Состав сварочной проволоки



Владельцы патента RU 2373037:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" (ГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU)

Изобретение может быть использовано для ручной и автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса при изготовлении изделий в нефтехимическом и энергетическом машиностроении. Сварочная проволока содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,10-0,12, кремний 0,15-0,25, марганец 0,5-0,7, хром 1,6-1,8, никель 0,21-0,30, молибден 0,5-0,6, ванадий 0,20-0,25, титан 0,05-0,10, медь 0,01-0,06, алюминий 0,005-0,015, азот 0,003-0,015, кислород 0,001-0,005, олово 0,0001-0,001, сурьма 0,001-0,005, мышьяк 0,001-0,080, кобальт 0,005-0,020, свинец 0,001-0,010, сера 0,001-0,006, фосфор 0,001-0,006, кальций 0,005-0,030, натрий 0,001-0,005, железо - остальное. Должно быть соблюдено следующее условие: Q=(Ni+Co)2+1,5Cu+0,2Mn+P+0,25(Sb+Sn)≤0,29, где Q - критерий охрупчивания в условиях облучения. Техническим результатом является снижение температуры хрупко-вязкого перехода металла сварных швов до -20°C с одновременным обеспечением высокой стойкости к тепловому и радиационному охрупчиванию. 3 табл.

 

Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть использовано для ручной и автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса при изготовлении изделий в нефтехимическом и атомном энергетическом машиностроении.

Для обеспечения надежности и долговечности оборудования сварочные материалы должны обладать комплексом технологических и служебных свойств: высокой прочностью и пластичностью, низкой температурой хрупко-вязкого перехода (Тк0), стойкостью против тепловой хрупкости, отсутствием существенной деградации свойств металла шва под воздействием нейтронного облучения.

В настоящее время значительная часть энергетического оборудования изготавливается из теплоустойчивой стали 15Х2МФА (ТУ 5.961-11060-77), которая содержит 2,5-3,0% Cr, 0,6-0,8% Мо, 0,25-0,35% V, обладает высокой прочностью и пластичностью при температуре эксплуатации до 500°С, а также низкой температурой хрупко-вязкого перехода (Тк0<-30°). Согласно действующей в атомной энергетике нормативной документации температура послесварочных отпусков не должна превышать 680°С.

Для сварки этой стали применяется сварочная проволока Св-10ХМФТУ по ТУ 14-1-4914-90.

Наиболее близким по составу является состав сварочной проволоки по патенту Российской Федерации №2194602, прототип, имеющий следующие ингредиенты, %:

Углерод 0,07-0,12 Азот 0,003-0,012
Кремний 0,15-0,40 Кислород 0,001-0,005
Марганец 0,3-1,2 Олово 0,0001-0,001
Хром 1,5-2,5 Сурьма 0,001-0,008
Никель 0,01-0,2 Мышьяк 0,001-0,01
Молибден 0,4-1,2 Кобальт 0,005-0,02
Ванадий 0,05-0,25 Свинец 0,001-0,01
Титан 0,01-0,15 Сера 0,001-0,006
Медь 0,01-0,06 Фосфор 0,001-0,006
Алюминий 0,005-0,05 Железо остальное

При этом должны обеспечиваться следующий соотношения:

(3,75Cr+V)×10-2/(0,028C+N)=3,7…19,5

0,07Cu+P+(Co+Ni)3≤0,021

Недостатком указанного состава является высокая температура хрупко-вязкого перехода (Тк0≤0°С) металла сварных швов, выполненных этой проволокой после отпуска при температуре 670±10°С. Температура хрупко-вязкого перехода сварных швов, расположенных напротив активной зоны, является основным фактором, лимитирующим продолжительность срока службы корпуса атомного реактора и всей АЭС в целом.

Техническим результатом настоящего изобретения явилось снижение температуры хрупко-вязкого перехода металла сварных швов до -20°С одновременно с обеспечением высокой стойкости к тепловому и радиационному охрупчиванию.

