Низколегированная сталь сварного шва и сварочная проволока с флюсовым сердечником - RU2322529C2
Код документа: RU2322529C2
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к низколегированному стальному металлу сварного шва, сформированному электродуговой сваркой в защитном газе с использованием сварочной проволоки с флюсовым сердечником и имеющему предел прочности на растяжение порядка 490-670 МПа, и к сварочной проволоке с флюсовым сердечником для его получения. В частности, изобретение направлено на низколегированный стальной металл сварного шва с хорошей низкотемпературной ударной вязкостью и на сварочную проволоку с флюсовым сердечником для его получения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы производство энергии переместилось в более холодные области суши и моря, где элементы конструкций изготавливают с применением низкотемпературной стали. Вместе с тем, указанные элементы конструкций в холодных областях суши и моря разрабатывают, принимая во внимание, в дополнение к требованию обычной низкотемпературной ударной вязкости в предшествующем уровне техники, погодные условия в указанных холодных областях суши и моря, где они эксплуатируются, и поэтому требуется сталь с более высокой ударной вязкостью. Кроме того, увеличилась потребность в применении для данного вида сварки низкотемпературной стали сварочной проволоки с флюсовым сердечником с целью достижения более высокой эффективности сварки без специальных навыков.
Учитывая такие предпосылки, в JP-A-263283/2000, например, раскрыта технология улучшения ударной вязкости металла сварного шва при низкой температуре путем регулирования состава химических компонентов и содержания Ti в твердом растворе в металле сварного шва. Аналог, описанный в вышеупомянутом патентном документе, фокусируется на образовании игольчатого феррита в бывшем аустенитном зерне.
Хотя в предшествующем уровне техники образование игольчатого феррита в бывшем аустенитном зерне сдерживают для того, чтобы улучшить ударную вязкость, явления на границе бывших аустенитных зерен в расчет совсем не берут. Поэтому ударная вязкость металла сварного шва при сварке низкотемпературной стали является недостаточной.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение было создано ввиду указанных выше проблем, и поэтому задачей изобретения является обеспечение низкотемпературного стального металла сварного шва с улучшенной ударной вязкостью при сборке (соединении) элементов конструкций из низкотемпературной стали путем осуществления электродуговой сварки в защитном газе, а также сварочной проволоки с флюсовым сердечником для его получения.
В одном аспекте изобретения предложен металл сварного шва с хорошей низкотемпературной ударной вязкостью, полученный электродуговой сваркой в защитном газе с использованием сварочной проволоки с флюсовым сердечником, которая включает в себя стальную оболочку и флюс, помещенный в эту стальную оболочку. Предложенный металл сварного шва содержит следующее: С: от 0,04 до 0,08 мас.%; Si: от 0,20 до 0,50 мас.%; Mn: от 0,80 до 1,70 мас.%; Ti: от 0,030 до 0,080 мас.%; Ni: от 0,30 до 3,00 мас.%; Mo: от 0,01 до 0,20 мас.%; В: от 0,0020 до 0,0070 мас.%; О: от 0,040 до 0,070 мас.%; Al: 0,01 мас.% или менее; а остальное - Fe и случайные примеси. При этом выполняется следующее уравнение: ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])=от 0,20 до 0,60, где [C], [Mn], [Ti], [Si] и [O] обозначают содержания соответственно C, Mn, Ti, Si и О.
Предпочтительно, в низколегированном стальном металле сварного шва объемная доля ферритных боковых пластинок в столбчатой структуре может составлять 20 мас.% или менее.
