Керамічний флюс для зварювання низьколегованих високоміцних сталей

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 09) (505 В 23 К 35/362 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТСНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ * 1 (21)4081558/27 (22)02.07.86 (46)23 01.92. Бюл №3 (71) Институт электросварки им. Е.О. Патона (72) И.К. Походня, Д.М. Кушнерев, С Д Устинов, О.Г. Соколов, Л В. Грищенко. Г.В. Баскаков, М.В Я м с к о й . А ГИ. Зарубин и В.В. Головко (53)621.791.04(088 8) ' * (56) Патент Японии №53-64.641, кл. В 23 К 35/362, 1982. Авторское свидетельство СССР № 1088904, кл. В 23 К 35/362, 11.02 83 Авторское свидетельство СССР № 1298029, кл. В 23 К 35/362, 23.12 85. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к флюсам для автоматической сварки низколегированных высокопрочных сталей Целью изобретения является повышение хладостойкости и предела текучести металла шва. а также снижение в нем содержания диффузионного водорода при сохранении высоких сварочно-технологических свойств флюса. Шлакообразующая основа флюса имеет высокий коэффициент основности (1,3-1,45). Во флюсе использованы сырьевые материалы с минимальным содержанием фосфора при дополнительном введении ограниченных добавок фторида бария (2,4-3,1 %), мрамора (1,9-3.6%) и гематита (0,5-0,6%). Использование синтетического шлака, состоящего из 2/3 CaF2 и 1/3 AI2O3. позволяет получить флюс с улучшенными свэрочно-технологическими свойствами. Высокая хлэдостойкость и требуемые прочностные свойства металла швов достигаются при отношении титана к бору во флюсе в пределах 11,230.1.3 табл. Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к керамическим флюсам для автоматической сварки низколегированных сталей При сварке под флюсом низколегированных сталей высокой прочности, например стали типа 12ХН2МДФ, широко используемой в конструкциях плавучих буровых установок (ПБУ) в северном исполнении и судах арктического плавания, к металлу швов предъявляются особо высокие требования как в отношении механических характеристик, так и содержания в нем водорода. По существующим требованиям металл шва в состоянии после сварки (без термической обработки) должен иметь ударную вязкость, определяемую на образцах с острым надрезом, не менее 62,5 Дж/см при -60°С и предел текучести не менее 600 Н/мм2 (далее значения ударной вязкости будут относиться только к результатам, получаемым на образцах типа IX по ГОСТ 699666). Содержание диффузионного водорода в металле шва. определяемое по спиртовой пробе, не должно превышать 1 см /100 г. Кроме того, необходимым требованием к флюсу являются достаточно высокие его сварочно-технологические свойства в условиях многопроходной сварки металла больших толщин (хорошее формирование швов, легкая отделимость шлаковой корки, отсутствие пор и трещин в металле шва) При использовании известных отечественных сварочных материалов указанные 1С. С о сь 00 00 1706818 требования к качеству металла швов могут быть удовлетворены только при применении высоколегированных аустенитных сварочных проволок. Аустенитный вариант, однако, не является оптимальным, главным 5 образом, по экономическим соображениям. Значительно более экономичным является в данном случае применение низколегированной проволоки Цель изобретения - разработка керами- 10 ческого флюса для сварки низколегированных высокопрочных сталей, например, типа 12ХН2МДФ, который с применением низколегированной проволоки, например, типа Св-ЮГНМДТА (ТУ14-1-2576-78) должен 15 обеспечивать получение уровня ударной вязкости металла шва не менее 62,5 Дж/см при температуре испытания 60°С и предела текучести металла шва не ниже 600 Н/мм при содержании водорода в металле 20 шва не выше 1 см3/100 г (определяемого по спиртовой пробе), а также обладать хорошими технологическими свойствами в условиях многопроходной сварки в узкую разделку, обеспечивать