Поставленный в заявке технический результат достигается изменением соотношения легирующих элементов, введением дополнительно в состав заявляемой сварочной проволоки кальция и натрия и увеличением содержания никеля.

Предлагается состав сварочной проволоки, содержащий, мас.%:
Углерод 0,10-0,12 Кислород 0,001-0,005
Кремний 0,15-0,25 Олово 0,0001-0,001
Марганец 0,5-0,7 Сурьма 0,001-0,005
Хром 1,6-1,8 Мышьяк 0,001-0,080
Никель 0,21-0,30 Кобальт 0,005-0,020
Молибден 0,5-0,6 Свинец 0,001-0,010
Ванадий 0,20-0,25 Сера 0,001-0,006
Титан 0,05-0,10 Фосфор 0,001-0,006
Медь 0,01-0,06 Кальций 0,005-0,030
Алюминий 0,005-0,015 Натрий 0,001-0,005
Азот 0,003-0,015 Железо остальное

Нормирование содержания легирующих выполнено таким образом, чтобы металл сварного шва после соответствующих технологических отпусков обеспечивал требуемый уровень важнейших механических свойств. Кроме того, для достижения необходимой стабильности основных физико-механических свойств в условиях работы корпуса атомного реактора должно соблюдаться следующее условие:

Q=(Ni+Co)2+1,5Cu+0,2Mn+P+0,25(Sb+Sn)≤0,29

где Q - критерий охрупчивания в условиях облучения.

Увеличение вязких характеристик при пониженных температурах достигается за счет легирования кальцием и натрием. В указанных пределах такое легирование способствует очищению границ зерен и повышению вязких и пластичных свойств металла сварного шва. Дальнейшее повышение содержания кальция и натрия приводит к увеличению неметаллических включений по границам зерен и, как следствие, снижению значений пластичности и ударной вязкости.

Увеличение содержания никеля также позволяет добиться требуемого увеличения вязкости, пластичности стали и снижения ее температуры хрупко-вязкого перехода (Тк0). Кроме того, никель положительно влияет на прокаливаемость стали, что немаловажно при толщинах свариваемых деталей, применяемых в корпусах реакторов. При содержании никеля менее 0,21% его влияние практически не сказывается на механические свойства металла шва. Превышение содержания никеля выше заданного предела ведет к значительному увеличению склонности металла к радиационному охрупчиванию при эксплуатации.

Совместное влияние никеля с марганцем приводит к резкому снижению стойкости стали к радиационному охрупчиванию. Дабы уменьшить их негативное влияние на радиационную стойкость стали, был снижен верхний предел содержания марганца до 0,7%.

На основании экспериментальных исследований было установлено, что на радиационное охрупчивание металла сварного шва кроме никеля и марганца также влияют такие элементы, как медь, сурьма, фосфор и олово, поэтому было ограничено их общее содержание в металле шва следующим условием:

Q=(Ni+Co)2+1,5Cu+0,2Mn+P+0,25(Sb+Sn)≤0,29

Таким образом, задача создания нового состава сварочной проволоки заключается в оптимизации содержания легирующих элементов с целью обеспечения требуемых характеристик прочности и пластичности, а также высокой стойкости к охрупчиванию под воздействием нейтронного облучения и высокотемпературного воздействия на металл сварных швов.

При легировании сварной проволоки вне заданных пределов, в соответствии с заявленными, состав сварочной проволоки становится неоптимальным, что проявляется в усилении склонности к радиационному охрупчиванию, снижению характеристик пластичности и вязкости.

На производственной базе ОАО "Ижорские заводы" ЦНИИ КМ "Прометей" провел комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической обработке и изготовлению опытной партии сварочной проволоки, изготовлены сварные пробы в натурном сечении и проведены их испытания.

Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых механических и служебных свойств представлены в табл. №1-3. Термическая обработка (отпуск) была выполнена по стандартным режимам, соответствующим свариваемой стали и применительно к режимам отпуска элементов корпусов реакторов (655±10°С-15 ч+670±10°С-20 ч).