В другом аспекте изобретения предложена сварочная проволока с флюсовым сердечником, включающая в себя стальную оболочку и помещенный в эту стальную оболочку флюс и способная обеспечить получение вышеупомянутого металла сварного шва при выполнении электродуговой сварки в защитном газе на по меньшей мере одном основном материале, находящемся в следующих композиционных пределах. В состав основного материала входят: С: от 0,03 до 0,15 мас.%; Si: от 0,10 до 0,50 мас.%; Mn: от 0,80 до 1,80 мас.%; P: 0,02 мас.% или менее; S: 0,02 мас.% или менее; Ni: от 0,01 до 3,00 мас.%; Cr: 0,2 мас.% или менее; Mo: 0,2 мас.% или менее; Ti: 0,08 мас.% или менее; Al: 0,05 мас.% или менее; B: 0,005 мас.% или менее; а остальное - Fe и случайные примеси.
В данном случае предложенная в качестве металлической сварочной проволоки с флюсовым сердечником, воплощающей сварочную проволоку с флюсовым сердечником по изобретению, проволока содержит, в расчете на суммарную массу всей проволоки: Fe: от 92,0 до 98,5 мас.%; C: от 0,03 до 0,09 мас.%; Mn: от 1,0 до 2,5 мас.%; Si: от 0,20 до 0,60 мас.%; Ti: от 0,05 до 0,30 мас.%(в пересчете на Ti, что соответствует содержанию Ti в сплаве Ti и оксиде Ti); B: от 0,003 до 0,012 мас.%; Ni: от 0,3 до 3,0 мас.%; Mo: от 0,01 до 0,20 мас.%; и Al: 0,05 мас.% или менее.
Альтернативно, предложенная в качестве сварочной проволоки с флюсовым сердечником для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов, воплощающей сварочную проволоку с флюсовым сердечником по изобретению, проволока содержит, в расчете на суммарную массу всей проволоки: Fe: от 87 до 95 мас.%; Ti: от 1,0 до 2,6 мас.%(в пересчете на Ti, что соответствует содержанию Ti в сплаве Ti и оксиде Ti); C: от 0,03 до 0,09 мас.%; Mn: от 1,0 до 2,5 мас.%; Si: от 0,20 до 0,60 мас.%; B: от 0,003 до 0,012 мас.%; Ni: от 0,3 до 3,0 мас.%; Mo: от 0,01 до 0,20 мас.%; и Al 0,05 мас.% или менее.
Альтернативно, предложенная в качестве сварочной проволоки с флюсовым сердечником на основе оксида титана для сварки во всех пространственных положениях, воплощающая сварочную проволоку с флюсовым сердечником по изобретению, проволока содержит, в расчете на суммарную массу всей проволоки: Fe: от 85 до 93 мас.%; Ti: от 2,4 до 3,6 мас.%(в пересчете на Ti, который соответствует содержанию Ti в сплаве Ti и оксиде Ti); C: от 0,03 до 0,09 мас.%; Mn: от 1,0 до 2,5 мас.%; Si: от 0,20 до 0,60 мас.%; B: от 0,003 до 0,012 мас.%; Ni: от 0,3 до 3,0 мас.%; Mo: от 0,01 до 0,20 мас.%; и Al: 0,05 мас.% или менее.
Согласно изобретению состав металла сварного шва задан так, как отмечается выше, и при этом выполняется следующее уравнение: ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])=от 0,20 до 0,60. Это позволяет предотвратить появление ферритных боковых пластинок на границе бывших аустенитных зерен в столбчатой структуре металла сварного шва, что приводит в результате к хорошей низкотемпературной ударной вязкости, которая не может быть получена при обычном металле сварного шва. Кроме того, соответствующий состав сварочной проволоки с флюсовым сердечником может обеспечить получение вышеупомянутого металла сварного шва с хорошей низкотемпературной ударной вязкостью. Таким образом, согласно изобретению может быть дополнительно улучшена стабильность элементов конструкций, используемых при низкой температуре.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
Теперь будет сделана ссылка на характерные варианты воплощения изобретения, которые проиллюстрированы на сопровождающих чертежах.
