Дріт для електродугового наплавлення

Дріт для електродугового наплавлення, який містить вуглець, хром, нікель, марганець, кремній, залізо, сірку, фосфор, який відрізняється тим, що до складу дроту додатково введено молібден, ванадій, ніобій і мідь при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,3-0,36 марганець 0,4-0,7 кремній 0,15-0,4 хром 4,8-5,2 нікель не більше 0,3 мідь не більше 0,2 молібден 0,6-0,8 ванадій 0,3-0,4 ніобій 0,15-0,2 сірка не більше 0,015 фосфор не більше 0,015 залізо решта до 100%. Винахід відноситься до області електродугового наплавлення, вчасності до складу дроту, і може бути використаний при виготовленні і зміцненні деталей прокатного обладнання в чорній металургії і важкому машинобудуванні. Деталі прокатного обладнання, які експлуатуються в умовах значних силових, ударних, знакозмінних навантажень і високих температур, повинні характеризуватись тріщиностійкістю, зносостійкістю, жароміцністю і корозійною стійкістю. Більшість існуючих способів забезпечення зносостійкості деталей металургійного обладнання засновані на використанні для легування порошкових дротів і стрічок, які не забезпечують відсутності кристалізаційних і холодних тріщин, рівномірності зносостійкості по всій наплавленій поверхні і рівнотовщиності прокату. Відома електродна стрічка для наплавлення [1], що містить у собі в мас.%: Вуглець – 0,18-0,24 Хром – 3,8-4,2 Молібден – 0,6-0,8 Ванадій – 0,3-0,4 Марганець – 0,5-0,8 Кремній – 0,2-0,5 Ніобій – 0,15-0,2 Залізо – останнє. Однак внаслідок низького змісту вуглецю і хрому при наплавленні деталей металургійного обладнання не забезпечується зносостійкість і корозійна стійкість. Крім того, виготовлення електродної стрічки з підвищеною кількістю вуглецю і хрому неможливо, так як листопрокатні стани не можуть прокатати таку стрічку. Наплавлення електродною стрічкою ведеться на низькій швидкості, яка обмежена утворенням підрізів, тому виконується на високій погонній енергії, що приводить до збільшення тепловкладання, розмірів зерна, підвищення зварювальних напруг, утворення гарячих і холодних тріщин, зниження зносостійкості і корозійної стійкості деталей металургійного обладнання. Для підвищення зносостійкості найбільш ефективно використовувати для наплавлення дроти суцільного перерізу. (19) UA (11) 88102 (13) (21) a200801337 (22) 04.02.2008 (24) 10.09.2009 (46) 10.09.2009, Бюл.№ 17, 2009 р. (72) БОЙКО ВОЛОДИМИР СЕМЕНОВИЧ, ЩЕТИНІН СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ, КЛІМАНЧУК ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИСЛАВОВИЧ, КИРИЛЬЧЕНКО ПЕТРО МИКОЛАЙОВИЧ, ЩЕТИНІНА ВІРА ІВАНІВНА, ПУШКОВ ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ВОРОБЬОВ АНДРІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОМБІНАТ ІМ. ІЛЛІЧА" (56) ГОСТ 10543-98. Проволока стальная наплавочная. Технические условия. ОКП 170010. UA 200704469, 26.11.2007 RU 2198083 C2, 10.02.2003 RU 2293640 C2, 20.02.2007 C2 1 3 Відомий дріт для електродугового наплавлення Нд30ХГСА [2], який містить у собі в мас.%: Вуглець – 0,27-0,35 Марганець – 0,8-1,1 Кремній – 0,9- 1,2 Хром – 0,8-1,1 Нікель – не більше 0,4 Сірка – не більше 0,03 Фосфор – не більше 0,04 Однак при наплавленні деталей металургійного обладнання, які експлуатуються в умовах значних силових, ударних навантажень і високих температур, внаслідок недостатньої кількості вуглецю і легуючих елементів не забезпечується тріщиностійкість, зносостійкість, жароміцність і корозійна стійкість. Відомий узятий за прототип дріт для наплавлення Нд30Х5 [2], що містить в мас.%: Вуглець – 0,27-0,35 Марганець – 0,4-0,7 Кремній – 0,2-0,5 Хром – 4,0-6,0 Нікель – не більше 0,4 Сірка – не більше 0,04 Фосфор – не більше 0,03 Залізо – останнє до 100% При електродуговому наплавленні високовуглецевих сталей для запобігання виникнення кристалізаційних і холодних тріщин виконують попередній і співпадаючий нагрів, термічну обробку і заповільне охолодження. Узятий за прототип дріт для наплавлення характеризується найбільшою по зрівнянню з представленими зносостійкістю. Однак внаслідок недостатньої кількості вуглецю і легуючих елементів при наплавлені деталей металургійного обладнання не забезпечується тріщиностійкість, зносостійкість, жароміцність і корозійна стійкість. В основу винаходу поставлена задача розробити дріт для електродугового наплавлення, у якому підвищення кількості вуглецю, введення нових компонентів, а також використання нових співвідношень вуглецю і легуючих елементів дозволить забезпечити відсутність кристалізаційних і холодних тріщин, підвищення зносостійкості, жароміцності