Состав сплава

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик о 11 961905(М.Кп. В 23 К 35/30 С 22 С 38/58 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийУральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С,М, Кирова(54) СОСТАВ СПЛАВА Изобретение относится к сварке, в частности к составу сплава, применяемого преимущественно для сварочной проволоки, Известен состав сварочной проволоки 13, содержащий следующие компоненты, вес,Ъ:Углерод 0,006-0,03 Кремний 0,2-0,6 Марганец 0,3-0,7Хром 11,5 -13,5Никель 3,8-6,5Ниобий 0,1-1,0Молибден 0,1-0,7Иттрий 0,01-0,1Железо Остальное К недостаткам данного состава следует отвести склонность литого металла сварных швов к образованию холодных трещин и высокий уровень остаточных напряжений и деформаций в сварной конструкции.Наиболее близким по составу является сплав, содержащий следующие ком поненты, вес,Ъ;Углерод 0,05-0,5Марганец 0,4-2Кремний 0,2-1Хром 0,2-1,5Никель .0,2-3,5 Молибден 0,05 0,5 Ванадий 0,05-0,2Титан 0,01-0,1Алюминий 0 у 02-0,06Барий 0,01-0,05Стронций 0,01-0,05Редкоземельныеметаллы 0,01-0,05Пттрий 0,005-0,05 10 железо ОстальноеОднако металл шва, полученныйпри сварке с применением сварочной,проволоки, изготовленной иэ известного сплава, обладает недостаточнойпрочностью.Цель изобретения - повышение прочности сварного шва.Поставленная цель достигаетсятем, что сплав для сварочной проволоки, содержащий углерод, никель,хром, молибден, ванадий, марганец,кремний, алюминий, иттрий, редкоземельный металл, барий и железо, содержит в качестве редкоземельногометалла церрий, при следующем соотношении компонентов, вес.%:Углерод 0,03-0,09Никель 4,5-22Хром 0,15-2Молибден 0,5-4 ЗО Ванадий 0,15 - 15 10 Марганец 0,7-2Кремний 0,3-1,5Алюминий 0,1-0,5Иттрий 0,05-0,1Церий 0,002-0,05Барий 0,005-0,05Железо ОстальноеЛучшую релаксацию напряжений обес-,печивает мартенсит замещения, вструктуре которого имеются свободные (подвижные) дислокации. Наличиедислокаций облегчает протекание релаксационных процессов путем микроплас 1 ической деформации (локального,перемещения дислокаций на небольшиерасстояния),Для получения мартенсита замещения в наплавленном металле, химический состав металла шва долженбыть подобран таким образом, чтобыс одной стороны не происходилообразования массивного феррита, ас другой - отсутствовал бы в большихколичествах остаточный аустенит(при низкой температуре начала3 - о - превращения),Этим условиям отвечает введениев состав сплава для сварочной проволоки, вес,Ъ: никеля 4,5-22,0;хрома 0,15-2; молибдена 0,5-4,0;ванадия 0,15-1,0. При указанных содержаниях элементов обеспечиваетсяполучение в металле шва малоуглеродистого никелевого мартенсита, Втаком мартенсите достигается достаточно высокая плотность подвижныхдислокаций (. 10.см ), что способствует релаксации напряжений, возникающих в процессе охлаждения металлашва и околошовной зоны.Никель является основным легирующим элементом, участвующим в образовании мартенсита замещения. Легирование никелем снижает сопротивление кристаллической решетки железадвижению свободных дислокаций иуменьшает энергию взаимодействиядислокаций с атомами внедрения (углерода и азота), поэтому облегчаетсярелаксация напряжений и уменьшаетсясклонность стали к хрупкому разрушению.ф Верхнее содержание никеляограничивается тем, что он снижаеттемпературу начала у -о -превращения й способствует появлению в структуре остаточного аустенита. Нижнеесодержание никеля ограничено с цельюисключить появление в структуремассивного феррита, поскольку последний, подобно аустениту, резко снижает релаксационную способность мартенсита,При указанных содержаниях хромупрочняет одновременно матрицу играницы зерен, в связи с этим, привозрастании прочности, пластичностьи ударная вязкость практически неменяются. Повышенное содержание хрома приводит к охрупчиванию границ зерен и межзерновых прослоек за счет появления избыточного количества карбидов, что приводит к существенному снижению пластичности и ударной вязкости, При малых содержаниях никеля введение хрома способствует образованию мартенсита, снижая температуру начала "-с -превращения.