Патент на изобретение №2398666
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ЛЕГИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение может быть использовано для сварки конструкций из легированных теплоустойчивых хромомолибденовых сталей, работающих при температуре плюс 450°С. Стержень электрода выполнен из легированной стали с ограниченным содержанием цветных примесей, серы и фосфора. Нанесенное на стержень покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: мрамор 25-40, концентрат плавикошпатовый 20-33, песок кварцевый 10-15, ферротитан 5-10, ферросилиций 4-5, ферромарганец 3-5, двуокись титана 5-20. Электрод обеспечивает получение металла шва с более низкими значениями критической температуры хрупкости при высоких сварочно-технологических характеристиках и отсутствии пор в металле шва. 3 табл.
Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки легированных теплоустойчивых хромомолибденовых сталей, работающих при температуре плюс 450°С. За рубежом для сварки теплоустойчивых хромомолибденовых сталей типа 2,25Cr-1Mo используются сварочные электроды по составу наплавленного металла, близкие к основному металлу с ограниченным содержанием серы и фосфора (например, фирмы ESAB-OK 76.28) [4], содержащего (мас.%):
Для указанной цели в тепловой и атомной энергетике используются электроды типа Э-05Х2М. Эти электроды не отвечают современным требованиям, которые предъявляются к металлу шва по содержанию фосфора и серы, приводящих к повышению критической температуры хрупкости (Тко), в т.ч. после длительной эксплуатации при температурах +450°С. Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов, взятому в качестве прототипа, является электрод марки Н-10 (“Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов”. И.А.Закс, изд. СПб: WELCOM, 1996 г., стр.68, 162, 165), состоящий из стержня проволоки марки Св-04Х2МА, содержащей (мас.%):
и электродного покрытия, содержащего (мас.%):
Основным недостатком этих электродов является склонность к тепловому охрупчиванию металла шва в процессе эксплуатации при температурах более 450°С, а также склонность к образованию пор в процессе сварки. Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки легированных теплоустойчивых хромомолибденовых сталей, работающих при температурах до плюс 450°С, обеспечивающего высокую стойкость металла шва к тепловому охрупчиванию и повышению сварочно-технологических характеристик при сварке – повышению стойкости к образованию пор в металле шва. Технический результат достигается тем, что для стержня электрода используется электродная проволока, содержащая: углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель с ограниченным содержанием серы, фосфора, олова, сурьмы, мышьяка при следующем соотношении элементов, мас.%:
при этом суммарное содержание в проволоке S и P не превышает 0,018%, суммарное содержание As, Sb и Sn не превышает 0,016%. В электродное покрытие дополнительно введена двуокись титана, увеличено содержание ферромарганца, ферросилиция за счет ограничения ферротитана мрамора и концентрата плавикошпатового при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ограничение содержания цветных примесей, а также серы и фосфора в сварочной проволоке позволяет обеспечить металлу шва высокое сопротивление хрупкому разрушению. Комплексное легирование наплавленного металла сильным элементом-раскислителем кремнием через электродное покрытие за счет ферросилиция и песка кварцевого позволяет снизить порообразование в металле шва при сварке. Кроме того, повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости обеспечивается введением в покрытие двуокиси титана, которая позволяет получать самопроизвольную отделимость шлаковой корки и более низкое содержание диффузионного водорода. Был проведен комплекс опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки легированных теплоустойчивых хромомолибденовых сталей. Была выполнена вакуумно-индукционная плавка стали марки 04Х2МАА-ВИ с химическим составом, приведенным в таблице 1, из которой путем ковки с последующей прокаткой и волочением была получена проволока диаметром 4 мм. Опытные образцы электродов были изготовлены на ОАО “Машиностроительный завод “ЗиО-Подольск”. Опытные образцы электродов испытывались при сварке теплоустойчивой стали марки 10Х2М. Сварку производили в нижнем положении на постоянном токе обратной полярности с предварительным подогревом при температуре плюс 100-150°С, Iсв=110-150 А. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва сварных проб показал отсутствие недопустимых дефектов: пор, трещин, непроваров, прожогов. Из металла сварных швов, полученного электродами предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств, критической температуры хрупкости. Химический состав наплавленного металла известного и заявленного электродов представлен в таблице 1. Состав покрытий заявленного и известного сварочного электрода представлен 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 (Тко=0°С) позволяет получать металл шва с более низкими значениями критической температуры хрупкости (Тко=-20÷-22°С) при обеспечении более высоких сварочно-технологических характеристиках электродов и отсутствия пор в металле шва. Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности конструкций за счет повышения сопротивления хрупкому разрушению в процессе длительной эксплуатации энергетического оборудования, работающего в условиях повышенных температур, а также снижения трудозатрат за счет исключения работ по зачистке и ремонту сварных швов.
Формула изобретения
Легированный электрод для сварки теплоустойчивых сталей, включающий стальной стержень и электродное покрытие, содержащее мрамор, концентрат плавикошпатовый, кварцевый песок, ферросилиций, ферротитан, ферромарганец, отличающийся тем, что электродное покрытие дополнительно содержит двуокись титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
а стальной стержень выполнен из проволоки, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:
при этом суммарное содержание в проволоке S и P не превышает 0,018%, а суммарное содержание As, Sb и Sn не превышает 0,016%. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
02, МПа
5, %
, %
Тт, °С