RU2820636C1 - Flux cored wire for welding medium-alloyed high-strength steels - Google Patents
Flux cored wire for welding medium-alloyed high-strength steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820636C1 RU2820636C1 RU2023126561A RU2023126561A RU2820636C1 RU 2820636 C1 RU2820636 C1 RU 2820636C1 RU 2023126561 A RU2023126561 A RU 2023126561A RU 2023126561 A RU2023126561 A RU 2023126561A RU 2820636 C1 RU2820636 C1 RU 2820636C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cored wire
- chromium
- welding
- flux
- strength
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000004907 flux Effects 0.000 title abstract 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910001309 Ferromolybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 26
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 12
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 37
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 241001016380 Reseda luteola Species 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000616 Ferromanganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- -1 grain boundary Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N iron manganese Chemical compound [Mn].[Fe] DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварочных материалов, и может использоваться для сварки высокопрочных среднелегированных сталей различного назначения.The invention relates to the field of welding materials, and can be used for welding high-strength medium-alloy steels for various purposes.
Сложностью сварки среднелегированных сталей является высокая склонность металла шва и околошовной зоны к холодным трещинам, повышенная склонность к горячим трещинам из-за многокомпонентного легирования, возможность образования холодных трещин типа «отрыв» в околошовной зоне и «подваликовых» горячих трещин при сварке аустенитными электродными материалами. Общим недостатком используемых на данный момент электродных материалов связан с невозможностью получения равнопрочных основному металлу по механическим и баллистическим характеристикам сварных соединений без применения термической обработки.The difficulty of welding medium-alloy steels is the high susceptibility of the weld metal and heat-affected zone to cold cracks, increased susceptibility to hot cracks due to multicomponent alloying, the possibility of the formation of cold cracks of the “separation” type in the heat-affected zone and “bead” hot cracks when welding with austenitic electrode materials. A general disadvantage of the currently used electrode materials is associated with the impossibility of obtaining welded joints that are equal in strength to the base metal in terms of mechanical and ballistic characteristics without the use of heat treatment.
Широкое применение при сварке высокопрочных среднелегированных сталей для спецтехники находят сплошные проволоки следующего структурного класса: феррито-перлитного (Св-10ГСМТ ГОСТ 2246-70) и аустенитного (Св-08Х20Н9Г7Т ГОСТ 2246-70) (аналог 1). При сварке высокопрочных среднелегированных сталей данными электродными материалами металл шва и околошовная зона обладают высокой стойкостью к образованию ХТ. Однако механические и баллистические характеристики сварных соединений находятся на невысоком уровне. Использование феррито-перлитной проволоки Св-10ГСМТ ГОСТ 2246-70 приводит к интенсивному росту зерна на участке перегрева в зоне термического влияния [1], что неблагоприятно влияет на специальные характеристики сварного соединения. Кроме того, в металле шва формируется феррито-бейнитная структура, обладающая невысокой твердостью. Более перспективно использовать электродные материалы аустенитного класса. В этом случае из-за более низкой температуры плавления присадочного материала размер зерна на участке перегрева зоны термического влияния значительно меньше [2]. Однако хромоникелевая аустенитная структура в металле шва обладает низкими механическими характеристиками.Solid wires of the following structural class are widely used when welding high-strength medium-alloy steels for special equipment: ferrite-pearlite (Sv-10GSMT GOST 2246-70) and austenitic (Sv-08Kh20N9G7T GOST 2246-70) (analogue 1). When welding high-strength medium-alloy steels with these electrode materials, the weld metal and heat-affected zone are highly resistant to the formation of chemical reactions. However, the mechanical and ballistic characteristics of welded joints are at a low level. The use of ferrite-pearlite wire Sv-10GSMT GOST 2246-70 leads to intensive grain growth in the overheating area in the heat-affected zone [1], which adversely affects the special characteristics of the welded joint. In addition, a ferrite-bainite structure with low hardness is formed in the weld metal. It is more promising to use electrode materials of the austenitic class. In this case, due to the lower melting temperature of the filler material, the grain size in the overheating section of the heat-affected zone is significantly smaller [2]. However, the chromium-nickel austenitic structure in the weld metal has low mechanical characteristics.
