сталь для сварочной проволоки

Формула изобретения

Сталь для сварочной проволоки, содержащая железо, углерод, кремний, марганец и никель, отличающийся тем, что она дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,96 - 1,10

Кремний - 0,20 - 1,00

Марганец - 16,00 - 25,00

Никель - 3,00 - 5,00

Кобальт - Не более 0,15

Железо и примеси - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, к составам сталей, высоколегированных марганцем и никелем и предназначенных для использования в качестве сварочного и наплавочного материала преимущественно при восстановлении крестовин и других элементов железнодорожных путей, работающих в условиях циклически повторяемых высоких динамических нагрузок, а также зубьев экскаваторов, ковшей драг и других быстроизнашиваемых деталей горнодобывающей промышленности.

Известна сталь для сварочной проволоки (цниин-4, ЭИ-711, Х14Г14Н3Т; цниин-4НД, Э65, Х25Г13Н3) следующего химического состава, мас.%:

Углерод - 0,50 - 0,80

Марганец - 11,00 - 15,00

Кремний - До 0,60

Хром - 14,00 - 25,00

Никель - 3,00 - 3,50

Железо и примеси - Остальное [1].

Проволоку из этой стали используют для восстановления путем наплавки и сварки крестовин и других ответственных элементов железнодорожных путей, изготавливаемых из стали Гадфильда, содержащей, мас.%: углерод 1,10 - 1,35; кремний 0,30 - 0,90; марганец 11,0 - 15,5; железо - остальное.

Эта аустенитная сталь обладает высокой вязкостью, закаливается с температурой аустенизации. При ее отпуске от 200^oC выпадают карбиды, падает вязкость, следовательно, возрастает хрупкость.

При использовании сварочной проволоки из известной стали [1] для восстановления крестовин путем наплавки (сварки) в процессе остывания наплавленного слоя идет образование карбидов хрома, повышается твердость до 23 - 35 HP_с, а при эксплуатационной деформации возрастает хрупкость, падает пластичность металла, в результате чего снижается стойкость и эксплуатационная надежность восстановления элементов пути.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является сталь для сварочной проволоки, содержащая, мас.%:

Углерод - 0,80 - 0,95

Марганец - 12,00 - 14,00

Кремний - До 0,60

Никель - 3,00 - 3,50

Железо и примеси - Остальное [2].

Однако в процессе деформации наплавленных (сваренных) элементов в эксплуатационных условиях, особенно при отрицательных температурах, в них идет - превращение аустенита с образованием мартенсита, что влечет за собой повышение хрупкости металла в зоне наплавки, снижение его вязкости, за счет чего снижается эксплуатационная стойкость и надежность восстановленных элементов.

Задачей изобретения является разработка состава стали для сварочной проволоки, использование которой возможно для сварки (наплавки) изделий типа крестовин железнодорожных путей, в том числе изготовленных из аустенитной стали Гадфильда как в условиях деформации, так и при отрицательных температурах без ухудшения ее пластических характеристик, и тем самым повышение эксплуатационной стойкости и надежности восстановленных элементов.

Поставленная задача достигается тем, что в стали для сварочной проволоки, содержащей железо, углерод, марганец, кремний и никель, согласно изобретению она дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,96 - 1,10

Марганец - 16,00 - 25,00

Кремний - 0,20 - 1,00

Никель - 3,00 - 5,00

Кобальт - Не более 0,15

Железо и примеси - Остальное

Технический результат достигается предлагаемым решением и заключается в том, что при сварке (наплавке) изделий типа крестовин железнодорожных путей в полевых условиях как при деформации, так и при отрицательных температурах исключается - превращение с образованием мартенсита, что не допускает снижение вязкости в зоне наплавки (сварки).

Верхний предел содержания углерода ограничен 1,10 мас.% в связи с тем, что при его содержании выше 1,10 мас.% после наплавки в полевых условиях в наплавленном слое выпадают карбиды, повышающие хрупкость металла.

При содержании в стали углерода менее 0,96 мас.% в условиях деформации наплавленного слоя (сварного шва) при отрицательных температурах идет - превращение аустенита с образованием мартенсита, что повышает хрупкость металла, падает вязкость.

