RU2625509C2 - Flux-additive - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: flux additive is designed for mixing with fused fluxes and can be used for submerged arc welding of steels. The flux-additive contains components in the following ratio, wt %: strontium-barium carbonatite 1-15, sodium liquid glass 25-50, dust of electrostatic precipitators of aluminium production 35-74. The dust of electrostatic precipitators of aluminium production contains, wt %: Al₂O₃ 20-46.23; F 16-26.7; Na₂O 7.6-15; K₂O 0.4-6; CaO 0.6-2.3; SiO₂ 0.5-2.48; Fe₂O₃ 2.1-3.27; C_total 12.5-30.2; MnO 0.07-0.9; MgO 0.06-0.9; S 0.08-0.19; P 0.09-0.18.

EFFECT: improved mechanical properties of welds, in particular, impact strength at temperatures below zero due to reduction of the level of contamination with nonmetallic inclusions.

1 tbl

Description

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам-добавкам, предназначенным для примешивания к сварочным флюсам.The invention relates to welding, in particular to submerged arc welding of steels, in particular to additive fluxes intended to be mixed with welding fluxes.

Известен керамический флюс-добавка, предназначенный для примешивания к плавленым флюсам, содержащий мрамор и ферросилиций в следующем процентном соотношении, мас. %: мрамор 30-70, ферросилиций - остальное [1]. В качестве связующего вещества используется водный раствор силиката натрия.Known ceramic flux additive designed for mixing with fused fluxes containing marble and ferrosilicon in the following percentage ratio, wt. %: marble 30-70, ferrosilicon - the rest [1]. An aqueous solution of sodium silicate is used as a binder.

Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:Significant disadvantages of this ceramic flux additives are:

- пониженные механические свойства сварного шва из-за высокого уровня содержания газов в сварном шве в связи с использованием для защиты углекислого газа, выделяемого только при разложении мрамора, и повышенной загрязненности неметаллическими включениями в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака из-за повышенной температуры плавления последнего.- reduced mechanical properties of the weld due to the high gas content in the weld due to the use of carbon dioxide released only during decomposition of marble for protection, and increased contamination by non-metallic inclusions due to reduced refining properties of the resulting slag due to the increased melting point last one.

Известен также способ выплавки стали в электропечах, включающий проведение окислительного периода со скачиванием шлака, проведение восстановительного периода и раскисление шлака в восстановительный период, отличающийся тем, что в конце окислительного периода после скачивания шлака в печь присаживают стронций-бариевый карбонатит, известь и плавиковый шпат в соотношении (1,0-2,0):(2,5-5,0):(0,1-1,0) соответственно, при этом количество шлака с основностью 1,5-4,0 составляет 1,5-4,0% от массы металла [2].There is also known a method of steelmaking in electric furnaces, including carrying out an oxidation period with downloading slag, conducting a recovery period and deoxidizing slag during the recovery period, characterized in that at the end of the oxidation period after loading the slag, strontium-barium carbonatite, lime and fluorspar are added to the furnace the ratio (1.0-2.0) :( 2.5-5.0) :( 0.1-1.0), respectively, while the amount of slag with a basicity of 1.5-4.0 is 1.5- 4.0% by weight of the metal [2].

Данный способ, реализованный при дуговом разряде в электросталеплавильных печах с использованием стронций-бариевого карбонатита, позволяет значительно повысить показатели ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах.This method, implemented in an arc discharge in electric arc furnaces using strontium-barium carbonatite, can significantly increase the impact strength at positive and negative temperatures.

Известен выбранный в качестве прототипа флюс-добавка, предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, на основе жидкого стекла, который содержит пыль электрофильтров алюминиевого производства и натриевое жидкое стекло при соотношении компонентов, мас. %: пыль электрофильтров алюминиевого производства 41,67-60; натриевое жидкое стекло 58,33-40 [3].Known selected as a prototype flux additive, designed for mixing with welding fluxes, based on liquid glass, which contains dust from aluminum electrostatic precipitators and sodium liquid glass with a ratio of components, wt. %: dust of electrostatic precipitators of aluminum production 41.67-60; sodium liquid glass 58,33-40 [3].

Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:Significant disadvantages of this ceramic flux additives are:

- неудовлетворительный в ряде случаев уровень загрязненности сварного шва неметаллическими включениями и как следствие снижение механических свойств и в частности значений ударной вязкости.- unsatisfactory in some cases, the level of contamination of the weld with non-metallic inclusions and, as a consequence, a decrease in mechanical properties and, in particular, toughness values.

Желаемым техническим результатом изобретения является повышение общего уровня механических свойств сварного шва, в частности ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижения уровня загрязненности неметаллическими включениями.The desired technical result of the invention is to increase the overall level of the mechanical properties of the weld, in particular impact strength at low temperatures, by reducing the level of contamination with non-metallic inclusions.

