Результат интеллектуальной деятельности: ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ СТАЛЕЙ

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной сварке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для сварки и наплавки сталей.

Известен флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, содержащий шлак производства силикомарганца, включающий мас. %: SiO₂ 25-49, Al₂O₃ 4-28, CaO 15-32, CaF₂ 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20 и P≤0,05, при этом он дополнительно содержит жидкое стекло в качестве связующего и выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: шлак производства силикомарганца 60-85, жидкое стекло 15-40, при этом шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм (RU 2643027 РФ, МПК В23К 35/362, опубл. 29.01.2018).

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- повышенная стоимость флюса в связи с использованием оборудования для дробления и измельчения шлака производства силикомарганца;

- повышенный угар легирующих элементов при наплавке;

- низкий уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.

Известен также, выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной сварки сталей, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 25-49, оксид алюминия 4-28, оксид кальция 15-32, фторид кальция 0,1-1,5, оксид магния 1,7-9,8, оксид марганца 3-17, оксид железа 0,1-3,5,при этом в качестве примесей флюс может содержать серы не более 0,12%, фосфора не более 0,02% (RU 2579412 МПК В23К 35/362, опубл. 10.12.2015)

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями,

- повышенный угар легирующих элементов при наплавке;

- пониженные показатели твердости наплавляемого слоя,

- низкий уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении качественных показателей наплавляемого металла, в частности твердости и износостойкости, а также утилизация отходов металлургического производства.

Для решения существующей технической проблемы предложен флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, включающий шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, согласно изобретению, он дополнительно содержит флюс-добавку, состоящую из пыли газоочистки производства силикомарганца и жидкого стекла при их соотношении, мас %:

а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:

Техническими результатами, получаемыми при использовании изобретения, являются:

- уменьшение стоимости производства флюса и сварочного процесса за счет эффективной утилизации мелкодисперсной пыли газоочистки производства силикомарганца;

- снижение загрязненности стали неметаллическими включениями;

- снижение угара легирующих элементов при сварке и наплавке;

- повышение твердости и износостойкости наплавляемого изделия.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых сварочно-технологических свойств флюса.

Введение в заявляемых пределах в состав флюса шлака производства силикомарганца и флюс - добавки обеспечивает хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков в процессе сварки и наплавки.

Для изготовления флюса и флюс - добавки использовали следующие компоненты.

В качестве флюса использовался шлак силикомарганца фракции 0,45-2,5 мм производства Западно-Сибирского электрометаллургического завода с химическим составом: Al₂O₃ - 6,91-9,62%; CaO - 22,85-31,70%; SiO₂ - 46,46-48,16%; FeO - 0,27-0,81%; MgO - 6,48-7,92%; MnO - 8,01-8,43%; F - 0,28-0,76%; Na₂O - 0,26-0,36%; О - <0,62%; S - 0,15-0,17%; P - 0,01%.

Для изготовления флюс - добавки использовали пыль газоочистки производства силикомарганца с содержанием, мас. %: Al₂O₃=1,17-3,52; Na₂O=0,3-0,93; K₂O=0,2-5,6; СаО=5,2-7,6; SiO₂=15,7-45,1; ВаО=0,04-0,21; MgO=5,31-10,73; S=0,08-0,47; Р=0,02-0,05; Fe_общ=0,5-1,8; Mn_общ=5,7-35,6; Zn=0,1-3,2; Pb=0,1-3,8.

В качестве жидкого стекла использовали калиево-натриевое жидкое стекло с плотностью при 15-25°C - (1,30-1,55) г/см³ и силикатным модулем [SiO₂:(K₂O+Na₂O)⋅1,0323]=2,6-3,0.

Флюс - добавку изготавливали следующим образом: пыль газоочистки производства силикомарганца фракции менее 0,45 мм смешивали с жидким стеклом в различных соотношениях.

При содержании жидкого стекла менее 33% наблюдался недостаток количества жидкого стекла, не удавалось провести связывание частиц пыли с жидким стеклом, причем некоторое количество частиц пыли не соприкасалось с жидким стеклом и находилось в «сухом» состоянии.

При содержании жидкого стекла более 41%, частицы пыли силикомарганца не полностью «впитывали» жидкое стекло и наблюдался избыток жидкого стекла.

Оптимальным с точки зрения внешнего вида состава смеси было выбрано соотношение компонентов: 59-67% пыли газоочистки производства силикомарганца и 33-41% жидкого стекла.

После смешивания компонентов смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов, осуществляли сушку в печи при температуре 300°C, затем охлаждение, дробление и просев с выделением фракции 0,45-2,5 мм.

После изготовления флюс - добавки ее примешивали к основному флюсу (шлак силикомарганца) в различном соотношении (таблица 1).

Наплавку образцов производили на образцах размером 300×150 мм толщиной 40 мм из листовой стали марки 09Г2С. Процесс проводили проволокой Св-08ГА диаметром 4 мм с использованием сварочного трактора ASAW-1250 на различных режимах наплавки. Из наплавленных пластин осуществляли вырезку образцов для проведения исследований: измерение твердости, износостойкости, исследование на наличие неметаллических включений (таблица 2).

Химический состав наплавленного металла определяли рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре XRF-1800 и атомно-эмиссионным методом на спектрометре ДФС-71. Металлографическое исследование микрошлифов проводилось без травления с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51 при увеличении ×100 методом сравнения с эталонными шкалами в соответствие с ГОСТ 1778-70. Замеры твердости проводили ультразвуковым твердомером - УЗИТ-3. Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, а также на металлографических шлифах. Испытания на износ по схеме «ДИСК-КОЛОДКА» проводили на машине 2070 СМТ-1.

Для сравнения результатов наплавки так же был использован флюс, выбранный в качестве прототипа на основе шлака силикомарганца (RU 2579412 МПК В23К 35/362)

Исследовались 8 различных составов флюса (таблица 1): 1 - прототип; 2 - нижний заграничный состав флюса; 3 - нижний граничный состав флюса; 4-6, - среднее содержание состава флюса; 7 - верхний предел состава флюса; 8 - верхний заграничный состав флюса. Взаимосвязь некоторых исследуемых параметров в зависимости от состава приведена в таблице 2.

Использование заявляемого флюса для сварки и наплавки по сравнению с прототипом позволяет:

1. - снизить загрязненность наплавки оксидными неметаллическими включениями с баллов 1-36 до баллов 1-26;

2. - снизить угар легирующих элементов при наплавке с 11% до 5-8%;

3. - увеличить твердость наплавляемого слоя от ПОИВ до 130 НВ,

4. - повысить уровень износостойкости наплавляемого слоя металла с 0,19 г/об*10*⁴ до 0,13-0,15 г/об*10^-4.