отсутствие дефек- 25 тов в металле шва (пор, трещин, подрезов, зашлаковок и т д). ма в шлаке. Добавка фтористого бария способствует повышению хладостойкости металла шва. Небольшая добавка во флюс гематита позволяет заметно повысить стойкость швов против образования кристаллизационных трещин. Для получения оптимальной структуры металла швов, обеспечивающей высокую их хладостойкость и требуемые прочностные свойства, во флюс вводятся микролегирующие добавки ферротитан и ферробор При этом необходимым требованием является соблюдение соотношения между содержанием титана и бора во флюсе в пределах 11,2-30,1 Количество этих компонентов выбирается с таким расчетом, чтобы в металле шва содержание титана находилось в пределах 0,01-0.04%, а бора 0,003-0.005% В качестве легирующего компонента во флюсе применен металлический марганец марки МрОО из расчета получения концентрации марганца в металле шва в пределах 1,3-1.6% (в зависимости от содержания Мп в проволоке). Металлографические исследования, выполненные с помощью растрового электронного микроскопа ISM-35CF и рентгеновского микроанализатора "Line" Эта цель достигается применением 860, показали, что при сварке под флюсом шлакообразующей основы флюса, имеющей высокий коэффициент основности, ис- 30 стали типа 12ХН2МДФ с использованием серийной низколегированной проволоки пользованием сырьевых материалов с (Св-ЮГНМДТА) структура металла шва минимальным содержанием фосфора, замевесьма однородна и мелкодисперсна Она ной плавикового шпата и части - a -AI2O3 представляет собой в основном игольчатый содержащего компонента на синтетический шлак, в качестве которого может использо- 35 феррит и карбиды. Иглы феррита очень мелкие (длиной не более 5 микрон и шириной ваться флюс АНФ-6 или АНФ-16, введенидо 1 микрона). В структуре количество доэвем во флюс ограниченных добавок фторида тектоидного феррита не превышает 0,5%, бария, мрамора, гематита, микролегируюотсутствуют включения АігОз Неметалличещих добавок титана и бора, отсутствием во флюсе свободного кремнезема и силиката 40 ские включения представляют собой алюмосиликаты марганца, содержащие титан, марганца. Использование во флюсе синтеони весьма мелкодисперсны (0,1 -0,5 микротического шлака, состоящего в основном из на), имеют округлую форму и распределены 2/3 CaF2 и 1/3 AI2O3 позволяет получать в структуре равномерно Во многих случаях отличные сварочно-технологические свойства флюса, несмотря на его высокую \ 45 эти включения расположены в начале игл феррита. Хром, никель и другие легирующие основность и содержание в нем мрамора. элементы находятся в твердом растворе в В шихте заявленного флюса SIO2 приферрите. сутствует только в связанном виде (силикат кальция-волластонити силикат натрия), что Флюс имеет отличные сварочно-техноснижает активность SIO2 в шлаке. 50 логические свойства" обеспечивает легкую отделимость шлаковой корки при сварке С целью снижения содержания водоростали больших толщин в глубокую разделку да в металле шва во флюс введен мрамор. (при суммарное угле раскрытия кромок боСовместные добавки к флюсу около 4% мралее 30°), хорошее формирование швов, усмора и 2,4-3,1% фторида бария позволяют сохранить высокие технологические свойст- 55 тойчивое горение дуги, достаточную стойкость швов против образования пор и ва'флюса и получить при этом достаточно трещин. низкое содержание диффузионного водорода в металле шва. Кроме того, введение во В табл. 1 приведены варианты состава флюс фторида бария способствует еще предлагаемого флюса, которые испытывабольшему снижению активности кремнезелись в Институте электросварки им Е О 5 17O6R18 Пэтона Под этими флюсами получены сварные соединения из стали 12ХН2МДФ толщиной 40 мм с применением серийной н и з к о л е г и р о в а н н о й проволоки С в 10ГНМДТА диаметром 4 мм Режим сварки; 5 1г« -500-600 А, ІІд-26-32 В, VCB -22 м/ч. Ток постоянный