Для этого предлагается флюс-добавка для сварочных флюсов, содержащий пыль электрофильтров алюминиевого производства, содержащую, мас. %: Al₂O₃ 20-46,23; F 16-26,7; Na₂O 7,6-15; K₂O 0,4-6%, СаО 0,6-2,3; SiO₂ 0,5-2,48; Fe₂O₃ 2,1-3,27; С_общ 12,5-30,2; MnO=0,07-0,9; MgO=0,06-0,9; S=0,08-0,19; Р=0,09-0,18 и натриевое жидкое стекло, который дополнительно содержит стронций-бариевый карбонатит при соотношении компонентов, мас. %:For this, a flux additive for welding fluxes is proposed, containing dust from electrostatic precipitators of aluminum production, containing, by weight. %: Al ₂ O ₃ 20-46.23; F 16-26.7; Na ₂ O 7.6-15; K ₂ O 0.4-6%, CaO 0.6-2.3; SiO ₂ 0.5-2.48; Fe ₂ O ₃ 2.1-3.27; C _total 12.5-30.2; MnO = 0.07-0.9; MgO = 0.06-0.9; S = 0.08-0.19; P = 0.09-0.18 and sodium liquid glass, which additionally contains strontium-barium carbonatite with a ratio of components, wt. %:

стронций-бариевый карбонатитstrontium barium carbonatite 1-151-15 натриевое жидкое стеклоsodium liquid glass 25-5025-50 пыль электрофильтров алюминиевого производстваdust aluminum electrostatic precipitators 35-7435-74

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из возможности изготовления флюс-добавки, качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых механических свойств. Для изготовления флюса-добавки использовали следующие материалы. Пыль электрофильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас. %: Al₂O₃=20-46,23; F=16-26,7; Na₂O=7,6-15; K₂O=0,4-6; СаО=0,6-2,3; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-3,27; С_общ=12,5-30,2; MnO=0,07-0,9; MgO=0,06-0,9; S=0,08-0,19; Р=0,09-0,18. Стронций-бариевый карбонатит марки БСК, производимый ООО «НПК Металлтехпром» по ТУ 1717-001-75073896-2005, при этом химический состав изменялся, мас. %: SrO=1,41-6,25; ВаО=6,29-16,86; TiO₂=0,02-0,05; Cr₂O₃=0,05-0,20; Al₂O₃=1,6-3,05; Na₂O=0,37-3,02; K₂O=0,85-2,69; СаО=13,6-18,9; SiO₂=12,82-41,22; Fе_общ=4,18-14,85; С_общ=1,32-8,45; MnO=0,06-0,33; MgO=0,48-6,24; S=0,20-0,22; Р=0,02-0,04.The claimed limits are selected empirically based on the possibility of manufacturing a flux additive, the quality of the welds obtained during welding, the stability of the welding process and the required mechanical properties. For the manufacture of flux additives used the following materials. Dust of aluminum electrostatic precipitators with the following chemical composition, wt. %: Al ₂ O ₃ = 20-46.23; F = 16-26.7; Na ₂ O = 7.6-15; K ₂ O = 0.4-6; CaO = 0.6-2.3; SiO ₂ = 0.5-2.48; Fe ₂ O ₃ = 2.1-3.27; With _total = 12.5-30.2; MnO = 0.07-0.9; MgO = 0.06-0.9; S = 0.08-0.19; P = 0.09-0.18. BSK grade strontium-barium carbonatite manufactured by NPK Metalltekhprom LLC according to TU 1717-001-75073896-2005, while the chemical composition changed, wt. %: SrO = 1.41-6.25; BaO = 6.29-16.86; TiO ₂ = 0.02-0.05; Cr ₂ O ₃ = 0.05-0.20; Al ₂ O ₃ = 1.6-3.05; Na ₂ O = 0.37-3.02; K ₂ O = 0.85-2.69; CaO = 13.6-18.9; SiO ₂ = 12.82-41.22; Fe _total = 4.18-14.85; With _total = 1.32-8.45; MnO = 0.06-0.33; MgO = 0.48-6.24; S = 0.20-0.22; P = 0.02-0.04.

Натриевое жидкое стекло имело значение силикатного модуля 2,0-3,5 при плотности растворов 1,30-1,60 г/см³.Sodium water glass had a silicate modulus value of 2.0-3.5 at a solution density of 1.30-1.60 g / cm ³ .

