ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

агломерированный флюс 48аф-70

Классы МПК:B23K35/362 выбор составов флюсов
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU),
Открытое акционерное общество "Ижорские заводы" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-04-08
публикация патента:

Изобретение может быть использовано для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса, применяемых в нефтехимической промышленности. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: электрокорунд (19,0-25,0), синтетический шлак (14,0-18,0), плавиковый шпат (23,0-25,65), титаномагнетитовый концентрат (0,50-1,0), фтористый барий (0,40-1,5), марганец металлический (1,0-2,50), ферротитан (0,30-0,60), ферросилиций (0,20-0,50), обожженный магнезит (23,0-34,30), силикат натрия (5,0-8,0). Отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикового шпата и 1/3 синтетического шлака, 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18. Синтетический шлак имеет следующий химический состав, мас.%: SiO2 (15-35), СаО (45-60), Al2O 3 (5-10), CaF2 (8-16). Флюс обеспечивает высокую ударную вязкость металла сварных швов, выполненных с использованием сварочной проволоки марки Св-15Х3ГМ1ФТА, после проведения высокого отпуска, при температуре испытаний от минус 30°C и одновременно высокую прочность металла шва при температурах до +454°C. 3 табл.

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к агломерированным флюсам, и может быть использовано для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса, применяемых в нефтехимической промышленности. Данный агломерированный флюс разработан для сварки стали 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции.

Известен ближайший по составу и области применения агломерированный флюс (прототип) для автоматической сварки низколегированных сталей (Патент России RU 2313435, В23К 35/362), содержащий обожженный магнезит, электрокорунд, плавиковошпатовый концентрат, сфеновый концентрат, марганец металлический, ферротитан, ферросилиций, титаномагнетит, ферробор, диоксид титана синтетический и связующую добавку силикат натрия-калия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Обожженный магнезит 26,40-30,0
Электрокорунд 18,60-22,0
Плавиковый шпат 20,0-20,50
Сфеновый концентрат12,20-14,50
Диоксид титана синтетический5,0-0,80
Марганец металлический 2,0-3,0
Ферротитан 0,25-0,50
Ферросилиций 0,50-0,80
Титаномагнетит 0,50-0,80
Ферробор 0,20-0,37
Силикат натрия-калия 6,55-8,10

При этом отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикого шпата и 1/3 сфенового концентрата к суммарному содержанию 2/3 сфенового концентрата, 2/3 силиката натрия-калия, 1/2 электрокорунда и 1/2 диоксида титана выбрано в пределах 1,8-2,1, отношение ферротитана к ферробору - в пределах 0,67-2,5, а отношение диоксида титана синтетического к плавиковому шпату выбрано в пределах 0,24-0,32.

Недостатком данного флюса является сильная загрязненность металла шва фосфором, из-за его высокого содержания в сфеновом концентрате. Фосфор способствует снижению механических свойств металла шва после термической обработки. Также содержание бора во флюсе приводит к образованию боридных фаз в металле шва, способствующих его тепловому охрупчиванию при рабочих температурах.

Техническим результатом данного изобретения является повышение ударной вязкости металла сварных швов, выполненных с использованием флюса предлагаемого состава после проведения высокого отпуска, при температуре от минус 30°C до минус 18°C с одновременным повышением прочности металла шва при температурах до +454°C и улучшением сварочно-технологических свойств.

Технический результат достигается тем что:

предлагаемый состав агломерированного флюса, содержащий: электрокорунд, плавиковый шпат, титаномагнетитовый концентрат, ферротитан, ферросилиций, обожженный магнезит, марганец металлический, также дополнительно содержит синтетический шлак и фтористый барий, а в качестве связующей добавки - силикат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Электрокорунд18,65-25,0;
Синтетический шлак 14,0-18,0;
Плавиковый шпат 23,0-25,65;
Титаномагнетитовый концентрат0,50-1,0;
Фтористый барий0,40-1,5;
Марганец металлический 1,0-2,50;
Ферротитан 0,30-0,60;
Ферросилиций 0,20-0,50;
Обожженный магнезит 23,0-34,30;
Силикат натрия5,0-8,0,

при этом отношение суммарного содержания магнезита, плавикового шпата 1/3 синтетического шлака и 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18, при этом синтетический шлак имеет следующий состав, мас.%: SiO2 (15-35), CaO (45-60), Al2O3 (5-10), CaF2 (8-16).