обратной полярности, Результаты химического анализа и механические характеристики металла швов и сварных соединений, выполненных под 10 двенадцатью вариантами предлагаемого флюса, приведены в табл. 2 и 3. В табл 3 приведены также содержание диффузионного водорода в металла шва (по спиртовой пробе), а также оценка формирования ме- 15 талла многопроходных швов и отделимости шлаковой корки при сварке первого прохода в глубокой разделке. Как видно из данных, приведенных в табл. 1-3. флюс обеспечивает требуемые 20 механические характеристики металла швов (а Н 45^62,5 Д ж / с м 2 и (Ь ^ 600 Н/мм ), содержание диффузионного водорода в металле шва не более 1 см (100 г (по спиртовой пробе) и хорошее формирование 25 металла многопроходных швов при легкой отделимости шлаковой корки. Керамический флюс должен найти широкое применение для сварки металлоконструкций, изготавливаемых из 30 высокопрочных сталей типа 12ХМ2МДФ, эксплуатирующихся в условиях низких температур, позволит заменить дорогостоящую высоколегированную аустенитную проволоку более дешевой низколегирован- 35 ной проволокой, что даст значительный экономический эффект. Формула изобретения Керамический флюс для сварки низколегированных высокопрочных сталей, содержащий обожженный магмочит компонент, содержащий не менее 95% аАІгОч, волластонит, марганец, силикат натрия, ферротитан, ферробор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения хладостойкости и предела текучести металла шва, а также снижения содержания в нем диффузионного водорода при сохранении высоких сварочнотехнологических свойств флюса, он дополнительно содержит синтетический шлак, состоящий из двух третей CaF2 и одной трети AI2O3. мрамор, фторид бария и гематит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Обожженный магнезит 23,0-25,6 Синтетический шлак 34,0-38.0 Компонент, содержащий не менее 95% а АІгОз 15.0-17,0 4,2-7,7 Волластонит 1,9-3,6 Мрамор 2,4-3,1 Фторид бария 0.5- 0.6 Гематит 0.5-1.3 Ферротитан 0,1-0,2 Ферробор 1,4 1,8 Марганец 7.7-8,7 Силикат натрия при этом соотношение суммарного содержания магнезита, двух третей шлака и половины волластонита к суммарному содержанию АІ2О3. одной трети шлака, половины волластонита и двух третей силика та натрия выбрано в пределах 1,30-1.45. а отношение титана к бору выбрано в пределах 11,2-30.1. 7 Наиненоззиие компонентов и их о т ч о и.ймия ..„.: а б ,-і ІЛ ц а 1 Содержание компонентов, м а с . І , з составе ___-___--__--— ----_-_. , ___ 1 ; 2 , 3 і * • L 5 6 7 Обожженный магнезит 23,5 25,0 2ч,0 25.0 25,6 2^,3 2^,7 23,0 Синтетический шлак 36,0 36,2 38,3 36,0 зм 35,6 37,0 35,6 17,0 6,' 16,5 5,5 15,0 5,3 16," 6,0 16,2 6,3 16,2 6,0 '7,0 ] 3,6 2,7 3.6 1,9 3,6 і -і 2,7 3,0 2,66 2Л 2.7 2,72 38,0 25,3 32,0 23,0 3^,0 3^,7 12,7 '5,6 5.3 7 -> ' t *• Компонент,содержащий пе менее Волластоиит Фтористый барий -і 7,0 '5,2 2,3 З,' 2,7 3,1 0,5 0,6 1.3 і О , 0 15,5 5,5 2,7 2,7 03 Гематит 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 Ферротитам f т і - 674) 0,5 1,3 0,9 0,6 0,5 0,7 0,5 3,9 0, ! 0,9 0,5 і, 6 Феоробор iB = ZQi» 0,1 0,2 0 , Ht С , -і 0, 18 0 1 С ' ол 0,1 С, 1 1 k 1,3 О,1 1,8 ' ,ч 3,7 мар-анец :,8 натрия 1.3 8,7 7,7 8,5 3,6 8,7 3,7 3,7 1,3 Силикат 1t 4 1,43 l.M* !>! 1 Л5 1,39 4,2 16,7 13,0 'Ь,7 21 ,3 і 2 ,9 30,1 2,3 2,7 а,5 5, і 3,7 s,s 1.29 1 > '6,7 " 0 5 2,05 1ЛЗ 1,3а 16,7 53. ь 0,5 Л с и м е ч а и и е, М, у. В, А, С - процентное содержание во флесе магнезита, ^лача, аолластэмитз, «- - Л - 2 0 , , седеэжацего компонента, силиката натрия соответственно T L и В - процентное содержание титана и бора зо флюсг со 10 1706818 Т « б и и i| g 2 Состав Содержание -алиментов н меіалле шва, % J 0,06 0,07 0,06 0,06 0,06 0,07 0,06 0.07 0,07 0,06 0,1)6 0,07 I 2 J К 5 6 7 в 9 10 11 О, 16 0,26 0,20 0,16 0.15 0,17 О, 16 о,за 0,19 0,27 0, 1 1 0.U Mr. ] Сг ] 0,21 0,26 0,20 0,26 0,26 0,30 0.2*» 1,30 0.30 .35 І35 ,30 f !эб -53 ,