Результат интеллектуальной деятельности: СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА

Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть использовано для автоматической сварки теплоустойчивых сталей 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции при изготовлении изделий в нефтехимическом машиностроении.

Для обеспечения надежности и долговечности оборудования металл сварного шва должен обладать комплексом технологических и служебных свойств: высокой прочностью и пластичностью, высокой ударной вязкостью при низких температурах, стойкостью против теплового охрупчивания и длительной прочностью при рабочих температурах.

В настоящее время для сварки 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции при изготовлении нефтехимического оборудования предусматривается применение сварочной проволоки марки Св-10ХМФТУ по ТУ 14-1-4914-90, содержащей в своем составе, %:

Наиболее близким к заявленному составу является состав сварочной проволоки по патенту Российской Федерации №2451588 (прототип), имеющий химический состав, %:

В настоящее время наблюдается тенденция к ужесточению требований к уровню ударной вязкости металла шва при температурах от минус 30°C одновременно с повышением уровня временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения и относительного сужения при температуре испытаний +20°C, временного сопротивления и длительной прочности при температуре испытаний +454°C.

Недостатком указанного состава является низкая длительная прочность металла шва при рабочих температурах, а также низкий уровень работы удара металла шва при температуре испытаний от минус 30°C до минус 18°C.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение ударной вязкости металла сварных швов при температурах от минус 30°C одновременно с повышением его длительной прочности при рабочих температурах, а также повышение его стойкости к образованию трещин повторного нагрева.

Технический результат достигается изменением соотношения легирующих элементов, введением дополнительно в состав заявляемой сварочной проволоки бора и висмута.

Предлагается состав сварочной проволоки, содержащий, масс.%:

Нормирование содержания легирующих элементов выполнено таким образом, чтобы металл сварного шва после соответствующих технологических отпусков обеспечивал требуемый уровень механических свойств. С целью повышения длительной прочности металла шва при рабочих температурах после технологических отпусков вводится следующее ограничение:

(Cr+0,5Mn+2Si+100P+50Sb+40Sn+10As)/(Mo+0,5V)≤3,2

На основании проведенных ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» экспериментов установлено, что наиболее высокие значения длительной прочности металла шва обеспечиваются при выполнении условия (Cr+0,5Mn+2Si+100P+50Sb+40Sn+10As)/(Mo+0,5V)≤3,2. При невыполнении данного условия наблюдается повышение содержания ферритной структурной составляющей наряду со снижением длительной прочности металла шва.

Повышение содержания молибдена и ниобия, в сравнении с прототипом, позволяет получить металл шва после термической обработки с высокой долей содержания бейнита, что обеспечивает высокий уровень работы удара при отрицательных температурах. Введение в состав проволоки бора и висмута в количестве 0,0001-0,005% и 0,0001-0,0010% соответственно приводит к измельчению зерна металла шва, за счет чего также увеличивается значение работы удара при отрицательных температурах. При снижении содержания указанных элементов ниже обозначенных пределов данный эффект не прослеживается, при превышении - отмечается чрезмерное упрочнение металла шва за счет повышения его отпускоустойчивости.

С целью повышения сопротивляемости металла шва возникновению трещин повторного нагрева при проведении многократных технологических отпусков в процессе изготовления оборудования нефтехимических реакторов вводится следующее ограничение:

(400Pb+200Bi+10As+8Sn+7Sb+2P)≤2,8%

Трещины повторного нагрева возникают по механизму ползучести при релаксации остаточных напряжений во время термической обработки. Как правило, подобные дефекты развиваются по границам исходного аустенитного зерна. При суммарном содержании химических элементов (400Pb+200Bi+10As+8Sn+7Sb+2P) сверх 2,8% по границам исходного аустенитного зерна металла шва образуются дисперсные включения, приводящие к снижению прочности границ зерен и возникновению трещин.

На производственной базе ОАО «МЗ «Электросталь» и ОАО «Ижорские заводы» ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» провел комплекс работ по изготовлению и испытанию опытно-промышленных партий сварочной проволоки. Химический состав опытных плавок проволоки приведен в таблице 1.

Были изготовлены и испытаны сварные пробы из стали 2,25Cr-1Мо-0,25V композиции с использованием сварочной проволоки опытных составов. Механические свойства металла шва после проведения термообработки приведены в таблице 2.

Для определения стойкости против образования трещин в металле шва были изготовлены сварные пробы повышенной жесткости. Результаты испытаний стойкости металла шва против образования трещин приведены в таблице 2.

Из данных таблиц видно, что несоблюдение соотношения (Cr++0,5Мп+2Si+100Р+50Sb+40Sn+10As)/(Mo+0,5V)≤3,2 приводит к охрупчиванию металла шва, а несоблюдение соотношения (400Pb+200Bi+10As+8Sn+7Sb+2P)≤2,8% приводит к появлению трещин в металле шва. В целом, при соблюдении указанных требований, металл шва обладает высокими прочностными и пластическими свойствами и соответствует предъявляемым требованиям.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования нового состава сварочной проволоки для изготовления корпусов нефтехимического оборудования с высокими рабочими параметрами выразится в повышении срока службы оборудования при обеспечении его повышенной безопасности.