В состав флюса введен синтетический шлак взамен сфенового концентрата и синтетического диоксида титана, что способствует снижению остаточного содержания кислорода в металле шва, негативным образом влияющего на его ударную вязкость;

- в состав флюса введен фтористый барий, обеспечивающий уменьшение количества и размера неметаллических включений за счет улучшения отделимости шлаковой корки;

- в качестве связующей добавки введен силикат натрия, обеспечивающий снижение диффузионного водорода в наплавленном металле, что уменьшает склонность металла шва к водородному охрупчиванию.

При превышении содержания электрокорунда сверх указанных пределов отмечается повышенная загрязненность металла шва алюмосиликатными включениями, из-за чего происходит снижение ударной вязкости металла шва. При содержании электрокорунда ниже указанного предела происходит ухудшение сварочно-технологических свойств флюса.

Пределы содержания синтетического шлака выбраны с точки зрения повышения ударной вязкости и увеличения прочности металла шва.

Пределы содержания плавикового шпата выбраны с точки зрения обеспечения наилучших сварочно-технологических свойств и отделимости шлаковой корки. При превышении содержания плавикового шпата выше указанного предела наблюдается ухудшение отделимости шлаковой корки. При содержании плавикового шпата ниже указанного предела наблюдается нестабильное горение дуги.

Введение в состав флюса добавок титаномагнетита и фтористого бария в указанных пределах приводит к улучшению сварочно-технологических свойств флюса за счет улучшения смачиваемости жидкого металла расплавленным шлаком.

Содержание марганца металлического, ферротитана и ферросилиция выбраны с учетом обеспечения сочетания высоких прочностных и пластических свойств металла сварного шва, а также его высокой ударной вязкости. При содержании указанных элементов ниже указанных пределов отмечается снижение предела текучести и временного сопротивления металла шва после проведения высокого отпуска. При привышении указанных пределов снижается пластичность и ударная вязкость металла шва.

Указанные пределы содержания химических соединений в синтетическом шлаке выбраны с учетом обеспечения возможности его выплавки в электрической печи, так как в этих пределах выбранный состав попадает в область тройной эвтектики на диаграмме плавкости.

Изготовление данного флюса возможно на промышленных автоматизированных линиях по производству агломерированных флюсов.

Были изготовлены опытные партии агломерированных флюсов, составы которых приведены в таблице 1.

Проведена сварка стыковых соединений из стали 2,25Cr-1Mo-0,25V композиции с использованием проволоки марки Св-15Х3ГМ1ФТА агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160 4 мм в сочетании с изготовленными вариантами флюса.

Таблица 1
Состав опытных партий агломерированного флюса, мас.%
Наименование компонента № партии
I IIIIIIV прототип
Магнезит обожженный 23,034,30 27,630,0
Электрокорунд 25,018,65 19,020,0
Синтетический шлак16,65 14,018,0-
Плавиковый шпат 23,023,0 25,6520,0
Титаномагнетитовый концентрат1,0 0,500,50 0,60
Фтористый барий1,50 1,00,40-
Диоксид титана синтетический -- -6,50
Сфеновый концентрат -- -12,20
Ферробор- --0,20
Марганец металлический 2,501,0 1,503,10
Ферротитан0,60 0,600,300,35
Ферросилиций 0,200,50 0,500,50
Силикат натрия6,55 6,556,55-
Силикат натрия-калия -- -6,55
В* 2,253,18 2,732,10
* В - соотношение суммарного содержания, магнезита, плавикового шпата, 1/3 синтетического шлака, 1/3 сфенового концентрата и 1/3 силиката натрия (силиката натрия-калия) к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда, 2/3 сфенового концентрата и 2/3 силиката натрия (силиката натрия-калия). При этом синтетический шлак имеет следующий состав, мас.%: SiO2 (15-35), CaO(45-60), Al2O3 (5-10), CaF2 (8-16).
Режимы сварки: Сила тока: 500-550 А
Напряжение: 28-32 В
Скорость:25-27 м/ч

Сварка проводилась на постоянном токе обратной полярности.

