RU2186653C1 - Composite ingot for producing welding wire - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: composite ingot has vertical axially symmetric insert located in ingot axial zone through the whole height thereof. Insert has one or several sectors or coaxial internal isolated cavities, which are filled with alloying member and/or fluxing composition. Welding flux components or other materials are introduced separately to prevent formation of low-melting point eutectics, gas release during heating, alloying of insert components and sedimentary separation of powders having different density. Section area ratio of insert and ingot is 0.015-0.45, which is sufficient to provide for thermal shock resistance of insert, when alloying and/or fluxing components are introduced in amounts sufficient for metallurgical treatment and slag protection of welding bath. EFFECT: increased efficiency and improved quality of welding wire. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к производству композитных слитков для получения сварочных проволок. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, specifically to the production of composite ingots for welding wires.

Известен способ изготовления композитной сварочной проволоки, при котором стальную трубу заполняют порошкообразным флюсом, а затем погружают в изложницу с расплавом металла. Расплавленный металл затвердевает вокруг стальной трубки, которую предварительно герметизируют для предотвращения выхода газов в слитке. Затем затвердевший слиток извлекают из изложницы и протягивают для получения сварочной проволоки [Заявка Японии 53-41103. Способ изготовления композиционной сварочной проволоки. Опубликовано 31.10.1978]. A known method of manufacturing a composite welding wire, in which the steel pipe is filled with powder flux, and then immersed in a mold with molten metal. The molten metal hardens around a steel tube that is pre-sealed to prevent the escape of gases in the ingot. Then, the hardened ingot is removed from the mold and pulled to obtain a welding wire [Japanese Application No. 53-41103. A method of manufacturing a composite welding wire. Published 10/31/1978].

К недостаткам такого способа следует отнести то, что при вводе смесей (керамических флюсов и др. ), содержащих несколько компонентов с разными плотностями, возникает неравномерность распределения их по высоте слитка из-за седиментационного расслоения. В то же время введение в слиток плавленых (или керамических) сварочных флюсов (температура плавления большинства которых существенно ниже температуры разливки стали) сопровождается их расплавлением, что влечет за собой уменьшение объема, заполненного флюсующим реагентом. Следовательно, часть слитка (раската сварочной проволоки) окажется без флюсовой сердцевины. Кроме того, при расплавлении компонентов флюса возможно выделение летучих веществ (например, взаимодействие фторида кальция и оксида кремния сопровождается выделением SiF₄), что может привести к разрыву изолирующей оболочки композитной вставки и выбросам металла из слитка.The disadvantages of this method include the fact that when introducing mixtures (ceramic fluxes, etc.) containing several components with different densities, there is an uneven distribution of them along the height of the ingot due to sedimentation separation. At the same time, the introduction of fused (or ceramic) welding fluxes into the ingot (the melting temperature of most of which is significantly lower than the steel casting temperature) is accompanied by their melting, which entails a decrease in the volume filled with the fluxing reagent. Consequently, part of the ingot (rolling of the welding wire) will be without a flux core. In addition, during the melting of flux components, volatile substances can be released (for example, the interaction of calcium fluoride and silicon oxide is accompanied by the release of SiF ₄ ), which can lead to rupture of the insulating shell of the composite insert and metal emissions from the ingot.

Наиболее близким к заявляемому является композитный слиток [Прототип. SU 19600, СССР. Способ изготовления биметаллической проволоки. Л.Е. Миллер. МКИ B 22 D 19/00, 31.03.1931], содержащий осесимметричную вставку, размещенную в осевой зоне слитка по всей его высоте. Полученная конструкция слитка не позволяет производить четкое дозирование микролегирующих добавок, обычно применяемых для микролегирования стали. В слитке отсутствует полостной объем для ввода характерных количеств флюсующих добавок, необходимых для организации защиты сварочной ванны изолирующей коркой флюса и/или легирующих элементов для легирования и раскисления металла сварного шва, а также связывания других растворенных газов как при сварке в защитных газах, так и открытой дугой (на воздухе). Closest to the claimed is a composite ingot [Prototype. SU 19600, USSR. A method of manufacturing a bimetallic wire. L.E. Miller. MKI B 22 D 19/00, 03/31/1931], containing an axisymmetric insert located in the axial zone of the ingot over its entire height. The resulting design of the ingot does not allow a clear dosing of microalloying additives, usually used for microalloying steel. There is no cavity volume in the ingot for introducing the characteristic amounts of fluxing additives necessary for organizing the protection of the weld pool with an insulating flux and / or alloying elements for alloying and deoxidizing the weld metal, as well as for bonding other dissolved gases both when welding in shielding gases and open arc (in the air).

