Состав сварочного материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 780965 А 1 К 35/30, С 22 С 38/50 ИСАНИЕ ОБРЕ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСК ГОСУДАРСТВЕННЪ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪТИПРИ ГКНТ СССР(71) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"(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 водородосФОйкой наплавки перлитных реакторных сталей, работающих в среде водорода при 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 СвХ 25 Н 13.Основными недостатками примей 4 нмя этой сварочной ленты является склонность к так называемому "отслаиванию" наплавки 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 хрупкому разрушенйюзоны сплавления после термической обработки.3 табл. СО 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 во- д дорода при повышенных температурах и давлении.Наплавка выполняется автоматическим способом с использованйем известного плавленого флюса марки 480 Ф 10 Приэтом обеспечивается отсутствие отслаивания наплавки при эксплуатации реакторов гидрокрекинга нефти в среде"водорода высоких5 10 4550 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 0,002-0,06Кремний 0,05-0,7Марганец 1,0-2,0Хром 16,0-18,0Никель 8,5 - 11,0Молибден 1,0-2,0Алюминий 0,01-0,2Титан 0,01-0,15Ниобий 0,01-0,1Цирконий 0,01 - 0,15Азот 0,005 - 0,1Иттрий 0,01 - 0,1Кальций 0,008 - 0,02Железо Остальноепричем (Сг+ Мо)0,55 от указанного количества Сг+14,5 мас.%Однако указанный известный сварочный материал нЬ 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 заявляемым составом. При расчете структуры металла найлавки по диаграмме Шеффлера 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 сталей реакторов гидрокрекинга нефти, работающих в среде водорода с высоким давлением и температурой, обеспечивающей отсутствие отслаивания наплавки при 15 эксплуатации, повышение сопротивленияхрупкому 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 0,004-0,015Кремний 0,2-0,4Марганец 0,5 - 1,0Хром ,19,5-23,0Никель 14,5-18,030 Молибден 2,0-2,5Титан 0,06-0,15Кальций 0,03-0,05Калий 0,01-0,03Сера 0,008-0,01535 Фосфор 0,008-0,015Железо ОстальноеПри этом отношение суммарного содержания титана и кальция к углероду 10-30.Расширение пределов легирования по 40 Сг(19,5-23,0)% при повышении содержанияй (14,5 - 18,0)%, а также изменение пределов легирования Мо и 31 связано с необходимостью 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 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.5 1780905 . 6Легирование элементами - модифика- Производилась оценка стабильности готорами титаном и кальцием (не менее . рениядугипринаплавкепредлагаемойсва 003)в количестве =10 - 30 обеспе рочной лентой и известными сварочнымиС . 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 наного металла. Введение Са более 0,05 ме- . воздухе и отпуске при 720-ю С, выдержкеталлургически не осуществимо. 10 15 ч, охлаждении до 300 С с печью, далееОграничениесодержания углерода до на воздухе.О,015 применением вакуумно-индукцйон-Испытайия в среде водорода произвоного метода выплавки позволяет повыситьдили при 450 С, выдержке 24 ч, охлажденииводородостойкость наплавки:за счет соскоростью 100 С/ч.уменьшения количества карбидов. Огра, Результаты исп аний и исследованийничениесодержания марганца в преде- приведены втаблЗ.лах 0,05-1,006 способствует понижению . Как видно из бл. 2, при автоматичеводородной хрупкости.:;. ской наплавке предлагаемой сварочнойДополнительное введение в состав сва- "лентой обеспечивается резкое повышениерочнойленты калия(не менее 0,01 ф 6) обес сопротивления хрупкому разрушению на-печивает повышение стабильности горения, плавленного металла. со структурой (А+2- дуги под флюсом, но не более 0,03%, что 5;6 Ф) (см. табл. 2, составы 1 - 3), по.позволяет получить более стабильный по сравнению с использованием известных эахимическому составу и структуре наплав- счет отсутствия сигматиэации после термиленный металл. При введении К более 25. ческой обработки. При этом относительное0,03стабильность 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 разрушениюемой сварочной ленты (1 Ф 1 - 3) и 2 плавки с 30 зоны сплавления при использовании предзапредельным содержанием элементов (М, лагаемой ленты также выше,.