Изготовление заявляемого флюса-добавки проводили размолом стронций-бариевого карбонатита до фракции менее 1 мм с последующим смешением с пылью электрофильтров алюминиевого производства и натриевым жидким стеклом. Полученную смесь перемешивали до получения однородной массы в смесителе, далее осуществлялась сушка при комнатной температуре в течение 24 часов, после чего производился помол. Проводилось выделение фракции 0,45-3,0 мм. После чего гранулы прокаливали при температуре 150-300°С. Заявляемый флюс-добавку примешивали к сварочным флюсам АН-348А, АН-67, после чего осуществляли сварку образцов с использованием сварочного трактора ASAW-1250. Технологические испытания проводили при сварке шва на образцах из стали марки 09Г2С длиной не менее 500 мм. Для сравнения проводили сварку под флюсами АН-348А, АН-60 с использованием керамического флюса-добавки согласно прототипу. Влияние изменения химического состава компонентов с граничными, заграничными и заявляемыми пределами, а также с присадкой керамического флюса-добавки согласно прототипу (столбец 9) на механические свойства сварного шва (временного сопротивления - σ_В, Н/мм², предела текучести - σ_Т, Н/мм², относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°С KCU^-40C, Дж/см², а также длины строчки оксидных неметаллических включений приведено в таблице.The manufacture of the inventive flux additives was carried out by grinding strontium-barium carbonatite to a fraction of less than 1 mm, followed by mixing with dust from aluminum electrostatic precipitators and sodium liquid glass. The resulting mixture was stirred until a homogeneous mass was obtained in the mixer, then drying was carried out at room temperature for 24 hours, after which grinding was performed. The separation of the 0.45-3.0 mm fraction was carried out. Then the granules were calcined at a temperature of 150-300 ° C. The inventive flux additive was mixed with welding fluxes AN-348A, AN-67, after which the samples were welded using an ASAW-1250 welding tractor. Technological tests were carried out when welding a weld on specimens of steel grade 09G2S with a length of at least 500 mm. For comparison, welding was performed under fluxes AN-348A, AN-60 using ceramic flux additives according to the prototype. The influence of changes in the chemical composition of components with boundary, foreign and claimed limits, as well as with the additive of ceramic flux additives according to the prototype (column 9) on the mechanical properties of the weld (temporary resistance - σ _B , N / mm ² , yield strength - σ _T , N / mm ² , elongation δ,%, impact strength at a temperature of minus 40 ° С KCU ^-40C , J / cm ² , as well as the line length of oxide non-metallic inclusions are given in the table.

Использование заявляемой смеси по сравнению с прототипом позволяет повысить общий уровень механических свойств сварного шва, предел текучести σ и временного сопротивления σ_В на 1-3 Н/ мм, относительное удлинение на 3%, ударной вязкости при отрицательных температурах на 2-6 Дж/см², за счет снижения длины строчки оксидных неметаллических включений.Using the inventive mixture in comparison with the prototype allows to increase the overall level of mechanical properties of the weld, yield strength σ and tensile strength σ _B by 1-3 N / mm, elongation by 3%, impact strength at negative temperatures by 2-6 J / cm ² , by reducing the string length of oxide non-metallic inclusions.

Список источников информации:List of sources of information:

1. А.с. СССР 173588 B23K.1. A.S. USSR 173588 B23K.

2. Пат РФ 2197539 C21C 5/52.2. Patent of the Russian Federation 2197539 C21C 5/52.

3. Пат. 2564801 РФ, МПК ⁸ B23K 35/362.3. Pat. 2564801 RF, IPC ⁸ B23K 35/362.

Claims (2)

Флюс-добавка для сварочных флюсов, содержащий натриевое жидкое стекло и пыль электрофильтров алюминиевого производства, включающую, мас. %: Al₂O₃ 20-46,23; F 16-26,7; Na₂O 7,6-15; K₂O 0,4-6; СаО 0,6-2,3; SiO₂ 0,5-2,48; Fe₂O₃ 2,1-3,27; С_общ 12,5-30,2; MnO 0,07-0,9; MgO 0,06-0,9; S 0,08-0,19; Р 0,09-0,18, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стронций-бариевый карбонатит при соотношении компонентов, мас. %:A flux additive for welding fluxes containing sodium liquid glass and dust of electrostatic precipitators of aluminum production, including, by weight. %: Al ₂ O ₃ 20-46.23; F 16-26.7; Na ₂ O 7.6-15; K ₂ O 0.4-6; CaO 0.6-2.3; SiO ₂ 0.5-2.48; Fe ₂ O ₃ 2.1-3.27; C _total 12.5-30.2; MnO 0.07-0.9; MgO 0.06-0.9; S 0.08-0.19; P 0.09-0.18, characterized in that it additionally contains strontium-barium carbonatite with a ratio of components, wt. %: стронций-бариевый карбонатитstrontium barium carbonatite 1-151-15 натриевое жидкое стеклоsodium liquid glass 25-5025-50 пыль электрофильтров алюминиевого производстваdust aluminum electrostatic precipitators 35-7435-74