Ванадий и молибден снижают температуру начала-превращения,связывают углерод в карбиды и выводят его из твердого раствора, чтоповышает подвижность дислокаций, а15 следовательно, и релаксационную способность мартенсита. Кроме того,ванадий и молибден, введенные в указанных количествах совместно, улучшают механические свойства сварногошва при комнатной и. пониженных температурах. Введение ванадия и мо-либдена в больших количествах можетпривести к дисперсионному твердениюмартенсита и охрупчиванию.Содержание углерода ограничивается 0,09 вес.Ъ в связи с тем, что приповышенном его содержании атомывнедрения углерода блокируют дислокации. Блокировка дислокаций повышает сопротивление пластической деформации и, следовательно, снижаетрелаксационную способность мартенсита. Нижний предел 0,03 вес.Ъ ограничивается лишь возможностями металлургического передела.35 Введение 0,05-0,1 вес.Ъ иттрияв состав сплава позволяет улучшитьмеханические свойства за счет измельчения структуры металла шва и .очищения границ зерен от примесей. Итт 40 рий, обладая высоким сродством ккислороду и сере, благоприятно изменяет состав, форму и расположениенеметаллических включений в металлешва. Нижний предел содержания иттрия0,05 вес.Ъ принят из условия существенного его влияния на структуруи релаксационную способность мартенсита. Верхний предел 0,1 вес.Ъобусловлен эффективностью и экономической целесообразностью,Наличие церия и выбор определенного сооотношения концентрации остальных компонентов, обусловливающихналичие мартенситной структуры,позволяет уменьшить склонность швовк порообразованию, так как,никельне только повышает пластичность, нои увеличивает склонность к порообразованию, Наличие в сплаве для сварочной проволоки таких сильных рас 60 кислителей, как иттрий, церий и алюминий, необходимых для глубокогораскисления металла сварочной ванныи связывания серы, приводит к ухудшению характеристик капельного пере-.65 носа электродного металла. Поэтому961905 Таблица 1 Содержание, вес.В Вариант Элементы 0,0322,00 0,05 0,09 УглеродНикель 4,50 8,36 Хром 0,15 0,88 2,0 0,50 0,70 4,00 Молибден 0,15 1,00 0,43 Ванадий Марганец 0,89 2,00 0,70 Кремний 0,76 1,50 0,30 0,05 0,10 0,07 0,32 0,015 0,018 Остальное ИттрийАлюминий 0,10 0,50 Церий 0,05 0,002 0,005 0,05 БарийЖелезо в состав сплава для сварочной проволоки вводится барий, присутствие которого снижает потенциал ионизации горения дуги, что способствует ее стабилизации. Пределы содержания церия и бария приняты от значеиий 0,002 и 0,005 вес.% соответственно, когда начинает проявляться влияние этих элементов на уменьшение порообразования и разбрызгивания металла при сварке в защитных газах, до значения 0,05 вес.%, выше которого ф эти элементы вводить экономически нецелесообразно.Верхний предел содержания алюминия в составе сплава для сварочной проволоки ограничен 0,5 вес.Ъ в связи с тем, что при повышенном его содержании появляется опасность охрупчивания шва при нагреве до 400- 500 С. Это объясняется тем, что растворимость алюминия в мартенсйте низка и при нагреве металла шва происходит выделение интерметаллидных частиц типа Ге А , МА ,Нижний предел ограничивается началом раскисляющего действия алюминия. Алюминий вводится также с целью нейтрализации вредного влияния сульфидов на стойкость металла шва про. тив образования горячих трещин при сварке, Неизбежные в металле шва сульфидыоказываются связанными с карбидами алюминия в труднорастворимые соединения. Марганец и кремний являются необХодимыми элементами в сплаве длясварочной проволоки, предназначенной для сварки в активных защитныхгазах. Верхние пределы содержания.марганца и кремния Ограничены соответственно 2,0 и 1,5 вес.В иэ-за того, что при их избытке заметно снижаются пластические свойства металлов шва. Нижние пределы содержания30 марганца и кремния (0,7 и 0,03 вес.Всоответственно)приняты, исходя изнеобходимости обеспечения надлежащей макроструктуре сварного шва(без пор, шлаковых включений),15 так как при этих содержаниях и вышеполучаются продукты раскисленияс относительно невысокой температурой плавления, что облегчает ихкоагуляцию и удаление на поверхность ванны,20Таким образом, предлагаемый,состав сплава для сварочной проволокипозволяет получить качественныйметалл шва со структурой низкоуглеродистого никелевого мартенсита,который обеспечивает релаксациюнапряжений в шве и околошовной зоне.