(1) Металл сварного шва
"С (углерод)"
Углерод в соответствующем количестве обладает эффектом стабилизации ударной вязкости вследствие стабилизации цементита. Если содержание С в металле сварного шва меньше, чем 0,04 мас.%, эффект стабилизации ударной вязкости становится незначительным. Если содержание С больше, чем 0,08 мас.%, ухудшается устойчивость к горячему растрескиванию. Соответственно, содержание С предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,07 мас.%
"Si (кремний)"
Кремний действует как раскислитель, в то же время влияя на микроструктуру. Если количество кремния велико, имеют место высокие доли ферритных боковых пластинок на границе бывших аустенитных зерен, что приводит в результате к сниженной ударной вязкости. Если количество Si в металле сварного шва меньше, чем 0,20 мас.%, могут возникать газовые раковины (пузыри) из-за недостаточного раскисления. Если количество Si больше, чем 0,50 мас.%, не может быть сдержано возникновение ферритных боковых пластинок на вышеупомянутой границе бывших аустенитных зерен, что приводит в результате к пониженной ударной вязкости металла сварного шва. Соответственно, содержание Si предпочтительно находится в диапазоне от 0,25 до 0,45 мас.%
"Mn (марганец)"
Марганец действует как раскислитель, в то же время влияя на прочность и ударную вязкость металла сварного шва. Если содержание Mn в металле сварного шва меньше, чем 0,80 мас.%, прочность металла сварного шва является недостаточной, и ухудшается его ударная вязкость. Если содержание Mn больше, чем 1,70 мас.%, прочность металла и его закаливаемость становятся избыточными, что приводит в результате к ухудшению ударной вязкости. Соответственно, содержание Mn предпочтительно находится в диапазоне от 0,90 до 1,60 мас.%
"Ti (титан)"
Титан присутствует в металле сварного шва в виде оксида или в твердом растворе. Элемент Ti в виде оксида служит в качестве зародыша для игольчатого феррита на границе бывших аустенитных зерен, способствуя улучшению ударной вязкости металла сварного шва. То есть, на границе бывших аустенитных зерен игольчатый феррит образуется при действии оксида Ti в качестве его зародыша. Игольчатый феррит обладает эффектом содействия "миниатюризации" структуры (т.е. измельчению зерен в структуре), улучшая ее ударную вязкость. Если содержание Ti в металле сварного шва меньше, чем 0,030 мас.%, зародыши не могут образовываться в достаточном количестве, и тогда укрупнение феррита приводит в результате к ухудшенной ударной вязкости металла сварного шва. Напротив, если содержание Ti больше, чем 0,080 мас.%, количество Ti в твердом растворе является избыточным, и поэтому прочность металла сварного шва слишком высока, тогда как его ударная вязкость ухудшена. Соответственно, содержание Ti предпочтительно находится в диапазоне от 0,040 до 0,070 мас.%
"Ni (никель)"
Никель обладает эффектом, который вызывает смещение температуры перехода к хрупкому разрушению в сторону более низкой температуры, тем самым улучшая ударную вязкость металла сварного шва. Однако избыточное добавление Ni вызывает горячее растрескивание (растрескивание при затвердевании), с легкостью происходящее в металле сварного шва. Если содержание Ni в металле сварного шва меньше, чем 0,30 мас.%, ударная вязкость металла сварного шва заметно не улучшается. Напротив, если содержание Ni больше, чем 3,00 мас.%, устойчивость к горячему растрескиванию ухудшается. Соответственно, содержание Ni предпочтительно находится в диапазоне от 0,35 до 2,80 мас.%
"Мо (молибден)"
Молибден добавляют в количестве 0,01 мас.% или более с тем, чтобы гарантировать прочность металла сварного шва. Избыточное добавление Мо вызывает смещение температуры перехода к хрупкому разрушению в сторону более высокой температуры, тем самым приводя к ухудшению ударной вязкости металла сварного шва. Содержание Мо в металле сварного шва в 0,20 мас.% или менее почти не влияет на ухудшение ударной вязкости металла сварного шва. Соответственно, содержание Мо предпочтительно находится в диапазоне от 0,01 до 0,15 мас.%
"В (бор)"
