Состав сварочного материала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„5U„, 1T80965 Al (st)s В 23 К 35/30, С 22 С 38/50

ГОСЧДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪ|ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР л.

ОП ИСАНИ Е И ЗОБРЕТЕ НИ Я с Ю1, "л,.;„. ." .:;,"г;, 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ "-:! / (21) 4926699/08 (22) 25.02.91 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов

"Прометей" (72) P,А.Козлов, В.А,Игнатов, Г.П„Карзов, Н.Б.Щербинина, Т,А.Колмакова, Г,Е.3yáoва, H.Þ.Äóíàåecêàÿ, Е,M.Êðàñíèê, А.P.Èñхаков, А,В.Грибанов, А.А.Ходасевич, B.Ï,Ïàâëîâ, Н.M.Êîðîëåâ, В.И.Кружков и

M.Ô. Е горов (56) Сварка в машиностроении. Справочник.

Т. 2 / Под ред. А.И.Акулова, с, 13.

Авторское свидетельство СССР

М 1232445, кл. В 23 К 35/30, 1983.. (54) СОСТАВ СВАРОЧНОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: Наплавка реакторов гидрокрекинга нефти, работающих в среде

Изобретение относится к производству сварочных (наплавочных) материалов и может быть использовано для водородоса>йкой наплавки перлитных реакторных сталей, работающих в среде водорода прй высоком давлении (160 атм) и температуре

450-550 С (гидрокрекинг нефти).

В настоящее время для выполнения первого слоя водородостойкой наплавки реакторов гидрокрекинга нефти по аналогйи с технологией наплавки реакторов атомных энергетических станций (АЭС) применяется аустенитно-ферритная сварочная лента марки Св-07Х25Н13.

Основными недостатками примей4нмя этой сварочной ленты является склонность к так называемому "отслаиванию" наплавки

2 водорода высоких параметров применительно к химическому машиностроению и нефтеперерабатывающей промы шленности. Сущность изобретения: Сварочная лента имеет следующий состав, мас.%: углерод — 0,004-0,015, кремний -0,2-0,4, марганец — 0,5 — 1,0, хром — 19,5-23,0, никель—

14,5-18,0, молибден — 2,0-2,5, титан — 0,06—

0,15, кальций — 0,03 — 0,05, калий — 0,01-0,03, железо — остальное, Отношение суммарного содержания титана и кальция к углероду составляет 10-30. Состав способствует по. вышению стойкости против отслаивания наплавленного металла по границе сплавления и значительному повышению сопротивления хрупкбму разрушенйю зоны сплавления после термической обработки.

3 табл. в процессе эксплуатации, а также охрупчивэние ее в процессе термической обработки при 660-720 С, Поэтому с целью снижения склонности к отслаиванию и охрупчиванию в процессе эксплуатации необходимо было разработать новую сварочную ленту для выполнения 1-го слоя водородостойкой наплавки перлитных сталей, работающих в среде водорода при повышенных температурах и давлении.

Наплавка выполняется автоматическим способом с использованйем известного плавленого флюса марки 480Ф 1 О. При этом обеспечивается отсутствие отслаивания наплавки при эксплуатации реакторов гидрокрекинга нефти в среде"водорода высоких

1780965 параметров, а также повышается сопротивление хрупкому разрушению металла как зоны сплавления наплавки, так и самого металла наплавки.

Из известных сварочных материалов по составу наиболее близко подходит к предлагаемой сварочная проволока, которая имеет следующий состав,мас.%:

