Состав стали сварочной проволоки для сварки жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов

,ч" БРЕ КА о, А. А. НаМ. Клюев, В. В. МарТрудового ктросваркиСС СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИ САНИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ордена Ленина и орденаКрасного Знамени институт элим. Е. О. Патона(56) 1. Патент США404238кл, С 22 С 19/05, 1977.2. Авторское свидетельство Г727382, кл. В 23 К 35/30, 19 В СТАЛИ СВАРОЧНОЙ Я СВАРКИ ЖАРОПРОЧТОЙКИХ СТАЛЕЙ И жаший углерод, кремний,хром, алюминий, бор,(54) (57) 1. СОСТ ПРОВОЛОКИ ДЛ НЫХ И ЖАРО СПЛАВОВ, содер марганец, никель 3 К 35/30; С 22 С 38/ отличающийся тем, что, с я жаропрочности металла стойкости его против обратрешин, состав дополни- ниобий, при следующем понентов состава, мас.%:0,01 - 0,2 2,03,5 5,5 - 10,0 24 - 30 32 - 42 1,0-3,0 0,05 - 0,5 0,3 - 0,8 0,01 - 0,2Остальное п. 1, отличающийся тем, печения повышенной жарола сварного шва, состав проволоки дополнительно ам 1,5 - 4,0%. церии и железо,целью повышенисварного шва изования горячихтельно содержитсоотношении комУглеродКремнийМарганецХромНикельНиобийАлюминийБорЦерийЖелезо2. Состав почто, с целью обеспрочности металстали сварочнойсодержит вольфр40 1Изобретение относится к области сварки жаропрочных сплавов на железоникелевой основе.Известен никельсодержащий сплав для сварочной проволоки 1, содержащий компоненты в следуюшем соотношении, мас.о/о:Углерод Менее 0,1 Кремний Менее 1,0 Марганец Менее 2,0 Хром 19 - 24Молибден 4 - 8 10 Железо 15 - 25Бор 0,12 - 0,4 Никель Остальное(42 - 60 О/о),Проволока из легированного бором и молибденом Ге - % - Сг сплава обеспечивает повышенную устойчивость сварных швов против образования горячих трещин и высокий уровень жаропрочных свойств.Недостатком данной проволоки является низкая стойкость против окисления и 20 науглероживания, обусловленная низким содержанием в ней кремния. Обеспечение указанных свойств в Ре-%-Сг сплавах достигается введением кремния в количестве 2 - 5 О/,. Однако в сварных швах и особенно25 в швах сплавов с высоким содержанием никеля содержание кремния резко ограничивают из-за отрицательного влияния на стойкость против образования горячих трещин. В сварных швах этих сплавов содержание кремния не превышает 0,5 - 0,6/о. 30Известен также состав сварочной проволоки 12, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас./о:Углерод 0,001 - 0,08 Кремний 0,8 - 2,2Марганец 3 - 16Никель 12 - 22Хром 23 - 28Титан 0,5 - 2,5 Алюминий 0,5 - 2Цирконий 0,05 - 1,5 Кальций 0,01 - 0,15 Бор 0,001 - 0,005Церий 0,0001 - 0,1 Иттрий 0,001 - 0,1 Железо Остальное Данный состав может дополнительно содержать вместе или порознь ванадий, молибден, вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.о/о:Ванадий 0,1 - 2Молибден 0,5 - 4,5Вольфрам 0,3 - 5Однако данный состав не обеспечивает достаточной жаропрочности металла сварного шва и достаточной его стойкости против образования горячих трещин. 55Цель изобретения - повышение жаропрочности металла сварного шва и стойкости его против образования горячих трешин. Для достижения поставленной цели состав стали сварочной проволоки для сварки жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов, содержаший углерод, кремний, марганец, никель, хром, алюминий, бор, церий, железо, дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов состава, мас./о:Углерод 0,01 - 0,20 Кремний 2,0 - 3,5 Марганец 5,5 - 10,0 Хром 24 - 30 Никель 32 - 42 Ниобий 1,0 - 3,0 Алюминий 0,05 - 0,50 Бор 0,30 - 0,80 Церий 0,01 - 0,20 Железо Остальное Состав дополнительно может содержать вольфрам 1,5 - 4,0% с целью обеспечения повышенной жаропрочности металла сварного шва.При этом соотношении легирующих элементов улучшается стойкость сварных швов против образования горячих трещин, повышается стойкость против науглероживания и улучшается технологическая пластичность при обработке давлением.Для улучшения технологической пластичности при горячей обработке давлением и повышения стойкости против окисления в сплав целесообразно вводить церий в количестве 0,01 - 0,20 вес./о.Стойкость против образования горячих трещин в сварных швах, выполненных с присадкой проволоки с повышенным содержанием кремния (2-3,5%), определяют при сварке жестких образцов литого сплава 15 Х 22 Н 34 Б толщиной 15 мм. Сварку выполняют вольфрамовым электродом в зашитной атмосфере аргона с присадочной проволокой 3 мм. В швах, выполненных с присадкой проволоки из сплавов с содержанием бора 0,10 - 0,24%, имеютсягорячие трещины. Качественные швы без трещин получены при повышении в присадочной проволоке содержания бора до 0,3 - 0,80/о и одновременном повышении содержания марганца более 5,5/о. Хи мический состав предлагаемого и известного сплавов приведен в табл. 1 и 2 соответственно,Одновременно с улучшением сварочно- технологических свойств повышение содержания марганца улучшает также технологическую пластичность сплавов при горячей прокатке, Верхний предел содержания марганца ограничен 10 О/, в связи с тем, что при более высоком его содержании отмечается понижение стойкости против воздействия окислительной газовой среды, Верхний предел содержания бора 0,80/о определен в связи с низкой технологической пластичностью при прокатке сплавов с большим содержанием бора,68372 Таблица Предлагаемый состав, вес.