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования нового состава сварочной проволоки для изготовления корпусов реакторов АЭУ перспективных проектов выразится в повышении эксплуатационной надежности и ресурса изделий при обеспечении повышенной безопасности.

Таблица №1
Химический состав плавок
№ плавки Содержание элементов, %
С Si Mn Cr Ni Mo V Ti Си A1 N O
1 0,14 0,32 0,80 1,95 0,35 0,62 0,28 0,15 0,08 0,020 0,021 0,006
2 0,12 0,25 0,70 1,80 0,21 0,60 0,25 0,10 0,06 0,015 0,015 0,005
3 0,11 0,20 0,60 1,70 0,25 0,55 0,22 0,07 0,03 0,010 0,010 0,003
4 0,10 0,15 0,50 1,60 0,30 0,50 0,20 0,05 0,01 0,005 0,003 0,001
5 0,08 0,10 0,45 1,45 0,18 0,43 0,18 0,01 0,01 0,002 0,001 0,001
6(прототип) 0,10 0,28 0,80 2,00 0,15 0,80 0,30 0,08 0,02 0,010 0,010 0,003
№ плавки Содержание элементов, % Критерий радиационного охрупчивания
Sb Sn As Co Pb S Р Ca Na Fe
1 0.006 0,0020 0,081 0,025 0,012 0,008 0,008 0,035 0,006 Остальное 0,43
2 0,005 0,0010 0,080 0,020 0,010 0,006 0,001 0,030 0,005 0,29
3 0,002 0,0005 0,040 0,009 0,004 0,003 0,003 0,015 0,002 0,24
4 0,001 0,0001 0,001 0,005 0,001 0,001 0,006 0,005 0,001 0,21
5 0,001 0,0001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,003 0,001 0,14
6(прототип) 0,004 0,0005 0,005 0,015 0,005 0,004 0,003 - - 0,22

Таблица 2
Механические свойства металла шва
№плавка Механические свойства при Тисп=+20°С Ударная вязкость и % волокна в изломе (В) Тк0
σв σ0,2 δ ψ KCV В
МПа МПа % % Дж/см2 % °С
1 710 600 590 590 585 580 12 15 16 30 35 35 56 64 44 10 15 9 +30
2 570 590 600 520 520 540 16 16 20 62 63 70 156 140 218 100 100 90 -20
3 560 570 580 490 500 510 18 19 17 71 73 71 220 195 231 100 100 100 -25
4 560 540 560 470 450 460 23 21 22 75 71 71 224 240 234 100 100 100 -35
5 490 500 530 400 270 390 25 33 28 80 76 74 231 225 270 100 100 100 -40
6 (прототип) 590 610 630 550 530 560 18 16 15 56 61 55 128 93 112 45 32 48 0

Таблица 3
Свойства после облучения и сдвиг Тк0 в результате облучения
№плавки Значения Тк0 ΔТк0
После сварки и высокого отпуска После нейтронного облучения
1 +30 +70 40
2 -20 +10 30
3 -25 0 25
4 -35 -20 15
5 -40 -30 10
6 (прототип) 0 +25 25

Состав сварочной проволоки, преимущественно, для ручной и автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, титан, медь, алюминий, азот, кислород, олово, сурьму, мышьяк, кобальт, свинец, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кальций и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,10-0,12
Кремний 0,15-0,25
Марганец 0,5-0,7
Хром 1,6-1,8
Никель 0,21-0,30
Молибден 0,5-0,6
Ванадий 0,20-0,25
Титан 0,05-0,10
Медь 0,01-0,06
Алюминий 0,005-0,015
Азот 0,003-0,015
Кислород 0,001-0,005
Олово 0,0001-0,001
Сурьма 0,001-0,005
Мышьяк 0,001-0,080
Кобальт 0,005-0,020
Свинец 0,001-0,010
Сера 0,001-0,006
Фосфор 0,001-0,006
Кальций 0,005-0,030
Натрий 0,001-0,005
Железо Остальное,

при соблюдении следующего условия:
Q=(Ni+Co)2+1,5Cu+0,2Mn+P+0,25(Sb+Sn)≤0,29,
где Q - критерий охрупчивания в условиях облучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно разработке сложнолегированных сварочных материалов для наплавки антикоррозионного покрытия на изделия атомного энергетического машиностроения.