Углерод 0,002-0,06

Кремний 0,05-0,7

Марганец 1,0-2,0

Хром 16,0-18,0

Никель 8,5 — 11,0

Молибден 1,0-2,0

Алюминий 0,01-0,2

Титан 0,01-0,15

Ниобий 0,01-0,1

Цирконий 0,01 — 0,15

Азот 0,005 — 0,1

Иттрий 0,01 — 0,1

Кальций 0,008 — 0,02

Железо Остальное причем (Cr+ Мо)Ы 0,55 от указанного количества- Сг+14,5 мас.%

Однако указанный известный сварочный материал не может быть применен в качестве нанлавочного материала для 1-го слоя водородостойкой наплавки на перлитную сталь в связи с пониженным содержанием хрома и никеля по сравнению с заявляемйм составом. При расчете структуры металла найлавки по диаграмме Шефф лера установлено, что пониженные значения Сгэ и Юэпрототипа приводят при наплавке на перлитную сталь (10 — 20% перемешивания с основным металлом) к образованию в зоне сплавления хрупких мартенситных прослоек с повышенной твердостью и низкими значениями ударной вязкости в связи с малым запасом аустенитности известной сварочной проволоки, Наличие переходных мартенситных прослоек способствует отслаиванию наплавленного металла в процессе эксплуатации, а также не может обеспечить стойкость его против охрупчивания в процессе термообработки.

Кроме того, пониженное содержание

Мо в составе известной сварочной проволоки также не способствует обеспечению стойкости против отслаивания из-эа недостаточного связывания углерода из твердого раствора в более стойкие карбиды молибдена по сравнению с карбидами хрома, менее стойкими против воздействия водорода с образованием газа метана. приводящего к отслаиванию наплавки в процессе эксплуатации.

Вместе с тем пониженное содержание кальция (менее 0,02%) не обеспечит достаточно полного раскисления наплавленного металла, а также измельчения зерна в первом слое наплавки с целью повышения стойкости его против отслаивания, Отсутствие в составе известной сварочной проволоки калия обусловливает низкую стабильность горения дуги.

Целью изобретения является создание сварочной ленты для наплавки 1-го слоя водородостойкого покрытия перлитных ста5

10 димостью получения определенного значения эквивалента хрома и никеля, рассчитанного по диаграмме Шеффлера. Это обеспечивает получение в первом слое наплавки аустенитную структуру с небольшим количеством д -феррита (2-5) (составы 1,2 и 3 в табл. 2), что гарантирует высокое сопротивление наплавленного металла образованию горячих трещин и отсутствие его

50 охрупчивания после термической обработки.

Введение в состав сварочной ленты титана не менее 0,06% и не более 0,15% способствует образованию водородостойких карбидов титана вместо карбидов хрома, взаимодействующих с водородом, что повышает сопротивляемость отслаиванию наплавленного металла. лей реакторов гидрокрекинга нефти, работающих в среде водорода с высоким давлением и температурой, обеспечивающей отсутствие отслаивания наплавки при

15 эксплуатации, повышение сопротивления хрупкому разрушению и воздействия водорода высоких параметров, а также повышения стабильности горения дуги.

Это достигается тем, что в сварочную

20 ленту, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, титан, кальций и железо, дополнительно введен калий при следующем соотношении компонентов, мас. :

25 Углерод 0.004-0,015

Кремний 0,2-0,4

Марганец 0,5 — 1,0

Хром,19,5-23,0

Никель 14,5-18,0

30 Молибден 2,0-2,5

Титан 0,06-0,15

Кальций 0,03-0,05

Калий 0,01-0,03

Сера 0,008-0,015

35 Фосфор 0,008-0,015

Железо Остальное

При этом отношение суммарного содержания титана и кальция к углероду 10-30.

Расширение пределов легирования по

40 Сг(19,5-23,0)% при повышении содержания

NI (14,5 — 18,0), а также изменение пределов легирования Мо и SI связано с необхо1780965

5 6

Легирование элементами — модифика- Производилась оценка стабильности готорами титаном и кальцием (не менее . рениядугипринаплавкепредлагаемойсваО 03%) в колич Ъ+ С. 10-Зообеспе- Рочной лентой и известными сваРочными в количестве С вЂ” о еспе- материалами. чивает иэмельчение зерна (балл зерна 4-6, 5 Перед изготовлением образцов пластитабл. 3} в зоне сплавления наплавкй; тем ны с наплавкой подвергались двойному отсамымобеспечиваяотсутствиеотслаивания пуску: при 660 +.10 С, выдержке 24 ч, при более полном раскислении наплавлен- охлаждении до 300 С с печью, далее на ного металла. Введение Са более 0,05% ме- . воздухе и отпуске при 720-1е С, выдержке таллургически не осуществимо. 10 15 ч, охлаждении до 300 С с печью, далее

Ограничение содержания углерода до на воздухе.