Это приводит к снижению уровняостаточных напряжений и деформаций З в сварной конструкции. В табл. 1приведены варианты выполнениясплава для сварочной проволоки.961905 свариваемых пластин закреплялась, а другая имела возможность поворота, относительно шва поддействием напряжений на величину Г (мм) в точке замера, удаленной от оси шва на рас 5 стояние 250 мм. Остаточные напряжения замерялись в шве и основном металле, Результаты испытаний приведены в табл, 2,Т а б л и ц а 2 Сварочнаяпроволокапо варианту Деформация+13 Применение сварочной проволоки 2предлагаемого состава позволяет снизить трудоемкость изготовления сварной конструкции в 1,2-1,8 раза (взависимости от сложности и жесткостисварной конструкции, ее назначения). З 0Это достигается тем, что отпадаетнеобходимость в мероприятиях (частично или полностью), направленныхна предотвращение или снижение остаточных напряжений и деформаций. К ним З 5можно отнести; обратный выгиб деталей, принудительное охлаждение в процессе сварки, предварительный подогрев,местная силовая обработка сварныхшвов и околошовной эоны, правка, термическая правка,.термообработка.Например, высокий отпуск сварных конструкций по объему своего применениязначительно превосходит все остальныеметоды снижения напряжений, занимаетпо времени несколько часов, что приводит к значительному повышению трудоемкости изготовления сварной конструкции,5 вания ла ч йнию Остаточные деформации (перемеще- ния) в значительном большинстве случаев затрудняют сборку элементов сварной конструкции, а иногда делают ее невозможной беэ предварительной силовой деформации. Например, отдельные элементы сложных балочных конструкций перед сборкой, как правило, должны подвергаться правке, так как. они не могут быть собраны ввиду наличия больших зазоров от изгиба (грибовидность тавровых и двутавровых балок).Использование спл сварочной проволоки предла состава позволит отказаться ного правильного или термиче борудо Формула изобретения ава для гаемого от слож СКОГО О Состав сплава преимущественно дсварочной проволоки, содержащий уг Лабораторные испытания сплава для сварочных проволок предлагаемого и известного составов проводились путем замера остаточных напряжений и деформаций в сварных стыковых соединениях. Размеры свариваемых пластин 450 х 260 х 12 мм, разделка кромок Ч-сбра зная. При замере ос таточных деформаций (перемещений) одна из и обслуживающего его персонато снизит себестоимость. сварнойконструкции на 10-30, Уменьшаютсяприпуски на последующую механическую обработку сварных деталей и уэлоНапример, толщину стенок вала, который должен обрабатываться снаружии внутри, необходимо назначать большей на 5-10 ввиду появления углового излома в зоне кольцевого шва,Аналогичные случаи имеют место и впротяженных сварных деталях и узлахдругого типа (например, балки коробчатого, таврового и двутавровогосечения).Снижение остаточных напряженив 1,7-3,7 раза приводит к повышеэксплуатационной надежности сварнойконструкции, При нагружении конструкции рабочие напряжения, складываясь в некоторых зонах с остаточными напряжениями, достигают или превышают предел текучести металла ивызывают пластическиедеформации илиразрушения. Например,при эксплуатации магистральных трубопроводов продольные и кольцевые швы разрушаютсяот суммирования рабочих напряженийи остаточных растягивающих напряжений. Пластические деформации и остаточные напряжения при наличии концентратов в условиях пониженных температур могут оказывать резко отрицательное влияние на сопротивлениесталей началу хрупкого разрушения,961905 10 Составитель Н. КозловскаяРедактор Н. Гришанова Техред,Т;Фанта Корректор М, Демчик Тираж 1153 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7362/17 филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лерод никель, хром, молибден, ванадий, марганец, кремний, алюминий, иттрий, редкоземельный металл, барий и железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности сварного шва, он содержит в качестве редкоземельного металла церий при следующем соотношении компонентов, вес.%:Углерод 0,03-0,09 .Никель 4,.5-22 Хром 0,15-2 молибден 9;5=4 Ванадий 0,15-1 Марганец 0,7-2Кремний 0,.3"1,5Алюминий 0,1-0,5Иттрий 0,05-0,1. Церий 0,002-0,05Барий 0,005-0,05йелезо ОстальноеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРО У 547314, кл. В 23 К 35/30, 1977.2. Авторское свидетельство СССР9 404889, кл. С 22 С 38/58, 1972