СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ


RU (11) 2261161 (13) C1

(51) 7 B23K35/30, C22C38/50 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004113752/02 
(22) Дата подачи заявки: 2004.05.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.05.05 
(45) Опубликовано: 2005.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ТУ 14-1-1890-76 Св-08Х14Н9СЗБ (ЭП-305). SU 727382 A, 15.04.1980. SU 821105 A, 15.04.1981. SU 1780965 A1, 15.02.1992. RU 2188109 С2, 27.08.2002. JP 57199593 А, 07.12.1982. 
(72) Автор(ы): Карзов Г.П. (RU); Бережко Б.И. (RU); Зеленин Ю.В. (RU); Яковлев В.А. (RU); Николаев Ю.К. (RU); Галяткин С.Н. (RU); Марков В.Г. (RU); Зимин Г.Г. (RU); Леонов В.Н. (RU); Филин А.И. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU) 
Адрес для переписки: 191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49, ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ", зам.генерального директора Г.П.Карзову 

(54) СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИИзобретение может быть использовано для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающих при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца. Проволока содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,005-0,030, кремний 1,60-2,40, марганец 1,00-2,00, хром 15,00-17,00, никель 10,00-13,00, вольфрам 1,20-2,00, титан 0,20-0,60, цирконий 0,06-0,18, железо - остальное. Отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22. Указанный состав обеспечивает повышение длительной и технологической прочности, снижение склонности к тепловому охрупчиванию металла шва. 3 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов, используемых в ядерной энергетике, для сварки высококремнистых сталей аустенитного класса внутриреакторного оборудования, работающего при высокой температуре в контакте с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца.

Наиболее близкой по составу ингредиентов и назначению к предлагаемой сварочной проволоке является сварочная проволока марки Св-08Х14Н9С3Б (ЭП-305) по ТУ 14-1-1890-76, содержащаяся в мас.%:

углерод 0,05-0,10 
кремний 2,8-3,5 
марганец 1,5-2,0 
хром 13,5-15,5 
никель 8,0-9,0 
ниобий 0,8-1,1 
сера не более 0,018 
фосфор не более 0,025 
железо остальное 


Указанная сварочная проволока обладает высокими механическими и коррозионными свойствами. Однако имеет недостаточно высокую длительную и технологическую прочность, а также повышенную склонность к тепловому охрупчиванию металла шва после длительных выдержек при 500 и 550°С.

Техническим результатом изобретения является повышение длительной прочности, снижение склонности к тепловому охрупчиванию металла шва и повышение технологической прочности.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в сварочную проволоку, содержащую углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно введены вольфрам, титан и цирконий при следующем соотношении компонентов в мас.%:

углерод 0,005-0,030 
кремний 1,6-2,4 
марганец 1,0-2,0 
хром 15,0-17,0 
никель 10,0-13,0 
вольфрам 1,2-2,0 
титан 0,2-0,6 
цирконий 0,06-0,18 
железо остальное 


При этом отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22 

За счет снижения содержания углерода и кремния, введения регламентированного количества титана и циркония достигается уменьшение склонности к тепловому охрупчиванию при длительных тепловых выдержках при температурах 500-550°С. Цирконий и титан связывают углерод в термически стойкие карбиды. При этом наиболее полное связывание растворенного углерода достигается при отношении суммарного содержания титана и циркония к общему содержанию углерода более 

Увеличение содержания вольфрама способствует повышению длительной прочности стали за счет упрочнения твердого раствора и выделения мелкодисперсной фазы Лавеса, а также увеличивает стойкость к образованию горячих трещин при сварке.

Увеличение содержания никеля произведено для обеспечения необходимого содержания феррита в двухфазной структуре металла сварного шва при заданном химическом составе, что улучшает стойкость к образованию горячих трещин при сварке.

