Патент на изобретение №2179593

(54) ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургическим и сварочным материалам. Флюс содержит, мас. %: оксид алюминия – 20-25; оксид кальция – 5-8; комплексный оксифторид циркония и гафния – 2-5; фторид кальция – остальное. В качестве источника фторида кальция, оксифторидов циркония и гафния используют продукты выщелачивания спека циркона, кремнефтористого калия и хлорида калия. Флюс предлагаемого состава улучшает качество поверхности наплавляемого металла, стабильность электропроводности флюса при высокой температуре. Возможно также микролегирование и модифицирование металла для повышения коррозионных и механических свойств. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургическим и сварочным материалам.

Известен флюс ОФ – 6 ОСТ 5.9206-75, рекомендованный для дуговой механизированной и электрошлаковой сварки. Состав шихты флюса, мас. %: CaF₂ – 50-60; СаО – 16-20; MgO – 3,0; Al₂O₃ – 20-24; MnO – < 0,3; Fe₂O₃ – < 1,5; Р – < 0,05; S – < 0,05.

Флюс обладает хорошими технологическими свойствами. Относится к группе бескремнистых безмарганцовистых флюсов. Построен на базе шлаковой системы СаО – Аl₂О₃ – CaF₂ с преобладанием фтористого кальция.

Флюс имеет низкую химическую активность по отношению к свариваемому металлу.

Недостатком флюса является склонность к гидратации при хранении [И. И. Потапов. Сварочные материалы для дуговой сварки, т. 1. Защитные газы и сварочные флюсы. -М. : Машиностроение, 1983 г. ] .

Известен флюс АНФ – 1П для электрошлакового переплава цветных металлов и сталей. Состав шихты флюса, мас. %: CaF₂ – 90; Al₂O₃ – 3; СаО – 5; SiO₂ – 2,5.

Флюс обладает минимальной окислительной способностью, однако имеет высокую скорость испарения вследствие высокой упругости паров CaF₂ при температуре электрошлакового переплава [Б. Е. Патон, Б. И. Медовар. Электрошлаковая тигельная плавка и разливка металла. -К. : Наукова думка, 1988 г. ] .

В качестве прототипа настоящего технического решения выбран флюс АНФ-6, содержащий, мас. %: Al₂O₃ – 23-31; СаО – 8; SiO₂ – 2,5; CaF₂ – остальное [Н. Н. Потапов. Сварочные материалы для дуговой сварки. Москва, Машиностроение, 1989 г. ] .

Преимуществом данного флюса является:
– невысокая температура плавления;
– хорошие теплоизолирующие свойства;
– низкая склонность к гидратации.

К недостаткам указанного флюса относятся:
– повышенная электропроводность при высокой температуре, снижающая производительность плавки;
– активность флюса, обусловленная присутствием в составе флюса кремнезема.

Изобретение решает задачу улучшения технологических и металлургических свойств флюса, таких, как отделяемость шлаковой корки, качество поверхности наплавленного металла, стабильная электропроводность флюса при высокой температуре, микролегирование и модифицирование металла с целью повышения коррозионных и механических свойств.

Это достигается тем, что состав шихты флюса, содержащий фторид кальция, оксид кальция и оксид алюминия, дополнительно содержит комплексный оксифторид циркония и гафния при следующем соотношении компонентов, мас. %: Al₂O₃ – 20-25; СаО – 5-8; ZrF₂O+HfF₂O – 2-5; CaF₂ – остальное.

Пределы содержания фторида кальция и окиси алюминия определены исходя из электропроводности и температуры плавления флюса.

Повышение содержания окиси кальция выше верхнего значения ведет к росту температуры плавления флюса и его гидролизуемости.

Снижение концентрации ниже нижнего предела отрицательно влияет на десульфирующие свойства флюса.

Повышение содержания в шихте флюса комплексного оксифторида циркония и гафния выше верхнего значения приводит к повышению вязкости флюса, сужает интервал кристаллизации плава флюса, повышает активность флюса, что приводит к снижению коррозионных и прочностных свойств.

Снижение его содержания менее нижнего предела приводит к устранению микролегирующего эффекта, что также влияет на прочностные и коррозионные свойства наплавленного металла.

