Сварочная проволока для наплавки колесных пар железнодорожного транспорта

 

Изобретение относится к области сварочных металлических материалов. Сварочная проволока для наплавки колесных пар железнодорожного транспорта содержит следующие компоненты, мас.%: углерод - 0,06-0,1; кремний - 0,5-0,8; марганец - 1,3-1,7; никель -0,05-0,3; хром - 0,1-0,3; медь - 0,05-0,3; алюминий - 0,01-0,1; азот - 0,01-0,05, сера - 0,005-0,04; фосфор - 0,005-0,035; железо -остальное, при этом суммарное содержание углерода и азота не превышает 0,11%, суммарное содержание меди, никеля и марганца не превышает 1,9%. Технический эффект заключается в повышении эксплуатационной надежности и общего ресурса работы ремонтируемых колесных пар железнодорожного транспорта. 2 табл.

Изобретение относятся к области сварочных металлических материалов, используемых в различных отраслях машиностроения при производстве и ремонте промышленного и транспортного оборудования.

Известны сварочные материалы, применяемые для сварки и наплавки конструкционных углеродистых и высокопрочных бандажных сталей (например, сварочная проволока и электроды марок СВ-08Т2С и ОЗН-250, а также другие аналоги, указанные в научно-технической и патентной литературе [1-3]). Однако указанные материалы не обеспечивают требуемого уровня основных нормативных и сдаточных характеристик, определяющих работоспособность наплавленного поверхностного слоя деталей механической части подвижного состава в сложных условиях эксплуатации железнодорожного транспорта.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по назначению и составу компонентов является низколегированная сталь перлитного класса марки 09Г2С [1, 2], содержащая мас.%: Углерод - 0,12 Кремний - 0,5-0,8 Марганец - 1,3-1.7 Никель - 0,3 Хром - 0,3 Медь - 0,3 Сера - 0,005 - 0,04 Фосфор - 0,005 - 0,035 Железо - Остальное
Данный марочный состав рекомендуется использовать в качестве конструкционного материала для изделий химического и нефтяного машиностроения, а также сварных конструкций подвижного состава железнодорожного транспорта [1, 2] . Однако, сварочная проволока и электроды, изготовленные из стали известного состава, не обеспечивают требуемой стабильности основных физико-механических и служебных свойств, а следовательно, и работоспособности наплавленного металла в условиях знакопеременного циклического нагружения. При этом содержание легирующих и примесных элементов, во многом определяющих структурообразование и формирование требуемого комплекса свойств наплавленного металла, не контролировалось и находилось в весьма широких концентрационных пределах.

Задачей настоящего изобретения является создание высокотехнологичной экономнолегированной стали с улучшенным комплексом физико-механических и служебных свойств для производства сварочной проволоки и электродов применительно к проблеме наплавки высоконагруженных колесных пар железнодорожного транспорта.

Поставленная в заявке задача достигается изменением соотношения легирующих и примесных элементов, а также введением в состав заявляемой композиции оптимального количества алюминия и азота. Предлагается состав сварочной проволоки, содержащий, мас.%:
Углерод - 0,06 - 0,1
Кремнии - 0,5 - 0,8
Марганец - 1,3 - 1,7
Никель - 0,05 - 0,3
Хром - 0,1 - 0,3
Медь - 0,05 - 0,3
Алюминий - 0,01 - 0,1
Азот - 0,01 - 0,05
Сера - 0,005 - 0,04
Фосфор - 0,005 - 0,035
Железо - Остальное
При этом введено ограничение содержания некоторых элементов, определяющих требуемый уровень основных физико-механических и служебных свойств заявляемого материала:
- суммарное содержание углерода и азота не превышает 0,11%;
- суммарное содержание меди, никеля и марганца не превышает 1,9%.

Соотношение указанных легирующих и примесных элементов выбрано таким образом, чтобы в процессе сварочно-наплавочных работ ремонтируемой техники обеспечивалось заданное структурное состояние наплавленного металла, как основы формирования важнейших характеристик работоспособности поверхностного слоя изделия.

Введение в заявляемую композицию микролегирующих добавок алюминия и азота в указанном соотношении с другими элементами улучшает ее структурную и фазовую стабильность при технологических и сварочных нагревах, способствует образованию высокодисперсных частиц нитридов и оксидов (AlN, Al₂O₃) по всему объему зерна, что обеспечивает получение мелкозернистой структуры и повышение сопротивления металла наплавки хрупкому разрушению в условиях длительного динамического нагружения. Вместе с тем, как показали наши исследования, увеличение суммарного содержания углерода и азота выше указанного в формуле изобретения предела, снижает дисперсность образующихся фаз внедрения и затрудняет равномерность их распределения по объему зерна, что изменяет механизм формирования и закрепления дислокаций в процессе ударного и циклического нагружения. При этом существенно возрастает уровень внутренних структурных и сварочных напряжений, а также повышается склонность металла к образованию хрупких и усталостных трещин в условиях длительной эксплуатации оборудования.

Выбор системы комплексного легирования заявляемой композиции предусматривает ограничение суммарного содержания ряда аустенитообразующих элементов (никеля, меди и марганца), во многом определяющих кинетику мартенситных превращений и положение критических точек стали в процессе технологических и сварочных нагревов. Превышение содержания вводимых элементов сверх указанного предела приводит к дестабилизации присутствующего в структуре остаточного аустенита и снижению мартенсит пои точки, что уменьшает эффективность их положительного влияния на весь комплекс физико-механических свойств наплавленного металла и приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик поверхностного слоя изделия.

Полученный более высокий уровень основных механических, технологических и служебных свойств заявляемого марочного состава сварочной проволоки обеспечивается комплексным легированием композиции в указанном соотношении с другими элементами.

Лабораторией сварки кафедры "Технология металлов" ПГУПС совместно с ЦНИИ КМ "Прометей", АО "Ижорский завод". Дорожной химико-технической лабораторией Окт. ж. д. и др. предприятиями в соответствии с планом научно-исследовательских работ отрасли проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработке осваиваемой марки стали для изготовления опытной партии сварочной проволоки. Металл выплавлялся в металлургических индукционных и электродуговых печах емкостью от 100 до 500 кг и разливался в спички массой в 16, 50 и 100 кг. Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании с целью получения сварочной проволоки различного сортамента.

Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения основных механических и служебных свойств представлены в табл. 1 и 2.

Ожидаемый технико-экономический эффект использования новой сварочной проволоки выразится в повышении эксплуатационной надежности и общего ресурса работы ремонтируемых колесных пар железнодорожного транспорта.

Литература
1. Журавлев В.Н., Николаев О.И. Машиностроительные стали. Справочник., -М.: Машиностроение, 1981. 390 с.

2. ГОСТ 19282-73.

3. Адамец П., Завизион М.Я. Повышение работоспособности деталей подвижного состава при наплавке. - С-Пб.: изд-е Петербургского университета путей сообщения, 1995, 160 с.

Формула изобретения

Сварочная проволока для наплавки колесных пар железнодорожного транспорта, содержащая углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, серу, фосфор, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,06 - 0,1
Кремний - 0,5 - 0,8
Марганец - 1,3 - 1,7
Никель - 0,05 - 0,3
Хром - 0,1 - 0,3
Медь - 0,05 - 0,3
Алюминий - 0,01 - 0,1
Азот - 0,01 - 0,05
Сера - 0,005 - 0,04
Фосфор - 0,005 - 0,035
Железо - Остальное
при этом суммарное содержание углерода и азота не превышает 0,11%, суммарное содержание меди, никеля и марганца не превышает 1,9%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2