чем при ис 4-5). .пользовании известных материаловза счетКрометого,длясравнениябылаисполь- более йиэкого содержания углерода в назована известная лента марки СаХ 25 Н 13 плавленном металле(табл. 3) при выделениипромышленной поставки(%6) и известные 35 мелкодиспесных карбидов титана, по телуэлектроды марки ЗИ 0-8 (В 7), химический зерна по сравнению с карбидами хрома посостав наплавленного металла которых при- границе зерен при применении известныхведен в табл. 1. . : 4 . сварочных материалов(Вк,гр,=0,02 0,05 мм).Предлагаемыми и известными. свароч- При этом значение ударной вязкости зоныными лентами производилась многослой сплавления при выполнении предлагаемойная наплавка на сталь марки 15 Х 2 МФА-А .сварочной лейтой.составляет 50-80автоматическим методом под слоем флюса: Дж/см, работа зарождения и распрострагмарки 480 Ф, а также производилась на- . нения трещины соответствейно 60-80 Дж,плавка электродами марки ЗИ 0-8:30 - 50 Дж/смгИз пластин с наплавкой изготавлива При применениипредлагаемойсварочлись образцы диаметром 80 мм, высотой 45 ной ленты отсутствует отслаивание наплавмм (д,п,= 8 мм)для оценки площади отсла- ки (табл. 3) за счет измельчения зерна в 4-6ивания наплавки в среде водорода, образцы . раз в зоне сплавления наплавки (балл зернана определение ударной вязкости металла 4-6, см. табл. 3) при введениив состав лентынаплавки и зоны сплавления с 1-м слоем 50 элементов - модификаторов титана и кальнаплавки при испытании на ударный изгиб, Т + Саи определения работы зарождения (А) ция в оношении =10-30, свяэывараспространения(Арл,)трещины при испы- ние углерода в водородостойкие карбидытании на статический изгиб. Изготавлива- титана, При использовании известной свались шлифы для определения балла зерна в 55 рочной ленты площадь отслаивания наплавзонесплавления наплавки(ГОСТ 5639 - 82), : ки в среде водорода составляет от 30;6ширины карбидной гряды, замеров твердо-, (электроды ЗИ 0-8) до 100 ф(; - лента маркисти, СвХ 25 Н 13. При этом балл зерна в зоне. сплавления наплавки составляет 3 - 4 (см.табл. 3).7 , 1780965 8Приатом ударная вязкость зоны сплав- жанияутлеродавметалленаплавкиКСЧ"клейиьяь"Йаьплкавмки после испйтания в среде Дж/см, Аз,т.-38 Дж, Ар,тДж/см ). Такжеводорода при 4500 С и давлении 160 атм наблюдается отслаивание наплавки (20значительно выше при использовании пред- площади образца) при балле зерна 4 за счет-лагаемой сварочной ленты (М 1-3), чем при 5 .и Т + Са" исполъзований изьвкьсктных Сварочных мате- недостаточностиотношения от оприалов (Ь 6-7)..:, ". тимальногозначения (8 место 10) и выделеПринаплавке лентой С зтаапредельнымния карбиДовтхрома по границам зеренмсоьдержанйем по углероду, ккремнйью, мар- наряду с образованием карбидов титана,ганцу, храму, никелю; молибдейу лтитатну, 10Технйко-экономическая эффективность,кальцию. калию, а также отнощениемизобретения Эаключается в повышений наТ + Са ( .: ":,: ."-" "дежноСтни и безогйсмньости эксплуатации ре-Сакьторовм п 4 фбкрекинга нефти при снижениичисто аустенитную структуру (см. табл. 2, - продолжительности простаивания химиче состав 4) и имеет склонность к образованию 15 ского оборудований из-за ремонта наплавкигорячих трещин при наплавке, ПрТГИомьпри при йримейеьнии автоматической наплавкиперемешиванйи с перлитной сталью (20- .Лентой й Й йсклюсчениит отсьлаиьвания наплав 400 уь) марки 15 Х 2 МФА-А йрий "авмтоматйче-ки при эксплуатации в среде вподорода приСКОЙ НаПЛаВКЕ В ЗОНЕ СйдаВЛЕкйИЙВОЗЗМОжНО: ЗЧНаЧИтЕЛЬНОМ ПОьВЫШкЕНИИ СОПрОтИВЛЕНИяобразованиемьартенситйой структкукртй; при хрупкому"Вэрушеьнкию при применейииводящей к повыШению тветрдьоьсти- гранйцы - -предлагкаемОй сварочной ленты по сравне-сплавления (НЧ=2400 МПа) и охрутпчсйвачнйа .нию с известной сварочной лентой.металлазоны сплавления КСЧДжтсм, Ф оржу па и з обре те н и яАз,у.