Бор обладает эффектом, который предотвращает возникновение феррита на границах зерен вследствие его сегрегации к границе бывших аустенитных зерен, тем самым улучшая ударную вязкость металла сварного шва. Избыточное добавление В способствует горячему растрескиванию (растрескиванию при затвердевании) металла сварного шва. Если содержание В в металле сварного шва составляет меньше, чем 0,0020 мас.%, ударная вязкость металла сварного шва заметно не улучшается. Напротив, если содержание В составляет больше, чем 0,0070 мас.%, устойчивость к горячему растрескиванию металла сварного шва ухудшается. Соответственно, содержание В предпочтительно находится в диапазоне от 0,0025 до 0,0060 мас.%
"О (кислород)"
Считается, что большая часть кислорода в металле сварного шва существует в виде оксида. Увеличение содержания О уменьшает работу разрушения металла сварного шва при испытании на удар при температуре выше порога хладноломкости. Поэтому чтобы получить более высокую ударную вязкость в металле сварного шва, важно снизить содержание О до как можно более низкого уровня. Уменьшение содержания О до низкого уровня в сварочной проволоке с флюсовым сердечником заметно ухудшает технологичность сварки (что ведет к увеличению разбрызгивания, к ухудшению свариваемости при сварке во всех пространственных положениях или т.п.), что непрактично. При создании изобретения было обнаружено, что содержание О от 0,040 до 0,070 мас.% в металле сварного шва может гарантировать ударную вязкость металла сварного шва при низкой температуре. То есть, если содержание О в металле сварного шва меньше, чем 0,040 мас.%, технологичность сварки заметно ухудшается. Напротив, если содержание О больше, чем 0,070 мас.%, работа разрушения при температуре выше порога хладноломкости снижается, приводя к пониженной ударной вязкости. Соответственно, содержание О предпочтительно находится в диапазоне от 0,040 до 0,060 мас.%
"Al (Алюминий)"
Алюминий присутствует в металле сварного шва в виде оксида, предотвращая образование зародышей игольчатого феррита, которые могут быть вызваны оксидом Ti на границе бывших аустенитных зерен. Если содержание Al в металле сварного шва составляет 0,01 мас.% или менее, то образование зародышей игольчатого феррита снижено. Содержание Al предпочтительно составляет 0,008 мас.% или менее.
"([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])"
Отмечено, что, хотя ударная вязкость металла сварного шва при низкой температуре может быть в некоторой степени достигнута при помощи вышеупомянутых композиционных пределов содержания каждого элемента, для того чтобы обеспечить низкотемпературную ударную вязкость заявитель обнаружил, что параметр ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O]) в диапазоне от 0,20 до 0,60 может гарантировать достаточную низкотемпературную ударную вязкость. Параметр ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O]) меньше, чем 0,20, ведет к ухудшению закаливаемости и работы разрушения при температуре выше порога хладноломкости и увеличивает долю ферритных боковых пластинок, тем самым приводя к ухудшенной ударной вязкости металла сварного шва. Параметр ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O]) больше, чем 0,60, ухудшает ударную вязкость металла сварного шва вследствие избыточной закаливаемости. В результате исследования микроструктуры было установлено, что объемная доля ферритных боковых пластинок в столбчатой структуре металла сварного шва с хорошей низкотемпературной ударной вязкостью составляет 20 об.% или менее, а предпочтительно - 16 об.% или менее.
Модифицированная структура, вызываемая зародышеобразованием на границе зерна, вырастает в зерна с формированием ферритных боковых пластинок. Этот рост останавливают путем регулирования присутствия включений на основе оксида, существующих в зерне, и модифицированной структуры в зерне, вызванной зародышеобразованием из включения на основе оксида. Полагают, что установление вышеупомянутого параметра в пределах диапазона от 0,20 до 0,60 может соответствующим образом регулировать включения на основе оксида в зерне и модифицированную структуру в зерне.