Для повышения специальных характеристик металла шва на некоторых предприятиях использовали упрочняющую наплавку на лицевую поверхность сварного шва электродами УБТ-1 ТУ 84-1139, ЭВТ-3 ТУ В3-306, а впоследствии перешли на порошковую проволоку ПП-АН-180 диаметром 3,2 мм (ОСТ В3-4301-89/90). Однако такая технология не обеспечивала получения бездефектных сварных соединений (холодные трещины). Кроме того, использование данных электродных материалов повышало трудоёмкость изготовления корпусов спецтехники, при этом производительность данной технологии низкая. Невысокая эффективность данного подхода привело к отказу предприятий от использования данных электродных материалов [3].To improve the special characteristics of the weld metal, some enterprises used hardening surfacing on the front surface of the weld using electrodes UBT-1 TU 84-1139, EVT-3 TU V3-306, and subsequently switched to flux-cored wire PP-AN-180 with a diameter of 3.2 mm (OST V3-4301-89/90). However, this technology did not provide defect-free welded joints (cold cracks). In addition, the use of these electrode materials increased the labor intensity of manufacturing special equipment housings, while the productivity of this technology is low. The low efficiency of this approach led to the refusal of enterprises to use these electrode materials [3].
Известна сварочная проволока (патент RU 2692145 С1, В23К 35/30, С22С 38/28, опубликовано 21.06.2019), которая может быть использована для получения сварных соединений из среднеуглеродистых среднелегированных сталей. В состав проволоки входят следующие компоненты, мас. %: хром 18,5–22,0, углерод 0,3–0,4, азот 0,1–0,2, алюминий 0,05–0,1, титан 0,08–0,2, железо – остальное. Как утверждают разработчики, сварочная проволока обеспечивает высокую пулестойкость сварных соединений. За счет получения в металле шва структуры, состоящей преимущественно из метастабильного аустенита (50-85 % аустенит, 15-50 % мартенсит, феррит) при интенсивном динамическом воздействии происходит превращение метастабильного аустенита в мартенсит деформации. Недостатком данного состава является необходимость точного контроля соотношения структурных составляющих (аустенит, феррит, мартенсит) в металле шва для обеспечения заявленных характеристик, что требует разработки дополнительных средств контроля и не всегда осуществимо в реальном серийном производстве. A welding wire is known (patent RU 2692145 C1, B23K 35/30, C22C 38/28, published 06/21/2019), which can be used to produce welded joints from medium-carbon, medium-alloy steels. The wire composition includes the following components, wt. %: chromium 18.5–22.0, carbon 0.3–0.4, nitrogen 0.1–0.2, aluminum 0.05–0.1, titanium 0.08–0.2, iron – rest . According to the developers, the welding wire provides high bullet resistance to welded joints. Due to the formation in the weld metal of a structure consisting predominantly of metastable austenite (50-85% austenite, 15-50% martensite, ferrite) under intense dynamic action, the transformation of metastable austenite into deformation martensite occurs. The disadvantage of this composition is the need to accurately control the ratio of structural components (austenite, ferrite, martensite) in the weld metal to ensure the declared characteristics, which requires the development of additional control means and is not always feasible in real mass production.
Известна сварочная сплошная проволока для сварки броневых сталей (патент RU 2396156 С1, В23К 35/30, С22С 38/58, С22С 38/50, опубликовано 10.08.2010), содержащая, мас. %: углерод 0,02-0,08, кремний 0,60-1,50, хром 22,5-25,0, никель 6,5-8,5, молибден 0,8-3,5, алюминий 0,08-0,35, сера 0,005-0,025, железо – остальное. Сварочная проволока по изобретению обеспечивает отсутствие холодных и горячих трещин в сварном шве и зоне термического влияния после сварки броневых сталей, снижение затрат при сварке, связанных с ограничениями при сварке по сварочному току и обязательной ручной подваркой корня шва, а также повышение противоснарядной стойкости и живучести сварной брони. Недостатком сплошных проволок в сравнении с порошковыми является более высокие величины погонной энергии при сварке, что повышает риск хрупких разрушений по причине большей протяженности околошовной зоны и образования неблагоприятной структуры в зоне термического влияния.A known solid welding wire for welding armor steels (patent RU 2396156 C1, V23K 35/30, S22S 38/58, S22S 38/50, published 08/10/2010), containing, by weight. %: carbon 0.02-0.08, silicon 0.60-1.50, chromium 22.5-25.0, nickel 6.5-8.5, molybdenum 0.8-3.5, aluminum 0, 08-0.35, sulfur 0.005-0.025, iron - the rest. The welding wire according to the invention ensures the absence of cold and hot cracks in the weld and the heat-affected zone after welding armor steels, reducing welding costs associated with welding restrictions on welding current and mandatory manual welding of the weld root, as well as increasing the projectile resistance and survivability of the weld armor. The disadvantage of solid wires compared to flux-cored wires is the higher heat input during welding, which increases the risk of brittle fractures due to the greater extent of the heat-affected zone and the formation of an unfavorable structure in the heat-affected zone.
