Способ раскисления наплавляемого металла при ручной дуговой сварке

(504 В 2 5 36 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г. 1 Втв нное обьедиостроенияВитман,нко, С.И. Но" артушный В.овая сваркаКиев: Науко7, 230.ство СССР35/365,о где соб тем л. Изобретение относится асается раскисления н металла за счет соста сварке вляемолектро-,г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-производснение по технологии машииЩУИтМАР 11(54) СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ НАППАВЛЯЕМОГО МЕТАЛЛА ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ(57) Изобретение касается сварки,а именно вопросов раскислеиия наплавляемого металла при ручной электродуговой сварке путем введения определенного количества раскислителейв покрытие и стержень. Цель изобретения - повышение стойкости наплавленного металла против хрупкого разрушения. При ручной дуговой сваркекоррозионно-стойкой стали мартенситного класса осуществляют одновременное введение в сварочную ванну раскислителей из стержня, выполненного из стали мартенситного класса и из покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор. Упомянутые раскислители вводят в количествах, определяемых из соотношений:1,1 (КВП) Х К,/1 ОО - К, (КВЛ) Х К,/1 ОО = 1 ОК, й К - 1,1К", где 3 К, - сум.марное количество в покрытии Ферросплавов элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциация свободных окислов которых меньше - 151 при температуре 1600 С; Е К, - сум" марное количество в стали стержня элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциации свободных окис-., лов которых меньше - 15 при темпера- сО туре 1600 С; Е К - суммарное коли-ф чество в покрытии ферросплавов элементов-раскислителей, лог арифм упругости диссоциации свободных окислов, которйх-о больше - 15 при температуре 1600 С; ЕК - суммарное количество в стали2стержня элементов-раскислителей, логарифм упругости диссоциации сноб дных окислов которых больше - 15 при температуре 1600 С; К, - коэффицие равный 0,7-1,0; КВП - коэффициент веса .покрытия, мас.%; КВП: К 1/100+15 Е К = К КВП (0,7 М + 2,5) /100,М - сод.мрамор; К = 0,7-1., Спопозволяет установить стабильнуюпературу перехода к хрупкому разрушению тг ниже 15 С. 3 таб дов, используемых преимущественно для сварки ферритно - мартенситных, мартенситных и аустенитно-мартенсных нержавеющих сталей, а также указанных сталей со сталями других структурных классов.Известно, что ударная вязкость материала является интегральной характеристикой, зависящей одновременно от его прочности и пластичности. Только ударная вязкость не может служить характеристикой сопротивляемости хрупкому разрушению.В зависимости от структурного состояния и уровня прочности материала переход к хрупкому разрушению с понижением температуры может ыть весь ма резким или довольно плавным. В переходном районе температур также более или менее резко изменяется вид излома: волокнистый вязкий излом сменяется кристаллическим хруп О ким. В вязкой области доля волокнистого излома составляет 100 Х, в хрупкой в ,О ,Температура перехода к хрупкому разрушению разделяет температурную 25 шкалу эксплуатации на две области: при температурах ниже критической иэделие не может надежно эксплуатироваться при динамических нагрузках, а при температурах вьппе критической ЗО надежность эксплуатации резко возрастает.Существуют два основных метода определения температуры перехода к хрупкому разрушению: по сериальным кривым ударной вязкости и по доле вязкой составляющей в изломе.В связи с тем, что ударная вязкость является интегральной характеристикой, у высокопрочных матерна О лов вклад прочности в величину ударной вязкости может оказаться превалирующим. Таким образом, наиболее надежным методом определения температуры перехода к хрупкому разрушению сталей мартенситного, мартенситноферритного и мартенситно-аустенитного классов является метод определения доли вязкой составляющей в изло" ме, которая при температуре перехода должна составлять не менее 50 Х50 поверхности излома ударного образца.