"Остальное в металле сварного шва"
Остальное в металле сварного шва составляют Fe и случайные примеси. Случайные примеси включают в себя, например, P, S, Cu, Cr, V, Nb, Zr, Co и Sn. Предпочтительно, количество Р снижено до 0,02 мас.% или менее, S - до 0, 02 мас.% или менее, Cu - до 0,3 мас.% или менее (когда на стальную оболочку наносят медное гальваническое покрытие, включая деталь, подвергнутую нанесению покрытия), Cr - до 0,1 мас.% или менее, V - до 0,05 мас.% или менее, Nb - до 0,05 мас.% или менее, Zr - до 0,01 мас.% или менее, Co - до 0,01 мас.% или менее, а Sn - до 0,02 мас.% или менее.
(2) Сварочная проволока с флюсовым сердечником (СПФС)
Металлическая сварочная проволока с флюсовым сердечником, сварочная проволока с флюсовым сердечником для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов и сварочная проволока с флюсовым сердечником для сварки во всех пространственных положениях (так называемые "порошковые проволоки"), которые удовлетворяют нижеследующим требованиям по составу, могут быть практичными, так как они в достаточной степени удовлетворяют необходимым механическим характеристикам металла сварного шва и пригодности к использованию при сварке.
"С (углерод)"
Чтобы получить содержание С в металле сварного шва от 0,04 до 0,08 мас.%, содержание С в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают в пределах диапазона от 0,03 до 0,09 мас.% в расчете на суммарную массу этой проволоки, а предпочтительно - в пределах диапазона от 0,04 до 0,08 мас.% Следует отметить, что источники углерода включают в себя, например, графит, Fe-Mn, Fe-Si и добавки С в стальную оболочку и могут быть использованы для введения С из флюса и/или стальной оболочки.
"Si (кремний)"
Чтобы получить содержание Si в металле сварного шва от 0,20 до 0,50 мас.%, содержание Si в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают в пределах диапазона от 0,20 до 0,60 мас.% в расчете на суммарную массу этой проволоки, а предпочтительно - в пределах диапазона от 0,25 до 0,55 мас.% Следует отметить, что источники кремния включают в себя, например, Fe-Si, Si-Mn и добавки Si в стальную оболочку и могут быть использованы для введения Si из флюса и/или стальной оболочки.
"Mn (марганец)"
Чтобы получить содержание Mn в металле сварного шва от 0,80 до 1,70 мас.%, содержание Mn в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают в пределах диапазона от 1,0 до 2,50 мас.% в расчете на суммарную массу этой проволоки, а предпочтительно - в пределах диапазона от 1,1 до 2,4 мас.% Следует отметить, что источники марганца включают в себя, например, металлический Mn, Fe-Mn, Si-Mn и добавки Mn в стальную оболочку и могут быть использованы для введения Mn из флюса и/или стальной оболочки.
"Ti (титан)"
Чтобы получить содержание Ti в металле сварного шва от 0,030 до 0,080 мас.%, содержание Ti в сварочной проволоке с флюсовым сердечником (содержание Ti, содержащегося в сплаве Ti и оксиде Ti) задают в пределах диапазона от 0,05 до 0,30 мас.% в случае металлической сварочной проволоки с флюсовым сердечником, в пределах диапазона от 1,0 до 2,6 мас.% - в случае сварочной проволоки с флюсовым сердечником для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов, и в пределах диапазона от 2,4 до 3,6 мас.% - в случае сварочной проволоки с флюсовым сердечником для сварки во всех пространственных положениях. Следует отметить, что источники титана включают в себя, например, рутил, оксид титана, Fe-Ti и добавки Ti в стальную оболочку и могут быть использованы для введения Ti из флюса и/или стальной оболочки. В зависимости от применений, то есть согласно количеству требуемого шлакового компонента, необходимо варьировать содержание каждого источника Ti в проволоке. Принимая во внимание тот факт, что Ti в металле сварного шва происходит главным образом из сплава Ti, для получения металла сварного шва с желаемым содержанием Ti содержание Ti в проволоке соответствующим образом регулируют.