Известна порошковая проволока (патент RU 2478030 С1, В23К 35/368, опубликовано 27.03.2013), предназначенная для наплавки инструмента и деталей, работающих в условиях больших удельных давлениях и повышенных температурах. Порошковая проволока состоит из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром 20,0-23,0; никель 6,0-8,0; ферромолибден 8,0-9,0; ферротитан 0,2-0,6; азотированный хром 2,0-3,0; ультрадисперсный порошок (УДП) карбонитрида титана 0,2-0,6; кремнефтористый натрий 0,8-1,0; железо 1,3-9,3; малоуглеродистая сталь оболочки остальное. УДП карбонитрида титана имеет размер частиц 0,01-0,1 мкм. Flux-cored wire is known (patent RU 2478030 C1, V23K 35/368, published 03/27/2013), intended for surfacing tools and parts operating under conditions of high specific pressures and elevated temperatures. The flux-cored wire consists of a low-carbon steel sheath and a powdery charge with the following component ratio, wt.%: chromium 20.0-23.0; nickel 6.0-8.0; ferromolybdenum 8.0-9.0; ferrotitanium 0.2-0.6; nitrided chromium 2.0-3.0; ultrafine powder (UDP) of titanium carbonitride 0.2-0.6; sodium fluoride 0.8-1.0; iron 1.3-9.3; mild steel shell the rest. UDP titanium carbonitride has a particle size of 0.01-0.1 microns.
Порошковая проволока известного состава позволяет повысить термостойкость и жаростойкость наплавленного металла за счет формирования в нем мартенситно-аустенитной структуры с дисперсными упрочняющими фазами (нитридами, карбонитридами и интерметаллидами), а также обеспечивает снижение ресурсоемкости процесса наплавки за счет получения указанного структурно-фазового состава металла уже в первом слое. Однако данная порошковая проволока не применима для сварки среднелегированных высокопрочных сталей.Flux-cored wire of a known composition makes it possible to increase the heat resistance and heat resistance of the deposited metal due to the formation in it of a martensitic-austenitic structure with dispersed strengthening phases (nitrides, carbonitrides and intermetallic compounds), and also ensures a reduction in the resource intensity of the surfacing process by obtaining the specified structural-phase composition of the metal already in first layer.However, this flux-cored wire is not applicable for welding medium-alloy high-strength steels.
Известна порошковая проволока (а.с. SU 912453, В23К 35/36, опубликовано 15.03.1982), предназначенная для сварки низколегированных высокопрочных сталей, выбранная в качестве прототипа. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты содержащей компоненты, мас.%: флюоритовый концентрат 7-12; рутиловый концентрат 14-23; кремнефтористый натрий 2-6; ферромарганец 6-10; ферросилиций 1,5-4; хром 1-2,5; ферромолибден 1-2,5; никель 4-9; железный порошок – остальное.Known flux-cored wire (AS SU 912453, V23K 35/36, published 03/15/1982), intended for welding low-alloy high-strength steels, selected as a prototype. Flux-cored wire consists of a steel sheath and a powdery charge containing the following components, wt.%: fluorite concentrate 7-12; rutile concentrate 14-23; sodium fluoride 2-6; ferromanganese 6-10; ferrosilicon 1.5-4; chromium 1-2.5; ferromolybdenum 1-2.5; nickel 4-9; iron powder - the rest.