При этом температура перехода к хрупкому разрушению (температура хрупко-вязкого перехода) То определяется как минимальная температура, при которой количество вязкой составляющей в изломе ударного образца составляет не менее 501. Температура эксплуатации ряда сварных конструкций энергетических установок, работающих в условиях энакопеременных циклических нагрузок (например, гидротурбин) может опускаться ниже 15-20 С, Надежная эксплуатация сварной конструкции в таких условиях может быть обеспечена повьицением сопротивляемости наплавленного металла хрупкому разрушению засчет снижения Т ниже температурыГоэксплуатации.Известно, что кислород, ухудшающий пластические свойства стали,содержится в металле преимущественно в виде включений закиси железа.Для удаления растворенного кислородав металл вводят элементы-раскислители, образующие нерастворимые в жидкой стали окислы.При раскислении наплавленногометалла, осуществляемом в процессеручной дуговой сварки корроэионностойкой стали мартенситного класса,заключающемся в одновременном введении раскислителей иэ стального стержня мартенситного класса и из известного покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор и окись хрома, не удается получить наплавленныйметалл с температурой Тд хрупковязкого перехода ниже 15 ОС,Отмеченный недостаток известногоспособа объясняется неоптимальнымведением раскисления и наличием окиси хрома.Исключение окиси хрома из покрытия приводит к некоторому снижениюТа наплавленного металла. ОднакоФактическая величина Т. в каждомконкретном случае зависит от случайного соотношения содержания раскислителей в стали стержня и мрамора ираскислителей в покрытии, в связи счем получить наплавленный металл состабильным обеспечением Т не вышео,15 С при раскислении наплавляемогометалла в процессе ручной дуговойсварки электродом с известным п :рытием не представляется возможным,Целью изобретения является повышение стойкости против хрупкого разрушения наплавленного металла засчет стабильного обеспечения Тниже 15 Г,Одним иэ широко принятых методовоценки сродства различных элементовк кислороду является оценка по упру 5 14845 гости диссоциации окислов. Давление кислорода в системе металл - кислород - окисел, находящейся в равновесии, называется упругостью диссоциации данного окисла и характеризует его прочность (сродство данного метал ла к кислороду), В силу малости абсолютных значений упругости диссоциации окислов металлов в технической литературе часто приводятся логариф,мы упругости диссоциации окислов.Чем меньше упругость диссоциации окисла (чем более отрицательно значение ее логариФма) при данной температуре, тем он прочнее.Температура, при которой оценива лось сродство элементов-раскислителей к кислороду, выбрана равной 1600 С в связи с тем, что при этой . температуре завершаются металлургические реакции в сварочной ванне и, таким образом, эта температура апределяет направление и полноту протекания реакций раскисления. 25Установлено, что оптимальная фора неметаллических включений при минимальном их количестве может бытьдостигнута при одновременном использовании "сильных" раскислителей (например, титан, алюминий, кальций), именах логарифм упругости диссоциации окислов при 1600 , меньше -15, и "слабых" раскислителей (например, кремний, марганец), имеющих логарифмо диссоциации окислов при 1600 С больше -15, Логарифм упругости диссоциации равный -15 является грани. цей, разделяющей "сильные" и "слабые раскислители. При этом постав О ленная цель достигается при условии выбора суммарных количеств сильныхи "слабых" раскислителей в соответствии с предлагаемым соотношением. За счет этого обеспечивается тщ нап 45 лавленного металла не выше 15 ф,. При содержании раскислителей в покрытии и в стали стержня в предложенных количествах и в соответствии с приведенными в формуле соотношени- . ями обеспечивается оптимальная (глобулярная) Форма неметаллических вклю" чений при их минимальном количестве в наплавленном металле, Этим достига-. 55 ется снижение температуры Т наплавленного металла до требуемого уровня (ниже 15 Г) и повьппение его сопротивляемости хрупкому раэруше 34нию при сохранении уровня механических свойств.При отклонении содержания раскислителей в стали стержня и покрытия от предлагаемых значений и несоблюдении первого соотношения нарушается глобулярность неметаллических включений. 11 ри несоблюдении второго соотношения не обеспечивается оптимальная степень раскисления наплавленного металла. Все это приводит к повьппению Т иаплавленного металла 1и снижению его сопротивляемости хрупкому разрушению.