Сварочная проволока Св-15Х3ГМ1ФТА имеет следующий состав, % по мас.:

Углерод0,14-0,16
Кремний0,15-0,22
Марганец0,70-0,90
Хром2,10-2,50
Молибден0,90-1,20
Ванадий0,15-0,40
Железооснова

Результаты определения химического состава металла шва приведены в таблице 2.

Таблица 2
Химический состав металла шва, мас.%
Варианты флюсаХимический элемент
С SiMnCr MoVNi SP
I 0,070,18 0,981,981,01 0,150,01 0,0090,009
II0,110,25 1,222,15 1,020,200,01 0,0030,007
III0,09 0,221,182,12 1,010,18 0,010,0030,009
IV - прототип 0,070,561,35 2,101,00 0,160,010,005 0,014

Результаты определения механических свойств металла шва после проведения термической обработки по режиму 660±10°C/2 ч 5 мин + 705-710°C/7 ч 55 мин, а также результаты проверки сварочно-технологических свойств приведены в таблице 3.

Таблица 3
Результаты определения механических свойств металла шва, а также сварочно-технологических свойств
Варианты флюсаагломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160

МПа
агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160

МПа
А+20, % Z+20, %агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160

МПа
KV-18,

Дж/см2
KV-30,

Дж/см2
Сварочно-технологи-

ческие свойства
Требования

заказчика
585-760 415-620агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160 18агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160 45агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160 461агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160 55агломерированный флюс 48аф-70, патент № 2535160 55удовл.
I630-650545-550 19-2369-74 475-50038-6425-68 удовл.
II 640-660560-575 20-2471-78515-530 55-8015-37 удовл.
III 640-650540-57023,5-25 74-75490-495 194-21571-240удовл.
IV550-560 520-54012,5-14 66-72440-46010-142 10-21удовл.

Были проведены дополнительные исследования, которые показали что при повышении соотношения В>3,18 не удается обеспечить удовлетворительные сварочно-технологические свойства, из-за чего в металле шва образуется большое количество дефектов (шлаковые включения, побитость и т.д.), что отрицательным образом сказывается на значениях ударной вязкости.

При использовании прототипа не удалось получить требуемые значения механических свойств металла шва вследствие его теплового охрупчивания из-за высокого содержания в нем бора и фосфора.

При соотношении В < 2,25 не обеспечиваются требуемые значения ударной вязкости металла шва из-за загрязненности его неметаллическими включениями вследствие высокой окислительной способности шлака.

При соблюдении предлагаемого соотношения компонентов обеспечиваются прочностные и пластические свойства металла шва, а также высокий уровень его ударной вязкости.

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

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Агломерированный флюс для сварки низколегированных сталей, содержащий электрокорунд, плавиковый шпат, титаномагнетитовый концентрат, ферротитан, ферросилиций, обожженный магнезит, марганец металлический, отличающийся тем, что он дополнительно содержит синтетический шлак, фтористый барий и силикат натрия в качестве связующей добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Электрокорунд18,65-25,0;
Синтетический шлак 14,0-18,0;
Плавиковый шпат 23,0-25,65;
Титаномагнетитовый концентрат0,50-1,0;
Фтористый барий0,40-1,5;
Марганец металлический 1,0-2,50;
Ферротитан 0,30-0,60;
Ферросилиций 0,20-0,50;
Обожженный магнезит 23,0-34,30;
Силикат натрия5,0-8,0,


при этом отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикового шпата и 1/3 синтетического шлака, 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18, а синтетический шлак имеет следующий состав, мас.%:

SiO215-35
CaO45-60
Al2O3 5-10
CaF2 8-16


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2535160

patent-2535160.pdf


Наверх