Порошковая проволока известного состава обеспечивает при сварке низколегированных высокопрочных сталей хорошее формирование швов, с получением металла швов, обладающего достаточной стойкостью к холодным и горячим трещинам. Однако при сварке среднелегированных высокопрочных сталей не удается достичь высоких механических характеристик наплавленного металла и сварных соединений. When welding low-alloy high-strength steels, flux-cored wire of a known composition ensures good formation of seams, producing weld metal that is sufficiently resistant to cold and hot cracks. However, when welding medium-alloyed high-strength steels, it is not possible to achieve high mechanical characteristics of the deposited metal and welded joints.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении свариваемости высокопрочных среднелегированных сталей различного назначения и получении высоких механических характеристик наплавленного металла и сварных соединений, а именно: получении высоких показателей временного сопротивления (σВ), предела текучести (σ0,2) при повышении показателей относительного удлинения (δ) на 15-30 % .The technical problem solved by the proposed technical solution is to ensure the weldability of high-strength medium-alloy steels for various purposes and obtain high mechanical characteristics of the deposited metal and welded joints, namely: obtaining high values of tensile strength (σ B) , yield strength (σ 0.2 ) at increasing relative elongation (δ) by 15-30%.
Предлагаемая порошковая проволока для дуговой сварки конструкций из высокопрочных среднелегированных сталей, состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей хром, никель, ферромолибден, кремнефтористый натрий, ферросилиций и марганец, при этом оболочка выполнена из ферритной нержавеющей стали, а порошкообразная шихта дополнительно содержит азотированный хром и медь, и при следующем соотношении компонентов, мас.%: The proposed flux-cored wire for arc welding of structures made of high-strength medium-alloy steels consists of a steel shell and a powdery charge containing chromium, nickel, ferromolybdenum, sodium fluorosilicone, ferrosilicon and manganese, while the shell is made of ferritic stainless steel, and the powdery charge additionally contains nitrided chromium and copper, and at the following ratio of components, wt.%:
Заявляемый состав порошковой проволоки позволяет получить в первом слое нижеприведенный химический состав наплавленного металла, обладающий высокими показателями пределом прочности, пределом текучести и повышенным на 15-30 % показателям относительного удлинения, мас.%:The inventive composition of the flux-cored wire makes it possible to obtain in the first layer the following chemical composition of the deposited metal, which has high tensile strength, yield strength and increased elongation by 15-30%, wt.%:
Для обеспечения повышения свариваемости высокопрочных среднелегированных сталей и получения указанных механических характеристик (временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения) сварных соединений в качестве основных легирующих элементов порошковой проволоки выбраны углерод, хром, марганец, никель, молибден, медь, азот. To ensure increased weldability of high-strength medium-alloy steels and to obtain the specified mechanical characteristics (tensile strength, yield strength, relative elongation) of welded joints, carbon, chromium, manganese, nickel, molybdenum, copper, and nitrogen were selected as the main alloying elements of flux-cored wire.
Для получения в наплавленном металле хрома в количестве 18,0-22,0 мас. % и азота в количестве 0,25-0,40 мас. % дополнительно используется азотированный хром в количестве 2,4-3,3 мас.%, хром металлический в количестве 4,0-6,0 мас. %, а остальное количество хрома (порядка 12-13 мас. % в зависимости от коэффициента заполнения порошковой проволоки) заводится из оболочки из ферритной нержавеющей стали. Азотированный хром позволяет ввести одновременно хром и азот в наплавленный металл. При уменьшении содержания хрома азотированного ниже 2,4 мас. % количество азота в наплавленном металле снижается ниже 0,25 мас. %. При увеличении содержания хрома азотированного более 3,3 мас. % количество азота в наплавленном металле увеличивается более 0,40 мас. %, что приводит к образованию дефектов (пор) и снижению относительного удлинения.To obtain chromium in the deposited metal in an amount of 18.0-22.0 wt. % and nitrogen in the amount of 0.25-0.40 wt. %, nitrided chromium is additionally used in the amount of 2.4-3.3 wt.%, metallic chromium in the amount of 4.0-6.0 wt. %, and the remaining amount of chromium (about 12-13 wt.% depending on the fill factor of the flux-cored wire) is supplied from a ferritic stainless steel sheath. Nitrided chromium allows you to introduce both chromium and nitrogen into the weld metal. When the nitrided chromium content decreases below 2.4 wt. % the amount of nitrogen in the deposited metal is reduced below 0.25 wt. %. With an increase in the content of nitrided chromium to more than 3.3 wt. % the amount of nitrogen in the deposited metal increases by more than 0.40 wt. %, which leads to the formation of defects (pores) and a decrease in relative elongation.