Задачей данного изобретения является усовершенствование конструкции композитного слитка путем введения изолирующей композитообразующей вставки определенных размеров в поперечном сечении и разделения ее внутреннего объема. Такое усовершенствование позволяет ввести в полость (полости) вставки в слиток (и, далее, проволоку) одно- или многокомпонентные присадки, позволяющие обеспечить при сварке проволокой легирование сварного шва и/или образование флюсовой корки, и/или связывание растворенных в металле и ассимилируемых из окружающей дугу атмосферы газов (кислород, азот, водород) в соединения благоприятной морфологии. The objective of the invention is to improve the design of the composite ingot by introducing an insulating composite-forming insert of certain sizes in cross section and separation of its internal volume. Such an improvement allows introducing into the cavity (s) of the insert into the ingot (and, further, the wire) one- or multicomponent additives, which allow for alloying of the weld seam and / or the formation of a flux crust during wire welding and / or the bonding of dissolved in metal and assimilable from surrounding the arc of the atmosphere of gases (oxygen, nitrogen, hydrogen) into compounds of favorable morphology.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известных композитных слитков из железоуглеродистых или никелевых сплавов, в том числе микролегированных, согласно изобретению в осевой зоне на высоту тела слитка размещается вертикальная осесимметричная композитная вставка, формирующая одну или несколько изолированных полостей, заполненных добавками легирующих элементов и/или флюсующих композиций, причем отношение площадей поперечных сечений вставки и слитка составляет 0,015-0,45. Секторное или коаксиальное разделение внутреннего объема полости композитной вставки обеспечивает обособленный ввод компонентов сварочных флюсов или других материалов с целью предотвращения образования при нагреве и сплавлении их легкоплавких эвтектик, выделения газов и/или седиментационного расслоения порошков с различными плотностями. This object is achieved in that, in contrast to the known composite ingots made of iron-carbon or nickel alloys, including microalloyed alloys, according to the invention, a vertical axisymmetric composite insert is placed in the axial zone to the height of the ingot body, forming one or more isolated cavities filled with alloying elements and / or fluxing compositions, wherein the ratio of the cross-sectional areas of the insert and the ingot is 0.015-0.45. Sector or coaxial separation of the internal volume of the cavity of the composite insert provides a separate input of components of welding fluxes or other materials in order to prevent the formation of fusible eutectics during heating and alloying, gas evolution and / or sedimentation separation of powders with different densities.

Увеличение площади сечения осевой полости по сравнению с прототипом обусловлено необходимостью введения в сварочную проволоку размещаемых в осевой зоне слитка материалов - флюсующих и легирующих добавок в количестве, достаточном для обеспечения защиты сварочной ванны от воздействия воздуха и/или легирования, а также связывания газов (кислорода и азота) металла сварного шва. Введенные добавки распределяются не по всему объему слитка, а сосредоточены в полости, протяженной по всей высоте тела слитка. Это обеспечивает ввод точно заданного количества легирующих и/или флюсующих добавок в каждом сечении слитка и, далее, по длине раската проволоки. The increase in the cross-sectional area of the axial cavity in comparison with the prototype is due to the need to introduce fluxing and doping additives in the ingot axial zone of the ingot wire in an amount sufficient to protect the weld pool from air and / or alloying, as well as the binding of gases (oxygen and nitrogen) weld metal. The added additives are not distributed over the entire volume of the ingot, but are concentrated in a cavity extended over the entire height of the ingot body. This ensures the input of a precisely specified number of alloying and / or fluxing additives in each section of the ingot and, further, along the length of the wire.

Пределы отношений площадей поперечного сечения осевой полости и полного сечения слитка, которые затем сохраняются в сварочной проволоке, выбраны исходя из следующих соображений: при площади поперечного сечения вставки менее 0,01 сечения слитка необходимая толщина изолирующей оболочки, оформляющей полость, превышает ее радиус, что существенно повышает стоимость композитной вставки. Кроме того, при повышении температуры разливки металла на 15-20 и более градусов наблюдается потеря конструктивной теплостойкости вставки, что приводит к смещению композитной вставки потоками в слитке и влечет высокую вероятность выхода вставки на поверхность проволоки и высыпание добавки при прокатке и волочении. Кроме того, во вставки таких размеров невозможно ввести добавки легирующих элементов в количестве, обеспечивающем легирование (от 0,2% элемента) сварного шва. Ввиду низкой плотности компонентов флюса (до 1,5 кг/м³) размещаемое в полости таких размеров количество его недостаточно для организации металлургической обработки и шлаковой защиты сварочной ванны.The limits of the relationship between the cross-sectional areas of the axial cavity and the total cross-section of the ingot, which are then stored in the welding wire, are selected based on the following considerations: when the cross-sectional area of the insert is less than 0.01 cross-section of the ingot, the required thickness of the insulating shell forming the cavity exceeds its radius, which is substantially increases the cost of the composite insert. In addition, with an increase in the temperature of casting of metal by 15-20 degrees or more, there is a loss of structural heat resistance of the insert, which leads to the displacement of the composite insert by the flows in the ingot and entails a high probability of the insert entering the wire surface and precipitation of the additive during rolling and drawing. In addition, it is impossible to introduce additives of alloying elements into inserts of such sizes in an amount that ensures alloying (from 0.2% of the element) of the weld. Due to the low density of flux components (up to 1.5 kg / m ³ ), the amount placed in a cavity of such dimensions is insufficient for organizing metallurgical processing and slag protection of the weld pool.