і корозійної стійкості. Поставлена задача зважується за рахунок того, що до складу дроту для електродугового наплавлення, який містить у собі вуглець, хром, нікель, марганець, кремній, залізо, сірку, фосфор, відповідно винаходу, додатково введено молібден, ванадій, ніобій і мідь при наступному співвідношенні компонентів в мас. %: Вуглець – 0,3-0,36 Марганець – 0,4-0,7 Кремній – 0,15-0,4 Хром – 4,8-5,2 Нікель – не більше 0,3 Мідь – не більше 0,2 Молібден – 0,6-0,8 Ванадій – 0,3-0,4 Ніобій – 0,15-0,2 Сірка – не більше 0,015 Фосфор – не більше 0,015 Залізо – останнє до 100% 88102 4 Додаткове підвищення кількості вуглецю, введення молібдену, ванадію, ніобію і міді в пропонованому співвідношенні забезпечує одночасно зростання твердості, жаростійкості, стійкості к виникненню гарячих і холодних тріщин і корозійної стійкості. При одночасному введенні в дріт додаткової кількості вуглецю, який характеризується високою твердістю та низькою пластичністю, ванадію і ніобію, який створює мілкодисперсні карбіди ніобію, здрібнює структуру, зростає площа контакту і величина міжатомних сил зв'язку, що забезпечує підвищення стійкості до утворення гарячих і холодних тріщин. Особливо зростає стійкість до утворення гарячих тріщин, які виникають по границям зерен. Легуючи елементи молібден і ванадій підвищують жароміцність, температуру зниження міцності металу при нагріві і стійкості наплавленого металу до зниження міцності. Ванадій - сильний карбідостворювач. При введені ванадію створюються карбіди ванадію, які по розчинюються в залізі та мають форму мілкодисперсних нетвердих включень, внаслідок чого зростає пластичність наплавленого металу і стійкість до утворення гарячих тріщин. При електродуговому наплавленні створюються карбіди ванадію і ніобію, які підвищують твердість і зносостійкість наплавленого металу. Тріщини виникають, коли зварювальні напруги стають більше межі міцності, яка залежить від міжатомних сил зв'язку. Ніобій є сильним карбідостворювачем, який зв'язує вуглець в стійкий стабільний карбід і затрудняє виникнення карбідів хрому, що підвищує корозійну стійкість, яка особливо важлива при прокатці, коли робочі валки, контактуючі з гарячим металом, охолоджуються водою. Введення міді, яка розчинюється у фериті, зміцнює його та здрібнює перліт. Завдяки чому міцність наплавленого металу зростає і підвищується зносостійкість. Крім того, введення міді підвищує пластичність і стійкість до утворення тріщин, що посилюється шляхом зниження кількості сірки та фосфору. Одночасне здрібнення структури, зниження зварювальних напруг і зростання корозійної стійкості забезпечує підвищення жаростійкості, тріщиностійкості, зносостійкості і працездатності наплавлених високовуглецевих деталей. Всі існуючі дроти для електродугового наплавлення високовуглецевих сталей засновані на підвищенні кількості вуглецю і хрому. Пропонований винахід заснований на ефективному способі впливу на кристалізацію металу зварювальної ванни, одночасного здрібнення структури, зниження зварювальних напруг і зростання корозійної стійкості за рахунок додаткового підвищення кількості вуглецю, введення молібдену, ванадію, ніобію і міді. Таким чином, додаткове підвищення кількості вуглецю, введення легуючих елементів в заявленому співвідношенні, забезпечує виникнення нового ефекту впливу на магнітогідродинамічні явища, зменшення зварювальних напруг, здрібнювання структури, підвищення тріщиностійкості, зносостійкості, жароміцності і корозійної стійкості наплавлених деталей. 5 88102 При введенні в дріт менше 0,3% вуглецю знижується твердість і зносостійкість наплавлених деталей. Крім того, кількості вуглецю недостатньо для створення карбідів хрому, ванадію і ніобію, що додатково знижує твердість і зносостійкість наплавлених деталей. При введені більше 0,36% вуглецю зростає схильність до утворення холодних і гарячих тріщин, що значно знижує тріщиностійкість і зносостійкість наплавлених деталей. При введенні в дріт менше 0,6% молібдену, який характеризується високою температурою плавлення, високими механічними властивостями і модулем пружності, не забезпечується жароміцність наплавлених деталей, які експлуатуються в умовах високих температур, зменшується температура зниження міцності металу при нагріві і стійкість наплавленого металу до зниження міцності. Тому знижується зносостійкість і працездатність деталей. При введені більше 0,8% молібдену внаслідок високого модуля пружності знижується пластичність наплавленого металу і зростає схильність до утворення тріщин. Порушується рівновага сил, діючих між