При получении в наплавленном металле хрома менее 18,0 мас. % увеличивается количество дельта-феррита более 10 об. %, что снижает стойкость наплавленного металла к образованию горячих трещин, а также снижает растворимость азота в металле, что может привести к пористости наплавленного металла или металла шва. При содержании хрома более 22 мас. % происходит резкое снижение пластичности и вязкости металла по причине появления хрупкой σ-фазы при сваривании изделий из среднелегированой стали.When receiving less than 18.0 wt. chromium in the deposited metal. % the amount of delta ferrite increases by more than 10 vol. %, which reduces the resistance of the deposited metal to the formation of hot cracks, and also reduces the solubility of nitrogen in the metal, which can lead to porosity of the deposited metal or weld metal. When the chromium content is more than 22 wt. % there is a sharp decrease in the ductility and toughness of the metal due to the appearance of a brittle σ-phase when welding products made of medium-alloy steel.
Для исключения вероятности появления σ-фазы содержание хрома ограничивают 22,0 мас. % и вводят в шихту марганец до содержания 5,3-7,4 мас. %, сохраняя этим высокую растворимость азота в стали и способствуя образованию аустенитной структуры.To exclude the possibility of the appearance of the σ-phase, the chromium content limit 22.0 wt. % and manganese is added to the charge to a content of 5.3-7.4 wt. %, thereby maintaining high nitrogen solubility in steel and promoting the formation of an austenitic structure.
Азот стабилизирует γ-фазу, снижает температуру начала мартенситного превращения (M Н), участвует в различных механизмах упрочнения стали (твердорастворном, зернограничном, дисперсионном) и позволяет разрабатывать экологичные материалы за счет частичной замены дорогостоящего никеля, при этом удается сохранить преимущественно аустенитную структуру в наплавленном металле. Легирование азотом совместно с 3,0-5,0 мас. % никеля более эффективно повышает временное сопротивление и предел текучести аустенитных сталей, при этом относительное удлинение сохраняется на высоком уровне.Nitrogen stabilizes the γ-phase, reduces the temperature at which the martensitic transformation begins ( M H ), participates in various mechanisms of steel hardening (solid solution, grain boundary, dispersion) and allows the development of environmentally friendly materials by partially replacing expensive nickel, while maintaining the predominantly austenitic structure in the deposited material. metal Alloying with nitrogen together with 3.0-5.0 wt. % nickel more effectively increases the tensile strength and yield strength of austenitic steels, while the relative elongation remains at a high level.
При содержании молибдена более 3,0 мас. % в металле развиваются процессы старения с образованием хрупкой χ-фазы, которая аналогична σ-фазе по отрицательному влиянию на относительное удлинение. При содержании молибдена менее 2,0 мас.% не удается получить достаточно высокие временные сопротивления и предел текучести. When the molybdenum content is more than 3.0 wt. % in the metal, aging processes develop with the formation of a brittle χ-phase, which is similar to the σ-phase in its negative effect on elongation. When the molybdenum content is less than 2.0 wt.% it is not possible to obtain sufficiently high tensile strength and yield strength.
Дополнительное введение в шихту меди в количестве 2,0-3,0 мас. % при дальнейшем легировании нержавеющих сталей медью повышает устойчивость аустенита к структурным превращениям после наклепа (сталь остается немагнитной). Медь повышает механические характеристики металла (особенно предел текучести) в результате процессов старения (дисперсионное твердение с выделением ε-фазы). Легирование медью совместно с никелем и азотом демонстрирует более высокие показатели относительного удлинения металла. Легирование металла медью более 3,0 мас. % негативно влияет на хладостойкость стали, в то время при содержании меди менее 2,0 мас. % не удается существенно повысить предел прочности и предел текучести. Additional introduction of copper into the charge in an amount of 2.0-3.0 wt. % with further alloying of stainless steels with copper increases the resistance of austenite to structural transformations after hardening (the steel remains non-magnetic). Copper increases the mechanical characteristics of the metal (especially the yield strength) as a result of aging processes (dispersion hardening with the release of the ε-phase). Alloying with copper together with nickel and nitrogen demonstrates higher relative elongation of the metal. Alloying of metal with copper more than 3.0 wt. % negatively affects the cold resistance of steel, while with a copper content of less than 2.0 wt. % it is not possible to significantly increase the tensile strength and yield strength.