При отношении площадей поперечных сечений более 0,45 может возникать частичное несплавление оболочки композитной вставки с металлом жидкого ядра слитка и, ввиду высокой скорости кристаллизации жидкого металла матрицы слитка, появляются дефекты снижающие металлургическое качество слитка (глубокая усадочная раковина и выраженная подусадочная пористость, кристаллизационные трещины) и затрудняющие его переработку на заготовку и, далее, проволоку. When the ratio of the cross-sectional areas is more than 0.45, partial fusion of the composite insert shell with the metal of the liquid core of the ingot can occur and, due to the high crystallization rate of the liquid metal of the ingot matrix, defects appear that reduce the metallurgical quality of the ingot (deep shrinkage shell and pronounced shrinkage porosity, crystallization cracks) and making it difficult to process into billets and, further, wire.

Для подтверждения возможности осуществления и целесообразности применения изобретения в лабораторных условиях был проведен сопоставительный анализ металлургического качества стальных слитков, полученных согласно изобретению и прототипу (см. таблицу). Сварочную проволоку получали из слитков лабораторной выплавки. Металл (сталь Св-08Г2С) разливали в изложницу объемом 260 см³ (масса тела слитка 2 кг) с предварительно установленными в ней композитными вставками. Передел слитка осуществляли прокаткой или изостатическим прессованием на круг диаметром 25 мм и далее волочили на проволоку диаметром 2 мм.To confirm the feasibility and practicability of applying the invention in laboratory conditions, a comparative analysis of the metallurgical quality of steel ingots obtained according to the invention and the prototype was carried out (see table). Welding wire was obtained from ingots of laboratory smelting. Metal (Sv-08G2S steel) was cast into a mold with a volume of 260 cm ³ (ingot body weight 2 kg) with composite inserts pre-installed in it. The ingot was redistributed by rolling or isostatic pressing into a circle with a diameter of 25 mm and then dragged onto a wire with a diameter of 2 mm.

Технико-экономическая эффективность применения композитных слитков с порошковыми вставками для производства сварочных проволок состоит в снижении расхода легирующих элементов, поскольку полностью отсутствует угар добавок, введенных в композитную вставку (равен нулю). Применение предлагаемого композитного слитка существенно расширит возможности металлургического производства в обеспечении как разнообразия сортамента, так и высокого качества сварочных проволок. The technical and economic efficiency of the use of composite ingots with powder inserts for the production of welding wires consists in reducing the consumption of alloying elements, since there is no waste of additives introduced into the composite insert (zero). The application of the proposed composite ingot will significantly expand the capabilities of metallurgical production in ensuring both the variety of the range and the high quality of welding wires.

Claims (3)

1. Композитный слиток для получения сварочной проволоки из железоуглеродистых или никелевых сплавов, в том числе микролегированных, содержащий вертикальную осесимметричную вставку, размещенную в осевой зоне слитка по всей его высоте, отличающийся тем, что вставка выполнена по крайней мере с одной внутренней изолированной полостью, заполненной легирующим элементом и/или флюсующей композицией, причем отношение площадей поперечных сечений вставки и слитка составляет 0,015-0,45. 1. A composite ingot for producing a welding wire from iron-carbon or nickel alloys, including microalloys, containing a vertical axisymmetric insert placed in the axial zone of the ingot along its entire height, characterized in that the insert is made with at least one internal insulated cavity filled alloying element and / or fluxing composition, and the ratio of the cross-sectional areas of the insert and the ingot is 0.015-0.45. 2. Композитный слиток по п.1, отличающийся тем, что во вставке выполнены секторные полости. 2. The composite ingot according to claim 1, characterized in that sector cavities are made in the insert. 3. Композитный слиток по п.1, отличающийся тем, что во вставке выполнены коаксиально расположенные полости. 3. The composite ingot according to claim 1, characterized in that the insert is made coaxially located cavity.

Images