В технике известно использование окиси циркония и циркона для получения составов флюсов [Бобриков Ю. В. и др. Особенности окисления металла двуокисью циркония при наплавке под флюсом. Сварочное производство, 1983, 9. Займовский А. В. Двуокись циркония, как компонент низкокремнистых сварочных флюсов. Автоматическая сварка, 1979, 10, с. 61-64, а. с. 376198. Сварочный флюс] .

Применение термодинамически менее стойкого оксифторида циркония, обогащенного оксифторидом гафния, в сочетании с фторидом кальция, окислами кальция и алюминия, в указанных пропорциях, дает новый эффект, а именно, стабилизацию электропроводности при высоких температурах, улучшение отделяемости шлака, улучшение качества поверхности, повышение коррозионных и механических свойств наплавляемого металла, вследствие микролегирования и модифицирования структуры металла.

Таким образом, предлагаемый состав шихты флюса придает ему новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Основные компоненты флюса – фторид кальция и оксифториды циркония и гафния извлекались из отходов производства – продуктов выщелачивания спека циркона, кремнефтористого калия и хлорида калия. Использовался продукт, улавливаемый на рамных пресс-фильтрах в схеме регенерации гидроокиси калия.

Фторид кальция и оксифторид циркония и гафния подвергали предварительной сушке и прокалке при 700^oС.

Окись кальция и окись алюминия зашихтовывались в виде плава шлака, представляющего отходы производства чернового ниобия. Дефицит окиси алюминия компенсировался глиноземом по ГОСТ 6912. Шихта, составленная в указанных пределах, переплавлялась в печах ИС-016 при 1250-1350^oС. Плав флюса разливали в изложницы, подвергали дроблению и классификации по границам 0,4-3 мм. Готовый флюс анализировали по химическому составу.

Было осуществлено промышленное применение заявляемого флюса при сварке бандажей реторт для дистилляции кальция и проведены сравнительные испытания заявляемого технического решения и прототипа.

Испытания включали автоматическую сварку образцов, испытания образцов на разрыв и изгиб, испытания на сопротивление межкристаллитной коррозии. Проводили также:
– рентгеноструктурный анализ наплавленного металла на содержание циркония и гафния;
– металлографические исследования структуры наплавленного металла;
– измерения твердости.

Испытывались флюсы с различным составом шихты с содержанием компонентов по нижнему пределу – Н, по верхнему пределу – В и по средним значениям – С (табл. 1).

Сварка образцов и бандажей реторт выполнялась автоматом ТС-17Му в V-образную разделку.

Свариваемые материалы – сталь 12Х18Н10Т, толщина пластин = 12 мм; сварочная проволока 4 мм, марки Св-07Х19Н10Б.

Результаты испытаний составов флюсов, приведенные в табл. 2, позволяют сделать следующие выводы.

Металл, наплавленный с применением разработанного флюса, имеет более высокие механические свойства и сопротивление межкристаллитной коррозии при испытаниях по ГОСТ 6032-89 методом АМУ.

Зафиксировано легирование наплавленного металла цирконием и гафнием.

Структура металла более мелкозернистая, такая структура благоприятно сказывается на распределении примесных элементов и повышает прочностные и коррозионные свойства, что подтверждается таблицей.

Таким образом, сравнительные испытания показали повышение качества наплавленного металла при использовании заявляемого флюса.

Проведены испытания флюса при выплавке стали 35Х2Н7 по ГОСТ 9788 в печи ДСН 1,5. Отмечены хорошая жидкотекучесть флюса и отделяемость шлака от металла и подины печи.

Флюс рекомендуется для применения при электрошлаковом переплаве и электрошлаковой сварке.

Предприятие разработчик располагает всеми компонентами флюса в виде отходов основного производства, необходимым оборудованием для его выпуска в значительных количествах.

Формула изобретения

1. Флюс для сварки и электрошлакового переплава, содержащий фторид кальция, оксид алюминия, оксид кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит комплексный оксифторид циркония и гафния при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Оксид алюминия – 20-25
Оксид кальция – 5-8
Комплексный оксифторид циркония и гафния – 2-5
Фторид кальция – Остальное
2. Флюс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника фторида кальция, оксифторидов циркония и гафния используют продукты выщелачивания спека циркона, кремнефтористого калия и хлорида калия.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.09.2009

Извещение опубликовано: 10.07.2010 БИ: 19/2010