Введение в шихту ферросилиция в количестве 0,35-0,45 мас.% осуществляется с целью раскисления металла; при содержании ферросилиция более 0,45% ускоряет выпадение сигма-фазы, что негативно влияет на механические характеристики (временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение), а при содержании менее 0,35 мас.% в металле повышается содержание кислорода, что ухудшает относительное удлинение стали.The introduction of ferrosilicon into the charge in an amount of 0.35-0.45 wt.% is carried out for the purpose of deoxidizing the metal; when the ferrosilicon content is more than 0.45%, it accelerates the precipitation of the sigma phase, which negatively affects the mechanical characteristics (tensile strength, yield strength, relative elongation), and when the content is less than 0.35 wt.% in the metal, the oxygen content increases, which worsens the relative elongation of steel.
В качестве газообразующего компонента используется кремнефтористый натрий в количестве 0,5-2,0 мас. %. При диссоциации кремнефтористого натрия образуются ионы натрия, которые способствуют стабилизации горения дуги и улучшают процессы каплепереноса расплавленного металла (снижают коэффициент потерь на угар и разбрызгивание).Sodium silicofluoride is used as a gas-forming component in an amount of 0.5-2.0 wt. %. During the dissociation of sodium silicofluoride, sodium ions are formed, which help stabilize the arc combustion and improve the processes of droplet transfer of molten metal (reduce the loss rate due to waste and spattering).
Предлагаемое изобретение осуществления следующим образом. The proposed invention is implemented as follows.
Подготавливают шихту путем выполнения следующих действий: Prepare the mixture by performing the following steps:
- дробление ферромолибдена и ферросилиция в щековых, валковых, конусных дробилках и молотковых мельницах, помол, сушка и просев компонентов шихты до фракционного состава порошков 0,08-0,20 мм.;- crushing of ferromolybdenum and ferrosilicon in jaw, roller, cone crushers and hammer mills, grinding, drying and sifting of charge components to a powder fractional composition of 0.08-0.20 mm;
- взвешивание и смешение компонентов шихты;- weighing and mixing of charge components;
- подготовка стальной ленты;- preparation of steel strip;
- формирование профиля стальной оболочки проволоки и засыпка его шихтой;- forming a profile of a steel wire sheath and filling it with a charge;
- волочение проволок;- wire drawing;
- контроль качества продукции пооперационный и итоговый.- product quality control, operational and final.
Состав шихты порошковой проволоки состоит из следующих компонентов: The composition of the flux-cored wire charge consists of the following components:
- марганец металлический электролитический (Мн95 ГОСТ 6008-90) – 5,3-7,4 мас. %;- metal electrolytic manganese (Mn95 GOST 6008-90) – 5.3-7.4 wt. %;
- хром металлический (Х99 ГОСТ 5905-2004) – 4,0-6,0 мас. %;- metal chromium (X99 GOST 5905-2004) – 4.0-6.0 wt. %;
- порошок никелевый (ПНЭ-1 ГОСТ 9722-97) – 3,0-5,0 мас. %;- nickel powder (PNE-1 GOST 9722-97) – 3.0-5.0 wt. %;
- ферросилиций 75 (ФС 75 ГОСТ 1415-93) – 0,35-0,45 мас. %;- ferrosilicon 75 (FS 75 GOST 1415-93) – 0.35-0.45 wt. %;
- порошок медный (ПМС-1 ГОСТ 4960-2017) – 2,0-3,0 мас. %;- copper powder (PMS-1 GOST 4960-2017) – 2.0-3.0 wt. %;
- ферромолибден 60 (ФМо60 ГОСТ 4759-91) – 3,0-4,6 мас. %;- ferromolybdenum 60 (FMo60 GOST 4759-91) – 3.0-4.6 wt. %;
- хром азотированный 13-15 % (ХН 15 ТУ 0840-053-21600649-2016) – 2,4-3,3 мас. %;- nitrided chromium 13-15% (ХН 15 TU 0840-053-21600649-2016) – 2.4-3.3 wt. %;
- кремнефтористый натрий (Na2SiF6 ГОСТ 87-66) – 0,5-2,0 мас. %.- sodium silicofluoride (Na 2 SiF 6 GOST 87-66) – 0.5-2.0 wt. %.
