агломерированный флюс 48аф-70

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.%:

Электрокорунд	18,65-25,0;
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,

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.%:

SiO2	15-35
CaO	45-60
Al2O3	5-10
CaF2	8-16

Описание изобретения к патенту

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 концентрат	12,20-14,50
Диоксид титана синтетический	5,0-0,80
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.%:

Электрокорунд	18,65-25,0;
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,

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 4 мм в сочетании с изготовленными вариантами флюса.

Таблица 1
Состав опытных партий агломерированного флюса, мас.%
Наименование компонента		№ партии
		I	II		III	IV прототип
Магнезит обожженный		23,0	34,30		27,6	30,0
Электрокорунд		25,0	18,65		19,0	20,0
Синтетический шлак		16,65	14,0		18,0	-
Плавиковый шпат		23,0	23,0		25,65	20,0
Титаномагнетитовый концентрат		1,0	0,50		0,50	0,60
Фтористый барий		1,50	1,0		0,40	-
Диоксид титана синтетический		-	-		-	6,50
Сфеновый концентрат		-	-		-	12,20
Ферробор		-	-		-	0,20
Марганец металлический		2,50	1,0		1,50	3,10
Ферротитан		0,60	0,60		0,30	0,35
Ферросилиций		0,20	0,50		0,50	0,50
Силикат натрия		6,55	6,55		6,55	-
Силикат натрия-калия		-	-		-	6,55
В*		2,25	3,18		2,73	2,10
* 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.:

Углерод	0,14-0,16
Кремний	0,15-0,22
Марганец	0,70-0,90
Хром	2,10-2,50
Молибден	0,90-1,20
Ванадий	0,15-0,40
Железо	основа

Результаты определения химического состава металла шва приведены в таблице 2.

Таблица 2
Химический состав металла шва, мас.%
Варианты флюса	Химический элемент
	С	Si	Mn	Cr	Mo	V	Ni	S	P
I	0,07	0,18	0,98	1,98	1,01	0,15	0,01	0,009	0,009
II	0,11	0,25	1,22	2,15	1,02	0,20	0,01	0,003	0,007
III	0,09	0,22	1,18	2,12	1,01	0,18	0,01	0,003	0,009
IV - прототип	0,07	0,56	1,35	2,10	1,00	0,16	0,01	0,005	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 флюса	МПа	МПа	А+20, %	Z+20, %	МПа	KV-18, Дж/см2	KV-30, Дж/см2	Сварочно-технологи- ческие свойства
Требования заказчика	585-760	415-620	18	45	461	55	55	удовл.
I	630-650	545-550	19-23	69-74	475-500	38-64	25-68	удовл.
II	640-660	560-575	20-24	71-78	515-530	55-80	15-37	удовл.
III	640-650	540-570	23,5-25	74-75	490-495	194-215	71-240	удовл.
IV	550-560	520-540	12,5-14	66-72	440-460	10-142	10-21	удовл.

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.