"В (бор)"
Чтобы получить содержание В в металле сварного шва от 0,0020 до 0,0070 мас.%, содержание В в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают в пределах диапазона от 0,003 до 0,012 мас.% в расчете на суммарную массу флюса, а предпочтительно - в пределах диапазона от 0,004 до 0,011 мас.% Следует отметить, что источники бора включают в себя, например, сплав Fe-Si-B.
"Ni (никель)"
Чтобы получить содержание Ni в металле сварного шва от 0,30 до 3,00 мас.%, содержание Ni в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают в пределах диапазона от 0,3 до 3,0 мас.% в расчете на суммарную массу этой проволоки, а предпочтительно - в пределах диапазона от 0,3 до 2,9 мас.% Следует отметить, что источники никеля включают в себя, например, металлический Ni, Ni-Mg и добавки Ni в стальную оболочку и могут быть использованы для введения Ni из флюса и/или стальной оболочки.
"Мо (молибден)"
Чтобы получить содержание Мо в металле сварного шва от 0,01 до 0,20 мас.%, содержание Мо в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают в пределах диапазона от 0,01 до 0,20 мас.%в расчете на суммарную массу этой проволоки, а предпочтительно - в пределах диапазона от 0,01 до 0,15 мас.% Следует отметить, что источники молибдена включают в себя, например, металлический Мо, Fe-Mo и добавки Мо в стальную оболочку и могут быть использованы для введения Мо из флюса и/или стальной оболочки.
"Al (алюминий)"
Чтобы ограничить содержание Al в металле сварного шва до уровня 0,01 мас.% или менее, содержание Al в сварочной проволоке с флюсовым сердечником задают на уровне 0,05 мас.% или менее в расчете на суммарную массу флюса.
"Fe (железо)"
В случае сварочной проволоки с флюсовым сердечником для сварки низколегированной стали в дополнение к компонентам сплава в нее могут быть добавлены шлакообразующий агент, стабилизатор дуги и т.п., в зависимости от видов применения. Они имеют свои соответствующие подходящие диапазоны содержания Fe согласно типам сварочных проволок с флюсовым сердечником. То есть, в случае металлической сварочной проволоки с флюсовым сердечником, если содержание Fe меньше, чем 92,0 мас.% в расчете на суммарную массу проволоки, то имеет место большое количество шлака, и поэтому хорошее свойство проволоки с точки зрения ее пригодности к использованию при сварке (небольшое количество шлака) пропадает. Если содержание Fe больше, чем 98,5 мас.%, не могут быть введены существенные компоненты сплава. В случае сварочной проволоки с флюсовым сердечником для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов, если содержание Fe меньше, чем 87 мас.%, то имеет место большое количество шлака, и поэтому устойчивость проволоки к образованию пористости в грунтованной стальной пластине или т.п. ухудшается. Если содержание Fe больше, чем 95 мас.%, то не могут быть введены существенные компоненты сплава. В случае сварочной проволоки с флюсовым сердечником для сварки во всех пространственных положениях, если содержание Fe больше, чем 85 мас.%, то избыточно образуется шлак, и поэтому могут образовываться дефекты сварки, такие как включения шлака. Если содержание Fe больше, чем 93 мас.%, то не могут быть введены существенные компоненты сплава. Следует отметить, что источники железа включают в себя, например, порошки железа, сплав на основе Fe и т.п. в флюсе, а также в стальной оболочке.