Коэффициент заполнения порошковой проволоки в зависимости от диаметра проволоки и используемой жет варьироваться от 20 до 32 %.The fill factor of flux-cored wire, depending on the diameter of the wire and the wire used, varies from 20 to 32%.
Смешивание шихты осуществляют в шаровых мельницах и смесителях различных типов: барабанных со смещённой осью; шнековых; лопастных; центробежных; установках непрерывного действия (УНС). Смешивание ведут в воздушной или газовой среде (сухое смешивание), или в жидкости (мокрое смешивание). После смешивания осуществляют контроль проб (химический анализ, сыпучесть, насыпная плотность, однородность шихты).Mixing of the charge is carried out in ball mills and mixers of various types: drum mills with an offset axis; screw; lobed; centrifugal; continuous installations (CS). Mixing is carried out in air or gas (dry mixing), or in liquid (wet mixing). After mixing, samples are monitored (chemical analysis, flowability, bulk density, batch homogeneity).
Для производства порошковой проволоки используется лента 0,3×10 мм из ферритной нержавеющей стали 08Х17 (AISI 430). Возможно использование более легированных нержавеющих лент. Перед изготовлением порошковой проволоки лента очищается от смазки и прочих загрязнений механическим (пропускается лента через специальный барабан с моющим средством) и (или) химическим способом (ультразвуковая очистка).For the production of flux-cored wire, a 0.3×10 mm strip of ferritic stainless steel 08X17 (AISI 430) is used. It is possible to use more alloyed stainless steel tapes. Before manufacturing flux-cored wire, the tape is cleaned of grease and other contaminants mechanically (the tape is passed through a special drum with detergent) and (or) chemically (ultrasonic cleaning).
Для получения сварных соединений и наплавленного металла используют дуговую механизированную, автоматическую или роботизированную сварку на отработанных параметрах, указанных в таблице 1 (см. фиг. 1).To obtain welded joints and deposited metal, mechanized, automatic or robotic arc welding is used using the established parameters indicated in Table 1 (see Fig. 1).
В качестве защитного газа можно использовать смеси на основе аргона и углекислого газа, смесь аргона с кислородом.As a shielding gas, you can use mixtures based on argon and carbon dioxide, a mixture of argon and oxygen.
Предлагаемая проволока с новым составом шихты позволяет получать в металле шва аустенитно-ферритную структуру с содержанием дельта-феррита 1-4 об. %, обладающую высокими показателями прочности (временное сопротивление, предел текучести) и одновременно при этом на 15-30 % более высокими показателями относительного удлинения. Для подтверждения повышения пластических характеристик наплавленного металла проводили испытание на образцах тип II ГОСТ 6996-69 на разрывной машине. The proposed wire with a new charge composition makes it possible to obtain an austenitic-ferritic structure in the weld metal with a delta-ferrite content of 1-4 vol. %, having high strength indicators (tensile strength, yield strength) and at the same time 15-30% higher relative elongation indicators. To confirm the increase in the plastic characteristics of the deposited metal, testing was carried out on type II samples of GOST 6996-69 on a tensile testing machine.
Состав компонентов порошковой проволоки приведен в таблице 2 (см. фиг. 2). The composition of the flux-cored wire components is shown in Table 2 (see Fig. 2).
Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице 3 (см. фиг. 3). The results of comparative tests are presented in table 3 (see Fig. 3).
