Результат интеллектуальной деятельности: Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей

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

Известен [1] плавленый сварочный низкокремнистый флюс для сварки низко- и среднелегированных сталей, содержащий окись кремния, окись алюминия, окись кальция, окись марганца, фтористый кальций, сумму окислов калия и натрия, фтористый натрий, окислы железа, фосфор, отличающийся тем, что флюс содержит компоненты при следующем соотношении, масс. %: окислы железа 2-4, окись кремния 9-12, окись кальция 18-24, окись алюминия 36-48, окись марганца 5-7, окись магния 5-7, фтористый кальций 5-8, сумма окислов калия и натрия 1-2,5, фтористый натрий 1,0 -2,5, фосфор 0,007-0,010, при этом массовое соотношение окиси кремния, кальция и алюминия составляет 1:2:4, а отношение фосфора к сумме окислов железа менее 0,004.

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов и затрат, связанных с подготовкой шихты к плавке и выплавкой флюса в специальных плавильных агрегатах;

- высокая окисленность (содержание оксидов железа) приводящая к загрязнению сварного шва оксидными неметаллическими включениями и снижению механических свойств сварной конструкции, а также к значительному окислению легирующих элементов в свариваемых сталях.

Известен [2], выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной сварки сталей, 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 1,7-9,0, 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 0,05%.

Существенными недостатками данного способа являются:

- повышенный угар легирующих элементов при наплавке,

- высокая загрязненность стали неметаллическими включениями,

- пониженные значения твердости и износостойкости наплавленного слоя металла.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении низкого угара легирующих элементов при наплавке, а так же требуемой твердости и скорости износа наплавляемого слоя.

Для решения существующей технической проблемы в известный флюс для механизированной наплавки стали, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, дополнительно введены углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, при этом флюс содержит серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.

Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:

- в снижении угара легирующих элементов при наплавке за счет увеличение жидкотекучести и повышение укрывных свойств шлака, образованного из флюса;

- в снижении загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, за счет снижения окисленности шлаковой системы;

- в повышении твердости и увеличении износостойкости наплавленного слоя металла.

Для этого предлагается флюс для механизированной наплавки сталей, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %:

диоксид кремния 19-48,

оксид алюминия 3-28,

оксид кальция 10-29

фторид кальция 0,1-1,7,

оксид магния 0,7-9,8

оксид марганца 2-19,

оксид железа 0,1-2,5,

углерод 0,02-0,8,

оксид титана 0,15-0,6,

оксид хрома 0,01-0,5,

при этом флюс содержит серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при наплавке валиков, стабильности процесса наплавки и требуемых физико-механических свойств.

Содержание FeO и MnО выбрано исходя из обеспечения низкого окисления легирующих элементов.

Концентрации CaO, SiO₂, CaF₂, Al₂О₃, MgO, Cr₂О₃, ТiO₂ выбраны исходя из условий обеспечения хороших укрывных свойств и оптимальной рафинирующей способности образующегося шлака по отношению к неметаллическим включениям, а так же хорошей когезией шлака (отслоением) от наплавляемого слоя металла. Выбранные пределы обеспечивают хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.

Повышение концентрации серы и фосфора во флюсе повышают жидкотекучесть и укрывные свойства шлака, образованного из флюса, в связи с чем увеличивается количество серы и фосфора в наплавляемом слое и повышаются твердость и износостойкость наплавленного слоя.

Для изготовления флюса для сварки использовали шлак производства силикомарганца, выплавленный в рудотермических печах углетермическим способом непрерывным процессом. Шихта состояла из марганцевой руды, кварцита и коксика. Выпуск ферросплава (силикомарганца) осуществляли вместе со шлаком в ковш. После разливки силикомарганца шлак при сливе из ковша сливался и подвергался охлаждению. В зависимости от интенсивности охлаждения получался стекловидный или пемзовидный шлак, используемый в дальнейшем при сварке. Шлак содержал, масс. %.: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, при этом флюс содержал серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.

Изготовление заявляемого флюса для механизированной наплавки стали проводили путем дробления, грохочения и просева через сито. Заявляемый флюс для сварки использовали на образцах из стали марок 60-65, 65Г, наплавку осуществляли проволокой ПП-Нп-35 В9ХЗСФ, 60Г, 35ХГСА Св-08ГА. Наплавку проводили с использованием сварочного трактора ASAW-1250. После наплавки проводили замер твердости и на отдельных образцах испытания на износостойкость.

Для сравнения использовали плавленый сварочный флюс марки АН-348А с химическим составом, масс. %: SiO₂=44; Al₂O₃=12; СаО=10; CaF₂=3; MgO=6; MnО=34; FeO=2,0.

Использование заявляемого флюса для сварки по сравнению с прототипом позволяет:

1. Снизить угар легирующих элементов при наплавке за счет увеличение жидкотекучести и повышение укрывных свойств шлака, образованного из шлака силикомарганца на 28-35%, кремния на 12-18%, хрома на 5-13%, вольфрама на 3-8%.

2. Снизить уровень загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями на 0,2-0.3%, за счет снижения окисленности шлаковой системы.

3. Повысить уровень твердости на 4-7% и увеличить износостойкость наплавленного слоя металла на 0,8-3,4%.

Список источников, принятых во внимание при экспертизе:

1. Пат. СССР 1685660 В23К 35/362.

2. Пат РФ 2579412 В23К 35/362.