Авторами были выплавлены в вакуумно-индукционных печах три слитка заявляемого и один известного составов (табл. 1), проведена горячая пластическая обработка, включая ковку, прокатку и волочение, в результате чего получена проволока диаметром 2,0; 3,0; 4,0 и 5,0 мм и осуществлена ручная аргонодуговая сварка с использованием этой проволоки пластин толщиной до 40 мм стали ЭП-302. Из сварных соединений были изготовлены образцы для испытаний на длительную прочность, ударный изгиб с надрезом по металлу шва, макро- и микрошлифы.

Склонность металла шва к тепловому охрупчиванию определялась по изменению ударной вязкости (KCV, Дж/см2) при комнатной температуре испытания после длительных (до 10000 часов) выдержек при температурах 500 и 550°С. Технологическая прочность определялась по отсутствию горячих трещин в металле шва, оцениваемую при радиографическом и капиллярном контроле сварных соединений и металлографических исследованиях. 

Результаты испытаний (табл. 2 и 3) подтверждают, что заявляемый состав сварочной проволоки превосходит известную по стойкости к тепловому охрупчиванию и длительной прочности, а также технологической прочности. Радиографический контроль, дефектоскопия и металлографические исследования не выявили наличия в металле шва горячих трещин, микротрещин. В связи с этим заявляемая проволока может быть использована для сварки деталей толщиной более 8 мм в отличие от известной проволоки ЭП305, которая допускается для сварки стали ЭП302 толщиной не более 8 мм (РД5.9633-75. Основные положения. «Сварка конструкций специальных судовых энергетических установок из стали аустенитного и перлитного классов и железоникелевых сплавов»).

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования предлагаемой выразится в увеличении срока службы оборудования атомных энергетических установок за счет повышения длительной прочности, более высокой стойкости металла шва к тепловому охрупчиванию и уменьшению затрат при марочных работах в связи с упрощением технологии сварки.

Таблица 1

Химический состав заявляемой и известной марок стали 
Сталь Условный № плавки Содержание элементов в мас.% 
Углерод Кремний Марганец Хром Никель Вольфрам Титан Ниобий Цирконий Сера Фосфор Железо 
Предлагаемая 1 0,005 1,6 1,0 15,0 10,0 1,2 0,20 0,18 0,009 0,017 Остальное 76 
2 0,02 1,9 1,5 16,2 12.1 1,6 0,50 - 0,12 0,010 0,020 Остальное 31 
3 0,03 2,4 2,0 17,0 13,0 2,0 0,60 - 0,06 0,011 0,016 Остальное 22 
Известная 4 0,08 2,8 1,5 15,9 8,3 - - 0,9 - 0,009 0,025 Остальное 


Таблица 2

Изменение ударной вязкости металла шва (KCV) (Дж/см2) при комнатной температуре испытания заявляемой и известной марок сварочной проволоки после тепловых выдержек продолжительностью 104 часов. 
Сварочная проволока Условный номер лавки После сварки После выдержки 10 4 часов при температурах, °С 
500 550 
Предлагаемая 1 128 55 50 
2 126 45 40 
3 113 35 30 
Известная 4 80,4 5,1 4,7 


В таблице приведены усредненные значения испытаний трех образцов на точку.

Таблица 3

Длительная прочность металла шва заявляемой и известной марок сварочной проволоки 
Сварочная проволока Условный номер плавки Предел длительной прочности за 104 ч, МПа 
Температура испытаний, °С 
500 550 
Предлагаемая 1

2

3 290

300

320 190

190

200 
Известная 4 230 165 


Примечание: Испытания на длительную прочность проводили на базе 10 тыс. ч.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Состав сварочной проволоки, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, титан и цирконий при следующем соотношении элементов, мас.%:

Углерод 0,005-0,030 
Кремний 1,60-2,40 
Марганец 1,00-2,00 
Хром 15,00-17,00 
Никель 10,00-13,00 
Вольфрам 1,20-2,00 
Титан 0,20-0,60 
Цирконий 0,06-0,18 
Железо Остальное 


при этом отношение суммарного содержания титана и циркония к содержанию углерода должно быть больше или равно 22.