к тепловому охрупчиванию при длительных тепловых выдержках при температурах 500-550°С. Цирконий и титан связывают углерод в термически стойкие карбиды. При этом наиболее полное связывание растворенного углерода достигается при отношении суммарного содержания титана и циркония к общему содержанию углерода более 
Увеличение содержания вольфрама способствует повышению длительной прочности стали за счет упрочнения твердого раствора и выделения мелкодисперсной фазы Лавеса, а также увеличивает стойкость к образованию горячих трещин при сварке.
Увеличение содержания никеля произведено для обеспечения необходимого содержания феррита в двухфазной структуре металла сварного шва при заданном химическом составе, что улучшает стойкость к образованию горячих трещин при сварке.
Авторами были выплавлены в вакуумно-индукционных печах три слитка заявляемого и один известного составов (табл. 1), проведена горячая пластическая обработка, включая ковку, прокатку и волочение, в результате чего получена проволока диаметром 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мм и осуществлена ручная аргонодуговая сварка с использованием этой проволоки пластин толщиной до 40 мм стали ЭП-302. Из сварных соединений были изготовлены образцы для испытаний на длительную прочность, ударный изгиб с надрезом по металлу шва, макро- и микрошлифы.
Склонность металла шва к тепловому охрупчиванию определялась по изменению ударной вязкости (KCV, Дж/см2) при комнатной температуре испытания после длительных (до 10000 часов) выдержек при температурах 500 и 550°С. Технологическая прочность определялась по отсутствию горячих трещин в металле шва, оцениваемую при радиографическом и капиллярном контроле сварных соединений и металлографических исследованиях.
Результаты испытаний (табл. 2 и 3) подтверждают, что заявляемый состав сварочной проволоки превосходит известную по стойкости к тепловому охрупчиванию и длительной прочности, а также технологической прочности. Радиографический контроль, дефектоскопия и металлографические исследования не выявили наличия в металле шва горячих трещин, микротрещин. В связи с этим заявляемая проволока может быть использована для сварки деталей толщиной более 8 мм в отличие от известной проволоки ЭП305, которая допускается для сварки стали ЭП302 толщиной не более 8 мм (РД5.9633-75. Основные положения. «Сварка конструкций специальных судовых энергетических установок из стали аустенитного и перлитного классов и железоникелевых сплавов»).
Ожидаемый технико-экономический эффект от использования предлагаемой выразится в увеличении срока службы оборудования атомных энергетических установок за счет повышения длительной прочности, более высокой стойкости металла шва к тепловому охрупчиванию и уменьшению затрат при марочных работах в связи с упрощением технологии сварки.
| Таблица 1 Химический состав заявляемой и известной марок стали | ||||||||||||||
| Сталь | Условный № плавки | Содержание элементов в мас.% | ||||||||||||
| Углерод | Кремний | Марганец | Хром | Никель | Вольфрам | Титан | Ниобий | Цирконий | Сера | Фосфор | Железо |  | ||
| Предлагаемая | 1 | 0,005 | 1,6 | 1,0 | 15,0 | 10,0 | 1,2 | 0,20 | 0,18 | 0,009 | 0,017 | Остальное | 76 | |
| 2 | 0,02 | 1,9 | 1,5 | 16,2 | 12.1 | 1,6 | 0,50 | - | 0,12 | 0,010 | 0,020 | Остальное | 31 | |
| 3 | 0,03 | 2,4 | 2,0 | 17,0 | 13,0 | 2,0 | 0,60 | - | 0,06 | 0,011 | 0,016 | Остальное | 22 | |
| Известная | 4 | 0,08 | 2,8 | 1,5 | 15,9 | 8,3 | - | - | 0,9 | - | 0,009 | 0,025 | Остальное |
| Таблица 2 Изменение ударной вязкости металла шва (KCV) (Дж/см2) при комнатной температуре испытания заявляемой и известной марок сварочной проволоки после тепловых выдержек продолжительностью 104 часов. | ||||
| Сварочная проволока | Условный номер лавки | После сварки | После выдержки 104 часов при температурах, °С | |
| 500 | 550 | |||
| Предлагаемая | 1 | 128 | 55 | 50 |
| 2 | 126 | 45 | 40 | |
| 3 | 113 | 35 | 30 | |
| Известная | 4 | 80,4 | 5,1 | 4,7 |
В таблице приведены усредненные значения испытаний трех образцов на точку.
| Таблица 3 Длительная прочность металла шва заявляемой и известной марок сварочной проволоки | |||
| Сварочная проволока | Условный номер плавки | Предел длительной прочности за 104 ч, МПа | |
| Температура испытаний, °С | |||
| 500 | 550 | ||
| Предлагаемая | 1 2 3 | 290 300 320 | 190 190 200 |
| Известная | 4 | 230 | 165 |
Примечание: Испытания на длительную прочность проводили на базе 10 тыс. ч.
Состав сварочной проволоки, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, титан и цирконий при следующем соотношении элементов, мас.%:
| Углерод | 0,005-0,030 |
| Кремний | 1,60-2,40 |
| Марганец | 1,00-2,00 |
| Хром | 15,00-17,00 |
| Никель | 10,00-13,00 |
| Вольфрам | 1,20-2,00 |
| Титан | 0,20-0,60 |
| Цирконий | 0,06-0,18 |
| Железо | Остальное |
при этом отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22.