атомами. Тому знижується тріщиностійкість і зносостійкість наплавлених деталей. Крім того, зростає собівартість дроту, що знижує ефективність процесу наплавлення. При введені в дріт менше 0,3% ванадію, який є сильним карбідостворювачем, не забезпечується мілкодисперсна структура, знижується жароміц 6 ність і пластичність наплавленого металу. Тому зростає схильність до утворення тріщин і знижується зносостійкість наплавлених деталей. При введені в дріт більше 0,4% ванадію, внаслідок утворення нетвердих включень порушується рівномірність зносу валків, що приводить к порушенню рівномірності товщини металу. Крім того, зростає собівартість наплавлення і витратний коефіцієнт валків на тону прокату. При введені в дріт менше 0,15% ніобію, не забезпечується створення мілкодисперсних карбідів ніобію, зростає зерно, зменшуються площа контакту і міжатомні сили зв'язку, що приводить до зниження тріщиностійкості. Тому знижується зносостійкість і працездатність деталей металургійного обладнання. При введені в дріт більше 0,2% ніобію, який характеризується високою температурою плавлення і різко різниться теплофізичними властивостями зі сталлю, підвищуються напруги і деформації, які викликають виникнення тріщин і зниження тріщиностійкості і зносостійкості наплавлених деталей. При введені в дріт більше 0,2% міді, яка різко різниться теплофізичними властивостями зі сталлю, зростають деформації і напруги, які приводять к виникненню тріщин і зниженню тріщиностійкості деталей. Дроти суцільного перерізу для електродугового наплавлення вироблялися хімічних складів, приведених у таблиці №1. Таблиця 1 Елементи Вуглець Марганець Кремній Хром Нікель Мідь Молібден Ванадій Ніобій Сірка Фосфор Залізо 1 0,2 0,3 0,1 4,0 0,3 0,2 0,5 0,2 0,14 0,015 0,015 94,03 2 0,4 0,8 0,5 6,0 0,3 0,2 0,9 0,5 0,21 0,015 0,015 90,16 Приклад. Вироблялося автоматичне електродугове наплавлення дротами різного хімічного складу робочих валків із сталі 9ХФ діаметром 1м і довжиною бочки 1,7м. Наплавлення вироблялося під флюсом АН-26. Як джерело живлення використовували випрямач ВДУ 1204. Автоматичне на Склад, мас. % 3 0,3 0,4 0,15 4,8 0,3 0,2 0,6 0,3 0,15 0,015 0,015 92,77 4 0,33 0,55 0,275 5,0 0,3 0,2 0,7 0,35 0,175 0,015 0,015 92,09 5 0,36 0,7 0,4 5,2 0,3 0,2 0,8 0,4 0,2 0,015 0,015 91,41 плавлення вироблялось на режимі: величина струму 800-850А, напруга на дузі 32-34В, швидкість наплавлення 75м/г. Результати проведених досліджень впливу хімічного складу дроту на тріщиностійкість, зносостійкість і працездатність наплавлених деталей представлені в таблиці №2. 7 88102 8 Таблиця 2 Спосіб Відомий, прототип Пропонований 1 2 3 4 5 Кількість прокатаного металу, тис. Тонн 500 Знос валка, мм 25,0 5,0 6,0 5,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,5 0,75 0,75 0,75 500 500 500 500 500 Використання пропонованого дроту для електродугового наплавлення в порівнянні з існуючими забезпечує за рахунок додаткового підвищення кількості вуглецю, введення молібдену, ванадію, ніобію і міді у заявленому співвідношенні наступні переваги: - створення карбідів хрому, ванадію і ніобію внаслідок чого зростає твердість наплавленого металу; - зростання швидкості кристалізації рідкого металу зварювальної ванни, зменшення часу перебування металу у рідкому стані і здрібнювання структури; - створення мілкодисперсних карбідів ніобію, зростання площі контакту атомів і міжатомних сил зв'язку; - підвищення жароміцності, температури зниження міцності металу при нагріві і стійкості наплавленого металу до зниження міцності; - створення карбідів ванадію, які не розчинюються в залізі та мають форму мілкодисперсних нетвердих включень, внаслідок чого зростає плас Комп’ютерна верстка М. Ломалова Довжина тріщин, мм тичність наплавленого металу і стійкість к утворенню гарячих тріщин; - створення карбідів ніобію і захисної плівки оксидів хрому на поверхні наплавленого металу, що підвищує корозійну стійкість; - підвищення тріщиностійкості, зносостійкості, жароміцності і корозійної стійкості наплавлених деталей із високовуглецевих сталей. Упровадження пропонованого дроту для електродугового наплавлення при відновленні і зміцненні деталей металургійного обладнання дозволяє забезпечити якісне формування наплавленого металу, тріщиностійкість, зносостійкість, працездатність і зниження витратного коефіцієнту валків на тону прокату. Література 1. Пат. 62591 А Україна МКВ В 23К35/00 Електродна стрічка для наплавлення / Бойко B.C., Степнов К.К., Шебаніц Е.М. 2. ГОСТ 10543-82 Проволока стальная наплавочная. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601