=10 Дж; Ар,уДж/см ). -.",:;:.:." ,"Состав. сварочного материала, включаПриэтом наблюдается незначйтельное 25 ющий угЛерод, кремний, марганец, хром,отслаивайие наплавки (площадь отслаива- никель, молибден, титан, кальций, железо,ния составляет 10;ь)эа сьчеьт-низксогоьксодер- -: о т л: и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюжания элементов-модификаторов (Т и Са) и предотвртащения отслаивания наплавлензначительн ого -отклонения отношения ного металла в процессе эксплуатации и ох-,Т 1+ Са от оптимального значения(35 вме. Зо рупчивания в процессетермообработки прииспользовании состава для водородбстойсто 30) при балле зерна, равном 3 (см. табл.кой наплавки реакторов гидрокрекинга неф- .3);,- . . " . ":-.:.ти,состав содержит дополнительно калийКроме того, йедоксьтаточноет колзичество . при слеДующем соотношении ингредиенкалия снижает стабильность горения дуги 35 тов, мас. 6: "под флюсом (табл. 3): -. ..- . Углерод 0,004-0,015При автомагической наплавке лентой;Кремьний 0,2-0,4под флюсоМс зьапртедельным"содтертжз"аснием: Маргайец 0,5-1,0по углероду; кремнию, марганцу, хрому, ни-Хром . 19,5-23,0келю, молибдену,тйтану, кальцию,калйю, а 40: Никель " .14,5-18,0также отношением (3 Ф 5) наплавТ+Са: Молйбден .С :-: . Титан. 0,06-0;15ленныйметалл йбдйерсгаеттсяь" охьруйчриувканию л; Кальцйй 0,03-0,05после термической обработки за Счет йрьо- Калий: 0,01-0,03цесса сигматизации ( д =10,ф -15, 45ЖелезоОсталЬноеКСЧ=ЗО Дж/см ). При этотмсопротйвленине причем отношение суммарного еодержахрупкому разрушениюзонй сплавьлейия не-: йиия гйтна и кальция к углероду составля достаточно высокое за счет высокого содер- ет 10-30.1780965 10 Таблица 1 ХИНИЧЕСКИй СОСтаВ ПрвппаГаеисй СВВРОЧНОй ЛЕНТЫ И ИЗВЕСТНЫХ СеарОЧНЫХ Нэтврчапрзт.":.":1..: "1" Т" 0,002 0,1 0,4 О,02 0,002 18 ьО 13,5 1,0 Ою 03 О)5 1 е 2 ОюОЭ 0003 24 в 0 ЗаО Ээо Сварочные материалы г и/и ТЭ Св К ре 8 Предлагаемая сварочная ленте Запредельное сопермакие элементов впредлагаемой сварочной ленте 0,08 1,02 1 ьЭЗ 0,004 0,04 23,64 13,1 Известная сварочнаялента Св.07 Х 25 Н 13 25,2 16,226, 1 16,8 еост,7 0,10 0,61 1,67 0,005 0,028 25 э 2 3,0 Известные электроЛы марки ЗИО-З ост. Таблица 2зкость, работа заромдения и распространения трещины металла зоны сплавления наплавки15 Х 2 МФА, механические свойства наплавленного металла, выполненного предгщгаенойлентой и известныии сварочными иатериалаии (отпуск при 660 С " 24 ч, воздух;720 С " 15 ч, воздУх)и/и Зона сплавления Металл наплавки Ударная вя со сталью сварочной е е очные матерна е КСЧ Ят А р.т Структувоздух 4 м Лм/снз РаЯ, Ъ 7 сиз Рук дм/сиз . Предлагаемая сная лента Роч 60 Я+Ф 8 80 д+22 50 3 0 40 0 30 Э 20 . 32, 65 4+22 Ф 2 ф 70 Ю(А+52 560 0 32 65 0 35 60 80 Запредельное содермание элементов в предлагаеной сварочнойленте А+М+Ф20 520 1 О 10 ЗЗ 28 О 480 1 А+52 Ф А+Ф 40 35чная 613Роды 7 400 10 Известная сва лента СвХ 2 201 О 15 00 48 1 О 5 12 1 О эвестные алекарки-ЗИО+ е е а 3варноготь горе Таблиц различных зон с роде, стабильноси,сварочными иат Бам зерна в зоне соединения, площа ния дуги при мапл(отпуск лри й грллы, твеодост е испытания в вод лентой и известнын15 ч, воздух) иалаии Стабильность горения дуги,балл Балл эер в зоне сплавленгоСТ 563 НЧОВЗ, Моа Ппощаль отслое" ния наплавки после испытаний РНее160 атн Те 450 С,пь 48 ч (2) р п НЧ границыоплавления,Моа НЧ нетнаплавМПа рочны териалы ирина арбипной рплы, нм л и,я2200 2200 2200 е 2200 2200 2300 2200 2 ЭОО 2300 Нет отслаиванияНет отслаивания Нет отслаивания Предлагаемая свароч ная лента 2 6 О00;0 Запредельное содермание элементов в пРед лагаеиой сварочной ленте 240 230 2000 2400 20 20 1 2 Известная сварочнаялента СвХ 25 Н 13 . 6Известные электродымарки ЗИО7 0,05 100 350 00 1800 2400 00 0,05 е е е Составитель Р. Козловедактор С, Кулакова Техред М.Моргентал Корректор С, Патрушева Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССская наб., 4/5 аказ 4239 8 НИИП Тираж осударственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Раоплавления, ширина карбиды ь отслаивания напляеки пес вке предлагаемой сварочной 60 С - 24 ч, воздух, 720 Се 0,06 0,10 0,15 0,05 0,20 0,03 0,04 0,05 0,02 0,06 0,01 ост.0,02 ост.Оь 03 ест.0,003 ост.Ов 04 ост5 14,0 3,3 35,0 8,0 5020 от,ХВ 1 з 2е21,85,95 (22,7 Ьрв26,1 18,8515,2 13,827 ь 75 20 в 5