Сравнение механических характеристик наплавленного металла показывает (таблицы 2, 3), что предлагаемый состав обладает более высокими прочностными и пластическими характеристиками при одновременно более экономном легировании без использования дорогостоящих материалов (редкоземельных металлов, большого количества никеля). Такое сочетание свойств удалось получить за счет комплексного легирования хромом, марганцем, никелем, молибденом, медью, а также в отличии от конкурентов более высоким содержанием азота. Указанное соотношение элементов приводит к эффекту самоупрочнения вследствие уменьшения энергии дефекта упаковки, увеличивает склонность к образованию мартенсита деформации.A comparison of the mechanical characteristics of the deposited metal shows (Tables 2, 3) that the proposed composition has higher strength and plastic characteristics while at the same time more economical alloying without the use of expensive materials (rare earth metals, large amounts of nickel). This combination of properties was achieved through complex alloying with chromium, manganese, nickel, molybdenum, copper, and also, unlike competitors, with a higher nitrogen content. The specified ratio of elements leads to a self-strengthening effect due to a decrease in the stacking fault energy and increases the tendency to form deformation martensite.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820636C1 true RU2820636C1 (en) | 2024-06-06 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU529034A1 (en) * | 1974-05-17 | 1976-09-25 | Ордена Ленина И Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Патона Ан Украинской Сср | The composition of the charge cored wire |
| SU859088A1 (en) * | 1978-05-15 | 1981-08-30 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Powder wire composition |
| SU912453A1 (en) * | 1976-12-14 | 1982-03-15 | Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Powder wire charge |
| JP2006198630A (en) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | Flux-cored wire for welding high-tensile steel |
| RU2478030C1 (en) * | 2011-12-26 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Powder wire for building up |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU529034A1 (en) * | 1974-05-17 | 1976-09-25 | Ордена Ленина И Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Патона Ан Украинской Сср | The composition of the charge cored wire |
| SU912453A1 (en) * | 1976-12-14 | 1982-03-15 | Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Powder wire charge |
| SU859088A1 (en) * | 1978-05-15 | 1981-08-30 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Powder wire composition |
| JP2006198630A (en) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | Flux-cored wire for welding high-tensile steel |
| RU2478030C1 (en) * | 2011-12-26 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Powder wire for building up |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5411820B2 (en) | Flux-cored welding wire and overlay welding arc welding method using the same | |
| JP5157606B2 (en) | TIG welding method of high strength steel using flux cored wire | |
| CN100571963C (en) | The flux-cored wire and the manufacture method thereof that are used for two phase stainless steel | |
| JP5005309B2 (en) | Gas shielded arc welding flux cored wire for high strength steel | |
| WO2011155620A1 (en) | Ultra high-strength welded joint and method for producing same | |
| JP5387192B2 (en) | Flux-cored wire for gas shield welding | |
| US20180221997A1 (en) | Agglomerated welding flux and submerged arc welding process of austenitic stainless steels using said flux | |
| KR20110091847A (en) | Flux and wire for submerged arc welding of crmov steels | |
| KR100508399B1 (en) | Large heat input submerged arc welding joint, method for producing the joint, steel wire for the submerged arc welding joint, and flux for the submerged arc welding joint | |
| JP6690786B1 (en) | Method for manufacturing solid wire and welded joint | |
| JP2014050882A (en) | HIGH Ni FLUX-CORED WIRE FOR GAS SHIELD ARC WELD | |
| CN112496592B (en) | 15-5PH martensite precipitation hardening stainless steel metal core welding wire | |
| KR100709521B1 (en) | Welding joint of large heat input welding and welding method thereof | |
| RU2820636C1 (en) | Flux cored wire for welding medium-alloyed high-strength steels | |
| WO2018047881A1 (en) | Flux cored wire for gas shield arc welding and welding metal | |
| JP3860437B2 (en) | Iron-based consumable welding materials and welded joints with excellent fatigue strength at welded joints | |
| JP3038778B2 (en) | Welding wire for high hardness overlay | |
| JP3718323B2 (en) | Flux-cored wire for multi-electrode vertical electrogas arc welding for extra heavy steel | |
| JP6939574B2 (en) | Flux-cored wire for gas shielded arc welding and welding joint manufacturing method | |
| JP2022061854A (en) | Method for manufacturing welded joint | |
| JP2017170515A (en) | Flux-cored wire for gas shield arc welding | |
| KR100581027B1 (en) | Flux cored wire for martensitic stainless steel | |
| RU2069136C1 (en) | Arc welding electrode | |
| JPH10180488A (en) | Flux cored wire for electro gas arc welding | |
| SU1328124A1 (en) | Charge for core wire |