Патент на изобретение №2167037
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ
(57) Реферат: Изобретение относится к сварочному производству. Состав сварочной проволоки содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,04-0,12, хром 0,4-0,9, кремний 0,2-0,5, марганец 0,8-1,4, молибден 0,2-0,6, ванадий 0,1-0,4, сера не более 0,025, фосфор не более 0,025, кальций 0,05-0,12, никель 0,05-0,4, железо – остальное, при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 0,12-0,13, а отношение содержания серы к суммарному содержанию кальция и марганца должно быть в пределах 0,016-0,029. Технический результат заключается в повышении эффективности и технологичности сварки изделий из высокоуглеродистых сталей за счет повышения сопротивляемости против горячих трещин и хрупкого разрушения, вязкости в сочетании с высокой антикоррозионной твердостью и прочностью сварного шва. Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий из высокоуглеродистых сталей, работающих при больших знакопеременных нагрузках. Известен состав сварочной проволоки для сварки и наплавки высокоуглеродистых сталей с повышенным содержанием серы, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод – – 0,06-0,11 Хром – 0,95-1,25 Кремний – 0,45-0,70 Марганец – 1,20-1,50 Молибден – 0,50-0,70 Ванадий – 0,20-0,35 Сера – Не более 0,03 Фосфор – Не более 0,03 Никель – <0,30 (см. ГОСТ 2246-70) Однако известный состав сварочной проволоки не обеспечивает при сварке и наплавке высокоуглеродистых сталей мелкозернистую стабильную структуру с требуемой пластичностью и вязкостью, а также стойкую к хрупкому разрушению и горячим трещинам. Кроме того, применение известного состава сварочной проволоки при наплавке высокоуглеродистых сталей приводит к образованию трещин в наплавленном металле из-за чувствительности его к скорости охлаждения и неметаллическим включениям сульфидного типа. Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа состав сварочной проволоки, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, кальций, железо, в который введен кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод – 0,06-0,10 Хром – 0,9-1,20 Кремний – 0,4-0,70 Марганец – 1,55-1,80 Молибден – 0,5-0,70 Ванадий – 0,2-0,45 Сера – 0,025-0,04 Фосфор – 0,025-0,030 Кальций – 0,05-0,20 Железо – остальное при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия составляет 0,066 – 0,087, а отношение содержания серы к суммарному содержанию кальция и марганца находится в пределах 0,015 – 0,020 (см, например, описание изобретения к патенту РФ N 2104138, кл. B 23 K 35/30, опубл. 1998). К недостаткам прототипа можно отнести нестабильное мерцающее горение дуги, а также возможность образования горячих трещин и сравнительная хрупкость сварного шва. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение эффективности и технологичности сварки и наплавки изделий из высокоуглеродистых сталей за счет повышения сопротивляемости против горячих трещин и хрупкого разрушения, вязкости в сочетании с высокой антикоррозийной твердостью и прочностью сварного шва. Технический результат достигается тем, что состав сварочной проволоки, содержащий углерод, хром, кремний, марганец, молибден, ванадий, серу, фосфор, кальций, железо, дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод – 0,04-0,12 Хром – 0,4-0,91 Кремний – 0,2-0,5 Марганец – 0,8-1,4 Молибден – 0,2-0,6 Ванадий – 0,1-0,4 Сера – не более 0,025 Фосфор – не более 0,025 Кальций – 0,05-0,12 Никель – 0,05-0,4 Железо – остальное, при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 0,12 – 0,13, а отношение содержания серы к суммарному содержанию кальция и марганца должно быть в пределах 0,016 – 0,029. Ванадий, молибден и кальций в предлагаемых пределах введены в сварочную проволоку как комплекс карбидообразующих и модифицирующих добавок. При введении ванадия менее 0,1% карбиды ванадия образуются в металле сварного шва в незначительном количестве, что приводит к росту зерна при сварке и как следствие к снижению ударной вязкости и прочности металла шва. Повышение содержания ванадия выше 0,4% приводит к чрезмерному напряжению, особенно границ зерен, что приводит к снижению ударной вязкости и появлению трещин в основном в околошовной зоне сварки. Молибден и ванадий, введенные в предлагаемых пределах, при сварке высокомарганцовистых сталей в металле шва и околошовной зоне образуют карбиды мелкодисперсной формы. Введение в композицию никеля в качестве стабилизатора дуги и пластификатора технологического процесса в пределах 0,05 – 0,4% обеспечивает повышение сопротивляемости против горячих трещин и хрупкого разрушения, вязкости в сочетании с высокой антикоррозийной твердостью и прочностью сварного шва, что в конечном итоге обеспечивает повышение эффективности и технологичности сварки и наплавки изделий из высокоуглеродистых сталей, при этом содержание никеля менее 0,05% не оказывает заметного влияния на технологичность процесса и сварного шва, а увеличение содержания никеля свыше 0,4% ведет к неоправданному резкому увеличению стоимости сварочных электродов. Экспериментальным путем было установлено, что соотношение содержания углерода, молибдена и ванадия, позволяющее получить оптимальную стабильную структуру металла сварного шва при сварке высокоуглеродистых сталей с мелкодисперсными карбидами, должно отвечать следующей зависимости: C:(Mo+V)=0,12-0,13 где C – содержание углерода, мас.