Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к области производства сварочных материалов для сталей 2,25%Cr-l%Mo-0,25%V композиции и может применяться при изготовлении корпусов нефтехимических реакторов.

Известны электроды для сварки сталей 2,25%Cr-l%Mo-0,25%V композиции, марок CMA-106HD (KOBELKO «Welding Handbook», Япония), FOX P24 (Bohler «Сварочные материалы для химической и нефтехимической промышленности», Германия), ALCROMO E225 (OERLIKON «Handbook of Welding Consumables», Германия-Швейцария).

Их недостатком является недостаточная прочность при повышенных рабочих температурах (до 454°C). В качестве прототипа были взяты отечественные электроды марки Н-10АА (патент RU 2398666 C2, опубликованный 10.09.2010), на основе стержня из стали марки Св-04Х2МАА и покрытия, содержащего в % по массе:

Металл шва, выполненный этими электродами, имеет высокую стойкость к тепловому охрупчиванию и высокие показатели сварочно-технологических характеристик, однако имеет низкую ударную вязкость при отрицательных температурах и низкую горячую прочность.

Техническим результатом изобретения является значительное увеличение прочностных свойств при температурах до 454°C, а также обеспечение высоких значений ударной вязкости при температурах -30°C и выше.

Дополнительным техническим результатом является сохранение высоких сварочно-технологических свойств электрода.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что покрытие электрода содержит мрамор, концентрат плавикошпатовый, диоксид титана, кварцевый песок, ферросилиций, ферротитан и марганец металлический при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Дополнительный технический результат достигается за счет введения в электродное покрытие кальцинированной соды в количестве 0,5-2,5 масс.%.

Проволока стального стержня дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, масс.%:

а также удовлетворяет соотношению трещиностойкости (содержание всех элементов вводится в % по массе) (при невыполнении этого соотношения появляется опасность появления «холодных» трещин).

Увеличение в составе проволоки содержания углерода и молибдена повысило прокаливаемость металла шва, что позволило получить достаточно однородную структуру металла шва с минимальным количеством структурно свободного феррита, а также высокие показатели длительной прочности. Повышение углерода свыше 0,16% ведет к образованию трещин в металле шва, а понижение ниже 0,14% ведет к снижению прочности металла сварного шва.

Повышение молибдена выше 1,2% ведет к существенному тепловому охрупчиванию, а снижение ниже 0,9% снижает прочность при повышенных температурах (до 454°C) и сопротивляемость ползучести металла шва.

Введение в состав проволоки ванадия существенно улучшило прочность металла, однако его содержание свыше 0,4% ведет к существенному ухудшению ударной вязкости при отрицательных температурах, а снижение ниже 0,15% не обеспечивает нужной прочности металла при 454°C.

Снижение в составе покрытия ферросилиция (до 3% и менее) и кварцевого песка (до 10% и менее) направлено на обеспечение повышения ударной вязкости при отрицательных температурах, однако при содержании ферросилиция менее 1% и кварцевого песка менее 4% существенно ухудшается отделимость шлака.

Повышение в составе покрытия мрамора (до 30,5% и более) улучшает газовую защиту сварочной ванны за счет повышения объемов образования защитных газов (CO, CO₂), что в свою очередь предотвращает насыщение поверхностного слоя металла азотом, что опасно упрочнением металла и падением значений ударной вязкости. Однако при увеличении содержания мрамора свыше 56,0% ухудшается шлаковая защита сварочной ванны, а также идет активное выгорание легирующих элементов в металле шва, что приводит к потере нужного уровня прочности металла.

Введение кальцинированной соды в небольших количествах стабилизирует горение дуги за счет того, что Na обладает низкой «работой выхода», а значит легче ионизируется.

Оптимальное содержание вредных примесей, масс.%:

Металл шва, выполненного предлагаемыми электродами должен удовлетворять требованиям X и K-факторов, задающих чистоту металла по вредным примесям (X=(10P+5Sb+4Sn+As)≤0,12 (содержание всех элементов вводится в % по массе); K=(Pb+Bi+0,03Sb)≤1,5 ppm (содержание всех элементов вводится в ppm).

В ООО «Ижорские сварочные материалы» и ОАО «Ижорские заводы» был проведен комплекс промышленных испытаний предлагаемых электродов.

С использованием предлагаемых электродов были изготовлены и испытаны сварные пробы.

Химический состав проволок, использованных для производства электродов приведен в таблице 1.

Составы электродных покрытий приведены в таблице 2.

Испытания на растяжение металла шва предлагаемых электродов проходили при температурах +20°C и +454°C. Испытания известных электродов проходили при +20°C и +450°C. Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Испытания на ударный изгиб металла шва предлагаемых электродов проводились при температурах -30°C, -18°C. Известные электроды испытывались при +20°C. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Результаты испытаний показывают, что предлагаемые электроды имеют значительно лучшие механические свойства при удовлетворительных показателях сварочно-технологических свойств.