электрод для сварки хладостойких низколегированных трубных сталей категории к60, х70

Формула изобретения

Электрод для сварки хладостойких низколегированных трубных сталей категории прочности К60, Х70, включающий стержень из проволоки марки Св-10ГНА и электродное покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, ферросилиций, марганец и жидкое стекло натриевое, отличающийся тем, что электродное покрытие дополнительно содержит комплексный компонент в виде минерального сплава, рутил, соду и ферромолибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мрамор	40-50
плавиковый шпат	14-23
кварцевый песок	6-10
рутил	3-6
комплексный компонент	8-20
ферросилиций	3-8
марганец	1,5-6
ферромолибден	0,5-3
сода сверх массы сухой смеси компонентов	0,5-2
жидкое стекло натриевое сверх массы сухой смеси компонентов	23-28

при этом комплексный компонент содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

мрамор	35-40
плавиковый шпат	10-18
кварцевый песок	18-22
глинозем	28-35
двуокись титана	3-5
РЗМ в виде оксидов церия и лантана	1-10

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано для монтажной сварки стыков и ремонта труб из хладостойких низколегированных сталей категории прочности К60, Х70, а также в различных областях промышленности для сварки перлитных сталей с пределом текучести от 400 до 500 МПа.

Известны электроды, используемые для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности типа 48ХН-3. Эти электроды не отвечают современным требованиям, предъявляемым классификационными обществами для сварки труб категории К60, Х70 в части прочностных свойств и сварочно-технологических характеристик электродов.

Наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов и взятым в качестве прототипа является электрод марки 48ХН-3 типа Э40А (патент № 2302327), состоящий из стержня - проволоки марки Св-08А и электродного покрытия, содержащего в мас.%:

Мрамор	34-52
Плавиковый шпат	9-25
Кварцевый песок	6-15
Двуокись титана	3-15
Ферросилиций	3-15
Ферромарганец	3-15
Сурик железный	до 5
Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)	23-28

Основными недостатками этих электродов является низкие прочностные свойства для сварки сталей категории К60, Х70 и недостаточно высокие сварочно-технологические характеристики электродов при сварке отличного от нижнего положения.

Техническим результатом изобретения является создание электрода для сварки хладостойких низколегированных сталей категории К60, Х70, работающих при температурах минус 40°С, обеспечивающего наряду с более высокими по сравнению с аналогом механическими свойствами металла шва высокие сварочно-технологические характеристики электродов.

Технический результат достигается тем, что электрод состоит из стержня-проволоки марки Св-10ГНА и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, ферросилиций, марганец металлический, жидкое стекло натриевое, в электродном покрытии дополнительно содержится сода, рутил, комплексный компонент и ферромолибден, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор	40-50
Плавиковый шпат	14-23
Кварцевый песок	6-10
Рутил	3-6
Комплексный компонент	8-20
Ферросилиций	3-8
Марганец металлический	1,5-6
Ферромолибден	0,5-3
Сода	0,5-2
(к массе сухой смеси)
Жидкое стекло натриевое	23-28
(к массе сухой смеси)

При этом комплексный компонент (минеральный сплав) содержит элементы в следующем соотношении, %:

Мрамор	35-40
Плавиковый шпат	10-18
Кварцевый песок	18-22
Глинозем	28-35
Двуокись титана	3-5
РЗМ	1-10
(оксиды церия и лантана)

Повышение сварочно-технологических характеристик электродов и снижение склонности металла шва к пористости объясняется введением в покрытие комплексного компонента и рутила, которые совместно с композицией мрамор-плавиковый шпат-кварцевый песок позволяют получать благоприятное формирование металла шва во всех пространственных положениях, хорошую отделимость шлаковой корки и низкое содержание диффузионно-подвижного водорода.

Введение в покрытие комплексного компонента приводит к уменьшению содержания гидратированных соединений в покрытии и, как следствие, ведет к снижению склонности пористости металла шва. Входящие в состав комплексного компонента оксиды редкоземельных металлов церия и лантана обеспечивают высокий уровень хладостойкости металла шва при высоких значениях прочности. Увеличение содержания комплексного компонента в покрытии (более 20%) затрудняет производство сварки в положениях, отличных от нижнего, и приводит к окислению легирующих элементов. Введение в покрытие рутила в количестве 3-6% позволяет получить наряду с хорошими сварочно-технологическими характеристиками формирование однородной мелкодисперсной структуры металла шва. Увеличение содержания в покрытии рутила более 6% приводит к повышению содержания оксидов титана в металле шва и, как следствие, снижению механических свойств. Совместное влияние комплексного компонента и рутила позволяет получать металл шва с минимальным количеством дефектов и мелкозернистой феррито-перлитной структурой, что позволяет обеспечить высокую ударную вязкость при низких температурах. Введение в состав покрытия ферромолибдена до 3% позволяет получать заданные прочностные характеристики без потери ударной вязкости металла шва. Дальнейшее увеличения ферромолибдена более 3% введет к охрупчиванию металла шва и потере хладостойкости. Также при изготовлении электродов сверх массы сухой шихты покрытия вводится сода до 2% для пластификации обмазочной массы. Увеличение содержания соды в покрытии электродов более 2% ведет к повышению гигроскопичности покрытия и повышения количества диффузионного водорода в составе металла шва.

Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки хладостойких низколегированных сталей. Были выполнены слитки стали марки Св-10ГНА с химическим составом, приведенным в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получены металлические стержни 4 мм.

Электроды были изготовлены в промышленных условиях на установке для производства покрытых электродов фирмы «Манса».

Опытные образцы электродов испытывались на хладостойких низкоуглеродистых трубных сталях категории К60, Х70 и стали марки Ст3сп. Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=150-180А, Uд=22-24В, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла 80-120°С. Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, подрезов, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений.

Из металла сварных швов, полученного электродами предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств.

Химический состав покрытий предлагаемого и известного сварочного электрода представлены в таблице 2. Данные сравнительных испытаний механических свойств металла шва представлены в таблице 3.

Таблица 1
Химический состав стали марки Св-10ГНА
С	Si	Mn	Ni	S	P
Н.б. 0,08	0,02-0,04	0,8-1,2	0,9-1,3	Н.б. 0,03	Н.б. 0,03

Таблица 3
Результаты сравнительных испытаний известных и заявляемых электродов
Состав	№	Механические характеристики металла шва	Сварочно-технологические характеристики
02, МПа	в, МПа	, %	Работа удара KV, Дж
Т+20°С	Т-20°С	Т-40°С	Кол-во пор (св. тавр. пробы)	Отд. шлака
Заявляемый	1	440	580	29	168	138	100		Хор.100%
2	500	600	27	233	170	130		Хор.100%
3	530	630	23	170	90	76		Хор.100%
Изв.	4	421	530	33	-	120	90		Уд.90%
Примечание: 1. Данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на одну точку.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным позволяет получить более высокие прочностные свойства и сварочно-технологические характеристики в положениях, отличных от нижнего. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает более стабильные механические свойства и отсутствие пористости в металле шва.

Технико-экономический эффект от использования изобретения выразится в повышении надежности и долговечности конструкций за счет повышения сварочно-технологических характеристик и механических свойств металла шва.