В заявляемом интервале содержания марганца 16,00 - 25,00 мас.% наблюдается существенное улучшение упругости свойств стали, что характеризуется уменьшением модуля нормальной упругости с 20,5 10^-2 МПА до 16,4 10^-2 МПА. Нижний предел содержания марганца в стали 16,00 мас.% обусловлен гарантией предупреждения - превращения с образованием мартенсита в наплавленном слое (сварном шве), особенно при отрицательных температурах в условиях динамических нагрузок и стремлением обеспечить высокую наклепываемость при эксплуатационном деформировании.

Содержание марганца более 25,00 мас.% экономически нецелесообразно в связи с прекращением роста вязкостных свойств стали.

Содержание кремния в стали менее 0,20 мас.% не дает достаточного его раскисления из-за малого количества, а содержание кремния более 1,00 мас.% ведет к снижению вязкости и пластичности, что связано с уменьшением растворимости углерода.

Количество никеля в стали менее 3,00 мас.% не обеспечивает достаточной стабилизации аустенита, а увеличение никеля более 5,00 мас.% экономически нецелесообразно, так как повышаются затраты на выплавку стали без улучшения пластических свойств, кроме того, снижается наклепываемость стали.

Добавка в сталь кобальта способствует расширению - области, т.е. совместно с высоким марганцем стабилизирует аустенит в процессе деформации и при отрицательных температурах. Увеличение содержания кобальта более 0,15 мас.% экономически нецелесообразно, т.к. увеличиваются затраты без улучшения пластических свойств стали.

Пример конкретного исполнения.

В литейном цехе ОАО "ЗСМК" была выплавлена сталь для сварочной проволоки в дуговой сталеплавильной печи емкостью 6 т.

Плавление и окисление производятся в соответствии с общими положениями технологии при выплавке марганцевоникелевой стали. Принципиальные отличия технологии выплавки предлагаемой стали состоят в том, что никель и кокс загружаются в печь во время завалки лома, при этом никель рассосредотачивается по периферии печи, а кокс под электроды - на стальной лом сверху из расчета получения в расплавленном металле углерода 1,3 - 1,4%, никеля 3,9 - 4,7%. Окислительный период заканчивается при углероде в металле 1,00 - 1,10% и температуре 1560 - 1620^oC. Шлак окислительного периода максимально опускается самотеком. Предварительное раскисление ванны производится присадкой 4 - 5 кг/т кускового металлического марганца и 3 - 4 кг/т кускового ферросилиция. Рафинировочный шлак наводится присадкой 30 - 40 кг/т извести и 3 - 5 кг/т шпата и раскисляется смесью шпата, коксика и дробленного ферросилиция в количестве по 1 кг/т. После образования жидкоподвижного шлака в неотключенную печь в 7 - 8 приемов с интервалом 10 - 15 мин вводится расчетное количество металлического марганца. Шлак раскисляется в 5 - 6 приемов смесью шпата, извести, коксика, дробленого ферросилиция, гранулированного алюминия с расходом от 1 до 5 кг/т. Перед отбором пробы металл в ванне тщательно перемешивается на всю глубину. После получения анализа металл доводится да заданных кондиций по химсоставу и температуре. Окончательное раскисление металла производится в ковше чушковым алюминием и силикокальцием. Химсостав полученной стали:

C Mn Si Ni P S

0,97 19,6 0,46 3,64 0,04 0,007

Сталь прокатали на проволоку диаметром 6,5; 6,0; 5,0; 4,5; 3,0 мм и с ее использованием сварили несколько образцов металла из стали Гадфильда, ряд аналогичных образцов наплавили, проверили сварку рельсовой стали со сталью Гадфильда.

Результаты испытаний приведены в таблице 2 акта промышленных испытаний, где видно, что ударная вязкость осталась равной как при T = 20^oC, так и при T = -196^oC, что говорит о сохранении пластических свойств.

Предлагаемая сталь промышленно применима для ремонта железнодорожных путей, в горнодобывающей промышленности для ремонта быстроизнашивающихся деталей.

Источники информации

1. ГОСТ 9466-75.

2. Nikel addition improve "Hadfield" mangonase Steel Nikel topic N 9, 1950.