О,015% применением вакуумно-индукцйон- Испытайия в среде водорода произвоного метода выплавки позволяет повысить дили при 450 С, выдержке 24 ч, охлаждении водородостойкость наплавки: за счет со скоростью 100 С/ч. уменьшения количества карбидов. Огра- 15, Результаты исп аний и исследований ничение содержания марганца в преде- приведены в табл., 3. лах 0,05-1,00% способствует понижению . Как видно из бл. 2, при автоматичеводородной хрупкости.: ... -;: :. ской наплавке предлагаемой сварочной

Дополнительное введение в состав сва- лентой обеспечивается резкое повышение рочной ленты калия(не менее 0,01 ) обес- 20 сопротивления хрупкому разрушению на- печивает повышение стабильности горения . плавленного металла. со структурой (А+2дуги под флюсом, но не более 0,03%, что 5 Ф) (см. табл. 2, составы 1 — 3), по. позволяет получить более стабильный по сравнению с использованием известных эа химическому составу и структуре наплав- счет отсутствия сигматиэации после термиленный металл. При введении К более 25. ческой обработки. При этом относительное

0,03% стабильность горения дуги нарушает- удлинение составляет 30 — 32%, относителься.. : . . ное сужение — 60 -65%, а значения ударной

:Для подтверждения сказанного были вязкости — 120-180 Дж/см, изготовлены (см. табл. 1) 3 плавки предлага- Сопротивление хрупкому разрушению емой сварочной ленты (М 1 — 3) и 2 плавки с 30 зоны сплавления при использовании предзапредельным содержанием элементов (М, лагаемой ленты также выше,.чем при ис4-5). - . .. пользовании известных материалов 3a счет:

Крометого,длясравнениябылаисполь- более йиэкого содержания углерода в назована известная лента марки Са-07Х25Н13 плавленном металле(табл. 3) при выделении промышленной поставки (% 6) и известные 35 мелкодиспесных карбидов титана, по телу электроды марки ЗИ0-8 (hL 7), химический зерна по сравнению с карбидами хрома по состав наплавленного металла которых при- границе зерен при применении известных веден в табл. 1. .:: .::: . сварочных материалов (В .рр.=0,02 0,05 MM).

Предлагаемыми и известными свароч- При этом значение ударной вязкости зоны ными лентами производилась многослой- 40 сплавления при выполнении предлагаемой ная наплавка на сталь марки 15Х2МФА-А . сварочной лейтой.составляет 50-80 автоматическим методом под слоем флюса: Дж/см, работа зарождения и распростраг марки 480Ф-10, а также производилась на- . нения трещины соответствейно 60-80 Дж, плавка электродами марки ЗИ0-8..: . 30 — 50 Дж/смг..

Из пластин с наплавкой изготавлива- 45 При применении предлагаемой сварочлись образцы диаметром 80 мм, высотой 45: ной ленты отсутствует отслаивание наплавмм (д,»д.= 8 мм)для оценки площади отсла- ки (табл. 3) за счет измельчения зерна в 4-6 ивания наплавки в среде водорода, образцы . раз в зоне сплавления наплавки (балл зерна на определение ударной вязкости металла 4-6, см. табл. 3) при введении в состав ленты наплавки и зоны сплавления с 1-м слоем 50 элементов — модификаторов титана и кальнаплавки при испытании на ударный изгиб .. Tl + Са и определения работы зарождения (A>.t.) и С распространения(Ар.т,)трещины при испы- ние углерода в водородостойкие карбиды тании на статический изгиб. Изготавлива- титана. При использовании известной свались шлифы для определения балла зерна в 55 рочной ленты площадь отслаивания наплавзонесплавления наплавки(ГОСТ5639 — 82), : ки в среде водорода составляет от 30% ширины карбидной гряды, замеров твердо-, (электроды ЗИ0-8) до 100/, — лента марки сти. Cs-07X25H13. При этбм балл зерна в зоне . сплавления наплавки составляет 3 — 4 (см. табл. 3).