Х Плав С 8 111 А 1 Се В КЬ И Ре Нл Сг ка 4 0,08 2,25 6,22 26,20 40,70 0,18 0,08 0,45 1,28 22,56 20,61 9,83 25, 74 42,0 0,34 0,20 0,65 3,00 22 0,20 3)50 5,50 24,0 23 0,01 2,00 0,00 30,0 24 О,2 2,84 8,15 27,5 25 О,7 1,88 5,72 24,0 5 О, 15 3,08 5, 86 29,1 36,8 0,05 0,01 0,30 1,00 32,0 О, 50 О, 1 2 О, 80 2, 23 36,4 0,18 0,05 0,45 1,75 4,00 15,40,46 0,20 0,41 2.65 1,5 20.39 36,2 6 0.09 3.О 8.42 26,5 33.6 0.25 0.01 0.56 1.21 2, 5 23 76 113Ниобий повышает жаропрочность сплавов, стабилизирует структуру, улучшает технологическую пластичность при прокатке. Влияние ниобия на жаропрочность сплавов заметно проявляется при содержании более 1/о. Повышение содержания ниобия выше 3,0% в исследованных сплавах нецелесообразно в связи с упрочнением сплавов и затруднением горячей обработки давлением.Алюминий (0,05 - 0,50/о) вводится в качестве раскислителя, а также для улучшения стойкости сплавов в окислительной газовой среде при высоких температурах.Пример. Используют предлагаемый состав стали при сварке опытной партии труб реформеров установки прямого восстановления железа из сплавов 15 Х 22 Н 34 Б с рабочей температурой стенки до 1000 Си условиях работы в науглероживающей среде.Опытные образцы жаропрочных сплавов плавки 22, 23, 24, 19, 20, 21, 4, 25, 5, 6 выплавлены в 25 кг индукционной печи. Слитки прокатаны на заготовку квадрат 14, из которой изготовлена проволока диаметром 1,6 и 3 мм. Все плавки показывают удовлетворительную деформационную способность при горячем и холодном переделе. Структура литого сплава плавок 22,23,24,25, 4, 5, 6, - аустенит + эвтектические бориды. Структура литого сплава 19,20,21 - аустенит+карбиды Т 1 С, Сгз Сс.Проволоку из опытных сплавов используют в качестве присадки при автоматической аргонодуговой сварке жестко закрепленных образцов 200 х 200 литого жаропрочного сплава 15 Х 22 Н 34 Б толщиной 15 мм, а также при сварке заготовок центробежнолитых труб из этого сплава. Сварку выполняют вольфрамовым электродом при следующих параметрах сварки: сварочный ток 200 А,напряжение в дуге 15 В, скорость сварки 10 м/ч. Корневой шов выполняют с присадкой проволоки диаметром 1,6 мм, заполнение разделки кромок - с присадкой проволоки ф 3 мм.Швы, выполненные с присадкой проволок из сплавов 19,20,21, т.е. известного состава 2, имеют горячие трещины. Выполненные с присадкой проволок из сплавов 4, 22, 23, 24, 25, 5, 6 получены качественные 1 О сварные соединения без трещин, пор, шлаковых включений и других дефектов.Присадочные проволоки из сплавов 4,22,23 прошли опробование при сварке опытной партии труб реформера из центробежнолитых заготовок ф 230 х 5 мм из сплава 15 Х 22 Н 34 Б. Получены качественные кольцевые сварные соединения труб без трещин, непроваров и пор.В табл. 3 представлены механическиесвойства сварных соединений заготовок труб реформера.Сварные соединения труб показываютудовлетворительный уровень механических свойств при кратковременном разрыве при 20 и 1000 С, а также удовлетворительный уровень ударной вязкости металла шва.Сварные швы имеют мелкозернистуюструктуру - аустенит+бориды типа (Мв, Сг, Ге, Мп, 51) 2 (В, С).Предлагаемый жаропрочный сплав может использоваться в качестве сварочной проволоки или литых прутков для электродов и присадки при сварке конструкций в химическом и металлургическом производстве, в производстве термических печей.Предложенный жаропрочный сплавможет использоваться также в качестве конструкционного материала (деформируемого и литейного), в частности, для отливки заготовок труб реформеров. Сплав обладает хорошей свариваемостью в литом и деформированном состоянии.1168372 Таблица 2 Известный состав, вес.7 1 ла в 9 0,01 2,00 4,95 23,1 20,6 0,63 0,10 0,005 0,50 0,05 0,05 0,01 47,995 20 0,08 1,75 7,64 25,2 20,8 0,50 0,01 0,005 0,86 0,10 0,20 0,001 43,854 21 0 05 2 20 1 О 20 24 9 22 0 0 74 0 05 0 002 0 55 0 01 0 1 О 0 05 39 148 Таолица 3 Место И,т,ф Дж/см 5 Ь, МПа Свариваемый Присадочнаяматериал проволока Т, Со разрушениясварныхсоединений 20 620-645 60-100 Сплав 1000 96-104 15 Х 22 Н 34 Б 20 780-802 25-45 Плавка 4 По основномуметаллуПо шву 1000 101-109 20 800-822 20-36 15 Х 22 Н 34 Б Плавка 23 По основному металлу 1000 108-120 По шву 20 785-798 25-45 По основномуметаллу Плавка 22 Надрез по шву. Сварноесоединениесплава 81 14 п Сг 31 А 1 Се В Т 1 Са Ет у Ре 1000 100-108 По шву Составитель Н. Гершанова Редактор Н. Пушненкова Техред И. Верес Корректор В. Бутяга Заказ 4544/14 Тираж 1086 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП хПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4