Патент на изобретение №2268129
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОД МАРКИ 48XH-7 ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ХЛАДОСТОЙКИХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение может быть использовано при производстве электродов для сварки высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа. Металлический стержень выполнен из проволоки марки Св-10ГНА. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 35,2-48,6, плавиковый шпат 17,0-24,0, кварцевый песок 4,0-10,0, рутиловый концентрат 6,0-12,0, железный порошок 10,0-15,0, никелевый порошок 0,4-0,8, комплексная лигатура 8,0-12,0, жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) 23,0-28,0. Комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: титан 25,00-35,00, кремний 2,00-6,00, алюминий 9,00-15,00, марганец 8,00-12,00, церий 0,02-1,00, бор 0,50-1,50, железо остальное. Электрод обеспечивает высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости сварных соединений хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С. 3 табл.
Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки хладостойких высокопрочных низколегированных сталей с пределом текучести от 400 до 600 МПа. Известны электроды, используемые для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности типа Э-138/50Н. Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов, и взятым в качестве прототипа, является электрод марки Э-138/50Н типа Э50А (“Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов”, И.А.Закс, изд. СПб: “WELCOME”, 1996 г., стр.336, 337), состоящий из стержня – проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего в мас.%:
Основным недостатком этих электродов является ограниченная хладостойкость металла шва до минус 20°С, повышенная склонность его к образованию пор, а также низкие сварочно-технологические свойства. Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки низколегированных высокопрочных хладостойких сталей, работающих при температурах до минус 60°С, обеспечивающего в металле шва высокие механические характеристики и низкую склонность к пористости. Технический результат достигается тем, что электрод марки 48ХН-7, состоящий из стержня-проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и стекло натриевое, дополнительно содержит рутиловый концентрат, никелевый порошок, комплексную лигатуру и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, %:
Введение в покрытие лигатуры в количестве 8-12% по массе обеспечивает содержание в металле шва 0,0015-0,0025% бора, 0,02-0,03% титана, 0,01-0,03% алюминия, что повышает его хладостойкость. Работа удара металла шва при температуре минус 60°С более 47 Дж. Повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости, объясняется введением в покрытие железного порошка и рутилового концентрата, которые совместно с композицией мраморплавиковый шпаткварцевый песок позволяют получать благоприятное формирование металла шва, самопроизвольную отделимость шлаковой корки. Введение в покрытие железного порошка приводит к повышению производительности сварки (коэффициент наплавки 10 г/Ач) и низким потерям электродного металла (коэффициент потерь менее 1,5%). Увеличение содержания железного порошка в покрытии (более 15%) затрудняет производство сварки в положениях, отличных от нижнего. Введение в покрытие рутилового концентрата в количестве 6-12% позволяет получить наряду с хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью металла шва к порообразованию, гарантированное содержание 0,02-0,03% титана в металле шва. Увеличение содержания в покрытии рутилового концентрата более 12% приводит к повышению содержания в металле шва титана и как следствие снижению механических характеристик металла шва. Введение в покрытие никелевого порошка 0,4-0,8% и комплексной лигатуры 8-12% позволяет получить оптимальное легирование, микролегирование, модифицирование и раскисление металла шва, а также перлитно-ферритную мелкозернистую структуру. Увеличение содержания никелевого порошка в покрытии (более 0,8%) приводит к повышению прочностных характеристик металла шва. Увеличение содержания комплексной лигатуры в покрытии, более 12% приводит к избыточному микролегированию металла шва и как следствие к снижению работы удара и склонности к трещинообразованию. При недостаточном микролегировании и легировании металла шва (содержание комплексной лигатуры в покрытии менее 8%) снижается работа удара, что вызвано увеличением размера зерна и уменьшением в структуре количества игольчатого феррита и бейнита. Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей. Были выполнены слитки стали марки 10ГНА с химическим составом, приведенным в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получены металлические стержни Электроды были изготовлены в опытном производстве на установке для производства покрытых электродов швейцарской фирмы “Эрликон”. Опытные образцы электродов испытывались на высокопрочных хладостойких низколегированных сталях марки F500 и стали марки Ст3сп.Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=150-170 А, Uд=22-24 В, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла 80-120°С. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений. Из металла сварных швов, полученного электродами предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств. Химический состав покрытий предлагаемого и известного сварочного электрода представлены в таблице 2. Данные сравнительных испытаний механических свойств металла шва представлены в таблице 3.
Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным позволяет получить более высокие прочностные характеристики и хладостойкость металла шва. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает более высокие сварочно-технологические характеристики электродов и отсутствие пористости в металле шва. Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности установок за счет повышения хладостойкости металла шва и снижения пористости, а также снижения трудоемкости сварочных работ за счет повышения сварочно-технологических характеристик электрода.
Формула изобретения
Электрод для сварки высокопрочных хладостойких низколегированных сталей, включающий стержень из проволоки марки Св-10ГНА и покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок и жидкое натриевое стекло, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно железный порошок, комплексную лигатуру, рутиловый концентрат и никелевый порошок при содержании компонентов в покрытии в следующем соотношении, мас.%:
при этом комплексная лигатура содержит элементы в следующем соотношении, мас.%
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 мм.
02, МПа
, %