7, 1780965 8

При атом ударная вязкость зоны сплав- жания тлеродааметалленаплазки КСЧ-40

-кЛЕйннйонналяаВКИ ПОСЛЕ ИСПйтаНИЯ а СРЕДЕ ДЛК/СМ Акт.-38 ДЛК, АЛЛ28Дж/СМ ). ТаЕКЕ водорода при 450 С и давлении 160 атм наблюдается отслаивание наплавки (20 значительно выше при использовании пред- площади образца) при балле зерна 4 за счет лагаемой сваРочной ленты (М 1-3), чем при 5 е с а очности о ошения Т! + Са от использований йзвк6смтных" Сварочных мате- . д -... С . риалов (М 6-7). : .. " . тимального значения (8 место 10) и выделеПри наплавке лентой С зтаапредельным ния карбиДовт хрома по границам зерен соьдержанйем по углероду, ккремнйью, мар- наряду с образованием карбидов титана, ганцу, храму, никелю; молибдейу л титатну, 10 Техййко-экономическая эффективность ,кальцию. калию, а также отноШением изобретения Заключается в повышений наТ

С (М 4)лна"лавленныи мЕтмл икмеет аоровмМФФкрекинганефтиприснижении чисто аустенитную структуру (см. табл. 2, - продолжительности простаивания химичесостав 4) и имеет склонность к обрьазноьваннию 15 ского обортудзовзания из-за ремонта наплавки горячих трещин при наплавке, ПрТЧМомзпри пфй примейении автоматической наплавки йеремешиванйи с перлитной сталью (20- . Лейтой и i йсклютчении отСлаивания наплавПри этом наблюдается незначйтельное 25 ющий углерод, кремний, марганец, хром, отслаивайие наплавки (площадь отслаива- никель, молибден, титан. кальций, железо, ния составляет10ь)засчет-низклогоьксодер- -: о т л: и ч а ю шийся тем, что, с целью жания элементов-модификаторов (Tl и Са) и предотвртащения отслаивания наплавлензначител ьн ого-отклонения отношения ного металла в процессе эксплуатации и охTl + Са от оптимального значения (35 вме- 30 Рупчивания в процессе термообработки при

С . ".... использовании состава для водородостойсто 30) при балле зерна, равном 3 (см. табл. кой наплавки реакторов гидрокрекинга неф3).: :.:: .: .-: --.: =-.:: .- -- -:=.: .: " . ти. состав содержит дополнительно калий

Кроме того, йедостаточное количество при следующем соотношении ингредиен35 тов, мас.$.

Углерод 0,004-0,015

Крем ний 0,2-0,4

Маргайец 0,5-1,0 калия снижает стабильность горения дуги под флюсом (табл. 3).

При автоматической наплавке лентой под флюсоМ с запредельным содтертжз айнием по углероду; кремнию, марганцу, хрому, ни- Хром " 19;5-23,0 келю, молибдену, тйтану, кальцию, калйю, а 40: Никель " 14,5-18,0 также отношением (hh 5) наплавТ!+Са

Молибден . 2,0-2,5

Титан 0,06-0,15 ленный металл йбдйергаеттсяь" оыхрупчмиванию

Кальций - 0,03-0,05

Калий: 0,01-0,03

45: Железо: .. Остальное причем отношение суммарного содержапосле термической обработки засечет йрьоцесса сигматизации (д =10,ф 15, КСЧ=ЗО Дж/см ). При этокм qoпpoтAвление

ХтрьУПКОМУ РаЗРУй ЕНИЮ ЗОНЫ СПЛааьЛЕйИЯ НЕ-: НИпЯ ГИтаНа И КаЛЬЦИЯ К УГЛЕРОДУ СОСтаВЛЯ достаточно высокое за счет высокого содер- ет 10-30. -- .тД...В Кьи «.мм .- ь .-"-.- тйд мн ЬС.:ЬлЗ4гЯ:.;к .. -Айзанат 6

40%) марки 15Х2МФА-А пкзрйьтаннвтоматйче- ки при эксплуатации в среде водорода при .ской наплавке в зоне сйлавлекйия возможно: Э/намчительном поьвышкении сопротивления образование мьартенситйойструкткукрй, при- 20 хрупкому Рвйрушеьнк ию при применейии водящей к повыйению твердьоьсти- гранйцы — -йредлагкаемой сварочной ленты по сравне-.. сплавления (HV=2400 МПа) и охрулпчз йваунйа нию с известной сварочной лентой. металла зоны сплааления КСЧ-20 Дж/см, Ф о р м у за и з обре те н и я