Наряду или вместо ферромарганца в качестве раскислителя покрытие может содержать марганец металлический. При этом содержание марганца металлического следует уменьшать. в 1,5-2,5 раза по сравнению с величиной, рассчитанной по соотношению (1) .Повышенное содержание раскислителей в стали стержня и покрытии электрода позволяет повысить содержание мрамора в покрытии до 153 без снижения свойств наплавленного металла и, тем самым, значительно улучшить физическую защиту сварочной ванны от вредного влияния воздушной атмосферы.В табл.1 приведены составы стержня и покрытия, выполненные согласно предлагаемому способу,П р и м е р 1, Проводят расчет состава электрода с покрытием, содержащим максимально допустимое количество мрамора и максимальное расчетное содержание раскислителей при КВП= = 40 мас.% и минимальном содержании раскислителей в стали стержня.При содержании мрамора 15 соотношение (2) для максимального содержания раскислителейР, имеет вид40 40-- К + 15 ЕК = 1- -100 ф 1 100(О 7 15 + 2,5)у Учитывая, что й: К, = 0 (табл.1)уммарное количество раскислителейХ К, в покрытии составляет Х К - 13%.Далее по соотношению (1) общее содержание раскислителей в покрытии сучетом содержания раскислителей встали стержня 1 1 40 40-д ---К - 1 -- 13 = -1 ЕВ10010050,4) 11%. Электроды изготавливают на стержнях диаметром 4,0 мм на лабораторном электродообмазочном прессе высокого давления. Сварные соединения выполняют на пластинах толщиной 30 мм из стали 01 Х 14 Н 5 МФ. Для определения механических свойств наплавленного металла используют образцы типа 11, 35 для испытаний на ударный изгиб (для определения Т) - образцы типа 1 Х по ГОСТ 6996-66. В табл.2 приведенш .механические 40 свойства и Т- металла, наплавленного согласно предлагаемому способу раскисления. В табл.З дана ударная вязкость 45 при 20 С металла, наплавленного предлагаемым способом.Как показывают результаты, приведенные в табл.2 и 3, предлагаемый способ позволяет получитьнаплавлеио ный металл, обладающий Т ниже 15 С при сохранении уровня механических свойств.Таким образом, способ раскисления позволяет получать наплавленныи55 металл, обладаний более высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению при сохранении уровня механических свойств. Аналогично рассчитывают и осталь ные примеры в табл.1.КоэФФициент К, в примере 11 не задается, так как соотношение (1) не может быть применено для расчета состава известного покрытия, так как это соотношение получают из условия, что в составе покрытия электрода основным окислителем является мрамор, в то время как в составе известного покрытия обязательно 25 присутствует окись хрома, являющаяся сильным окислителем.где ,К суммарное количество впокрытии Ферросплавовэлементов-раскислителей,логариФм упругости диссоциации свободных окисловкоторых меньше -15 при1600 С;суммарное количество встали стержня элементовраскислителей, логариФмупругости диссоциациисвободных окислов которых меньше -15 при 1600 Ссуммарное количество в,покрытии Ферросплавов элементов-раскислителей, логариФм упругости диссоциации свободных окислов которых больше -15 при1600 С;суммарное количество встали стержня элементовраскислителей, логариФмупругости диссоциации свободных окислов которыхбольше -15 при 1600 С;коэФФициент, равный 0,71,0;коэФФициент покрытия,мас7,к,КВП причемо р м у л а и з о б р е т е и и яСпособ раскисления наплавляемого металла при ручной дуговой сварке коррозионно-стойкой стали мартенсит ного класса, включалций одновременное введение в сварочную ванну раскислителей из стержня, выполненного из стали мартеиситного класса, и из покрытия рутилово-основного вида, содержащего мрамор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости против хрупкого разрушения наплаяленного металла за счет стабильного обеспечения Т нижео15 С, упомянутые раскислители вводят в количествах, определяемых из соотношений1 1 (КВП) (КВП)К К ;Г К,100 10010 кк, 1 1; 2)О О О О Х Ъ Ъ СЧ ЕЧ Сс В В В ВМЪ И МЪ МЪ СЧ0 Л СЪ И И СО СО О 1 1 аВВОССООССС с СФ И мЪ О В а В Ва4 С С С С ееСЧ СЧ СЧ СЧ ЕЧ м М еее а В 1О 1 1 1 ООО 1 11В 1 ОООООПример Т аблицаЗ Ударная Пример Дж/ек 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 а" 76 82 73 84 78 75 71 72 69 74 69 Составитель Т. АрестТехред Л.Сердюкова Корректор Т. Малец Редактор Н. Лазаренко Заказ 2978/12 Тираж 894 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5