%; V – содержание ванадия, мас.%; Mo – содержание молибдена, мас.%. При увеличении данного соотношения более 0,13% ухудшается состав карбидной зоны металла шва – появляются менее твердые карбиды цементного типа. При снижении данного соотношения менее 0,12% снижается прочность металла сварного шва за счет уменьшения количества карбидной фазы. Кальций введен в количестве 0,05-0,12% как раскислитель и образует в металле сварного шва оксисульфиды глобулярной формы. При содержании кальция ниже 0,05 мас. % ухудшается морфология сульфидов, приобретающих игольчатую форму, что вызывает снижение стойкости металла шва к хрупкому разрушению. Избыточное содержание кальция выше 0,12 мас.% приводит к выделению оксисульфидов по границам зерен и снижению как следствие стойкости металла шва к хрупкому разрушению. Оптимальное соотношение содержания серы, кальция и марганца, позволяющее получить металл сварного шва с минимальным содержанием неметаллических включений по границам зерен, а также с мелкими оксисульфидами глобулярной формы, было определено экспериментальным путем и отвечает следующей зависимости: S:(Ca+Mn)=0,016-0,029 где S – содержание серы, мас.%; Ca – содержание кальция, мас.%; Mn – содержание марганца, мас.%. При увеличении данного соотношения более 0,029 мас.% снижаются пластические свойства металла сварного шва за счет выделения при сварке высокоуглеродистых сталей в металле шва сульфидов марганца игольчатой формы, что приводит к снижению стойкости, к хрупкому разрушению, т.е. образуются трещины. Снижение данного соотношения менее 0,016 мас.% может привести к выделению оксисульфидов по границам зерен и снижению стойкости металла сварного шва к хрупкому разрушению. Как показывают экспериментальные данные, предлагаемая сварочная проволока при сочетании оптимальных соотношений C:(Mo+V) = 0,12-0,13 и S:(Ca+Mn)= 0,016-0,029, а также при содержании остальных компонентов в предлагаемом диапазоне позволяет получить хороший комплекс механических свойств металла сварного шва, а именно сочетание высоких значений прочности, пластичности, стойкости к хрупкому разрушению. Такое сочетание свойств обеспечивается стабильной структурой металла сварного шва, наличием мелкодисперсных карбидов, которые способствуют образованию мелкого зерна в металле шва. На базе АО “Электросталь”, г. Электросталь были изготовлены несколько вариантов сварочной проволоки различного состава. Изготовленной сварочной проволокой диаметром 3 мм производили сварку “колесной стали “2” следующего состава, мас.%: C-0,04-0,12; Cr 0,4-0,9; Mn 0,8-1,4; Si 0,2-0,5; Mo 0,2-0,6; V 0,1-0,4; P не более 0,025; S не более 0,025; Ca 0,05-0,12; Ni 0,05-0,4; Fe – остальное. Режим сварки: Iсв = 320  20A,Uсв = 29 2B,Vсв = 20 м/ч. Температура подогрева 160oC. После сварки вырезанные стандартные образцы подвергались визуальному осмотру и механическим испытаниям. Наряду с испытаниями образцов сваренных предлагаемой сварочной проволокой качественной оценке подвергались образцы металлов шва, сваренных проволокой 08ХСМФА (прототип). Режим сварки тот же, что и в случае с предлагаемой сварочной проволокой, но даже при температуре предварительного подогрева 180oC в металле шва, сваренного проволокой прототипом, появляются трещины размером от 1 мм по всей длине. Металлографический анализ показал, что металл сварного шва имеет многочисленные сульфиды марганца игольчатой формы. Твердость металла сварного шва 300-330 HV. В результате испытаний на основании полученных данных можно установить, что для получения стабильной структуры металла сварного шва и высоких механических свойств необходимо для сварки высокоуглеродистых сталей использовать сварочную проволоку предлагаемого состава, учитывая предлагаемые соотношения. Результаты исследований на прочность и ударную вязкость подтверждаются ранее полученными результатами на качественную оценку жестких проб для горячих и холодных трещин. Кроме этого, наличие трещин на натуральных образцах полностью совпадает с наличием трещин на исследуемых образцах. Формула изобретения
Углерод – 0,04 – 0,12 Хром – 0,4 – 0,9 Кремний – 0,2 – 0,5 Марганец – 0,8 – 1,4 Молибден – 0,2 – 0,6 Ванадий – 0,1 – 0,4 Сера – не более 0,025 Фосфор – не более 0,025 Кальций – 0,05 – 0,12 Никель – 0,05 – 0,4 Железо – Остальное при этом отношение содержания углерода к суммарному содержанию молибдена и ванадия должно составлять 0,12 – 0,13, а отношение содержания серы к суммарному содержанию кальция и марганца должно быть в пределах 0,016 – 0,029. |
||||||||||||||||||||||||||