А3,Т.=10 Дж, Ар,у-10 Дж/см ).:--:. -::::,::.:.":, " Состав сварочного материала, включа1780965 таблица 1

Хинический состав преллага иой ceapo »>o» ленты и известных сварочных материалов " " t 5" (" Т"

0,015 0,4 l>0 0,015 0,015 23,0 18,0 2,5

0,002 0,1 0,4 0,>)02 0,002 18,0 13,5 1,0

0,03 0,5 1,2 0,03 0,003 24>0 19,0 3,0

Сварочные материалы к и/п

Ti ca сг,Х Nf, д

21,8 . 15,95

22,7 1Ь>2

26,1 18,95

19,2 13,8

27,75 20,5

К Fe

2

4 : 5 з Преллагаеиая сварочная ленте

0,06

0,10

0,15

0,05

О,2О

0,03

0,04

0 05

0,02

0,06

0,01 ост.

0,02 ост.

0,03 ест.

0,003 ост.

0,04 ост.

22,5

14,0

13,3

35,0

8>0

Запредельное солеркакие элвнентов е предлагаемой сварочной ленте

0,08 1,02 1,38 0,004 0,014 23,64 13, II

Известная сварочная лента Св-07X25HI3

25,2 16,2

26,1 16,8 ост .

7 0,10 0,61 1,67 0,005 0,028 25,2 13,0

Известные электроЛы марки Зио-8 ост.

Таблица 2

Ударная вязкость, работа заромяения и распространения трещины металла зоны сплавления нвплавки со сталью 15Х2МФА, механические свойства наплавленного металла, выполненного прелпагаеной сварочной лентой и известныии сварочныни иатериалаии (отпуск при 660 С - 24 ч, воздух;

720 C - 15 ч, воздух) Зона сплавления

Л пlп

Сварочные материалы

Металл наплавки

Структу- KCV А Ъ.T. ра воздух Дя

ITRRjl*7сиз

А т.т . Структу

flw/ñ» ра

KCV

ll>c/снз

80 50 А+22Ф 550 300 30 60 180.Предлагаеиая сварочная лента 1

7Г

Hl

50 тБ

7Т

30 н

12

А+Ф

2 А+Ф

А+22Ф 540 320 32, 65 .. 150

70 40

60 30 А+52Ф 560 350 32 65 120

520 300 35 60 180

4 А+М+Ф

Запредельное сояеряание элементов в предлагаеной сварочной ленте

38 28

20 10

А+52Ф 600 480 10

А+Ф

15 30

А+82Ф 560 400 10 20 15

Известная сварочная 6 лента Се-07Х25Н13

А+Ф

10 10

700 480 8 15

Известные электроды 7 марки-ЗИО-8

А+92Ф

Тя бл и ц а 3

Балл зерна в зоне оплавления, ширина карбидной грллы, твердость различных зон сварного соединения, площадь отслаивания напляяки после испытания в водороде, стабильность горения луги при иаплавке предлагаемой сварочной лентой и известныни сварочными иатериалаии (отпуск при 660 С - 24 ч, воздух, 720 С - 15 ч, воздух) Балл зерна в зоне сплавления гост 5639-32

ИЧ границы оплавления, Ноа

Ш п/п

Сварочные материалы

Стабильность горения дуги, балл

HV0OlS> Моа

ИЧ металла наплавки, МПа

Площадь отслоения наплавки после испытаний, рНК

160 атн 7 4504Ñ, <, «48 ч (2) Ширина карбидной грялы, нм

Прейлагаеиая свароч- 1 ная лента 2

2300

5

2300

2200

Нет отслаивания 5

Нет отслаивания 5

Нет отслаивания 5

Запрейельное содержание элементов в предлагаеиой сварочной ленте

5 4

2300

2400

О

0;0l

2200

Известная сварочная лента Св-07Х25Н13

2400 ISOO

2400 1800

100

6 -1

3500

0,05

Известные электроды марки ЗИО-8

3S00

7 О

О,А5

Составитель P. Козлов

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор С, Патрушева

Заказ 4239 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101