Изобретение относится к металлургии и к сварочному производству, и может быть использовано для изготовления сплавов на кобальтовой основе и присадочных металлов из этих сплавов для сварки, наплавки и ремонта сваркой ответственных деталей из высоколегированных жаропрочных никелевых и кобальтовых сплавов деталей горячего тракта авиационных газотурбинных двигателей, работающих при высоких температурах (более 900°С).

Изобретение относится к электроконтактной роликовой приварке, в частности к роликовому элетроду, и может быть использовано при восстановлении и упрочнении деталей вращения, а также при роликовой сварке спиральных швов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которые могут найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из жаропрочных никелевых сплавовИзвестен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%: Хром8,5-10,0 Железо3,5-5,0 Бор0,2-0,4 Кремний6,0-7,2 Молибден10,0-12,0 Вольфрам8,0-10,0 Никельостальное (Справочник по пайке.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к припоям на основе серебра, и может быть использовано в ювелирной отрасли промышленности, электротехнике и приборостроении.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы для наплавки на лезвие дереворежущего инструмента, например на зубья пил.

Изобретение относится к сварке и касается состава стальной проволоки для механизированной сварки и наплавки изделий из низколегированных сталей, работающих при больших знакопеременных нагрузках, и может быть использовано преимущественно для износостойкой наплавки при восстановлении узлов и деталей железнодорожного подвижного состава.
Изобретение относится к сплавам для сварочных проволок и может быть использовано при изготовлении и ремонте изделий из медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18%, в том числе эксплуатирующихся в морской воде (рыбозащитные устройства, насосы и др.).
Изобретение относится к сплавам на основе никеля в качестве присадочного материала в сварных конструкциях в виде «лапши» или в виде сварочной проволоки. .
Изобретение относится к сплавам на основе никеля, предназначенным для применения в авиационной, энергетической отраслях промышленности в качестве присадочного материала в сварных конструкциях в виде «лапши» или в виде сварочной проволоки

Изобретение относится к области производства сварочных материалов для сварки высоколегированных жаропрочных и жаростойких сплавов на железохромоникелевой основе и может быть использовано при создании ответственных конструкций в металлургии, энергомашиностроении, химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, например, для изготовления реакционных змеевиков высокотемпературных установок пиролиза, подвергающихся значительным статическим нагрузкам, работающих при температурах 900-1100°С, в условиях науглероживания, коррозии и износа труб
Изобретение относится к сварочным материалам, предназначенным для электродуговой наплавки слоя стали, преимущественно при восстановлении изношенных поверхностей, деталей железнодорожного подвижного состава
Изобретение относится к технологическим процессам, а именно к пайке различных материалов электронной техники и, прежде всего, элементов электровакуумных изделий СВЧ
Изобретение относится к составам материалов, используемым для упрочняющей наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок открытой или закрытой дугой

Изобретение относится к области производства сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, в частности, для выполнения малоактивируемой антикоррозионной наплавки внутренней поверхности корпусов реакторов из теплоустойчивых радиационностойких малоактивируемых сталей

Изобретение относится к области производства сварочных материалов, используемых при изготовлении нефтеперерабатывающего оборудования, в частности для выполнения низкоуглеродистого барьерного подслоя на внутреннюю поверхность корпусов реакторов гидрокрекинга перед выполнением антикоррозионной наплавки для повышения стойкости против отслаивания
Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при изготовлении деталей горячего тракта газотурбинных двигателей, таких как направляющие аппараты компрессоров и сопловые аппараты турбин из деформированных и литых жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов и может быть использовано для сварки деталей из сталей перлитного класса между собой или для приварки к деталям из стали аустенитного класса
Изобретение относится к области металлургии и сварки, в частности к составу легированных сталей, которые применяются при изготовлении сварочной проволоки для электросварки броневых сталей
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2009-11-20 2013-03-21T03:35:38
Наверх