"ZrO2"
Если содержание ZrO2 во флюсе меньше, чем 0,02 мас.% в расчете на суммарную массу проволоки, то ухудшается равномерность наплавленных валиков при сварке нормальных и горизонтальных угловых швов. Напротив, если содержание ZrO2 больше, чем 0,50 мас.%, то ухудшаются характеристики проволоки с точки зрения равенства катетов угловых швов при сварке горизонтальных угловых швов. Кроме того, форма наплавленного валика в установившемся состоянии является выпуклой. Содержание ZrO2 предпочтительно находится в пределах диапазона от 0,05 до 0,45 мас.% Следует отметить, что источники ZrO2 включают в себя, например, цирконовый песок, оксид циркония и т.п.
"Al2O3"
Если содержание Al2O3 во флюсе меньше, чем 0,02 мас.% в расчете на суммарную массу проволоки, то ухудшается равномерность наплавленных валиков при сварке нормальных и горизонтальных угловых швов. Напротив, если содержание Al2O3 больше, чем 0,80 мас.%, ухудшается прилегаемость наплавленных валиков при сварке нормальных и горизонтальных угловых швов. Кроме того, увеличивается количество случаев возникновения (степень) разбрызгивания. Соответственно, содержание Al2O3 предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,60 мас.%. Следует отметить, что источники Al2O3 включают в себя, например, глинозем.
"SiO2"
Если содержание SiO2 во флюсе меньше, чем 0,1 мас.% в расчете на суммарную массу проволоки, то ухудшается равномерность наплавленных валиков при сварке нормальных или горизонтальных угловых швов. Напротив, когда содержание SiO2 больше, чем 0,5 мас.%, ухудшается устойчивость проволоки к образованию пористости при горизонтальной сварке угловых швов. Кроме того, форма наплавленного валика в установившемся состоянии является выпуклой. Предпочтительно, содержание SiO2 находится в диапазоне от 0,15 до 0,45 мас.%. Следует отметить, что источники SiO2 включают в себя, например, кремнезем, калиевое стекло, натриевое стекло и т.п.
"Mg"
Если содержание Mg во флюсе меньше, чем 0,2 мас.% в расчете на суммарную массу проволоки, то не может протекать достаточное раскисление проволоки, что приводит в результате к ухудшению ударной вязкости проволоки. Если содержание Mg больше, чем 1,0 мас.%, то увеличивается степень разбрызгивания и поэтому ухудшается пригодность проволоки к использованию при сварке. Предпочтительно, содержание Mg находится в диапазоне от 0,25 до 0,9 мас.%. Следует отметить, что источники Mg включают в себя, например, металлический Mg, Al-Mg, Ni-Mg и т.п.
"Другие материалы"
Кроме раскрытых здесь легирующих элементов, могут быть добавлены, если это необходимо, дополнительные легирующие элементы и/или стабилизатор дуги. Сварочная проволока с флюсовым сердечником может иметь любой диаметр в диапазоне от 1,0 до 2,0 мм, предпочтительно - в пределах от 1,2 до 1,6 мм с точки зрения практического использования. Форма поперечного сечения сварочной проволоки с флюсовым сердечником практически не ограничена, и присутствие или отсутствие стыков (соединительных швов) и внутренняя форма могут быть заданы произвольно.
(3) Основной материал
В настоящем изобретении для получения металла сварного шва, охарактеризованного в пункте 1 приложенной формулы изобретения, в состав подлежащего использованию свариваемого основного материала входят:
C: от 0,03 до 0,15 мас.%;
Si: от 0,10 до 0,50 мас.%;
Mn: от 0,80 до 1,80 мас.%;
P: 0,02 мас.% или менее;
S: 0,02 мас.% или менее;
Ni: от 0,01 до 3,00 мас.%;
Cr: 0,2 мас.% или менее;
Mo: 0,2 мас.% или менее;
Ti: 0,08 мас.% или менее;
Al: 0,05 мас.% или менее;
B: 0,005 мас.% или менее;
Cu: 0,3 мас.% или менее;
V: 0,05 мас.% или менее;
Nb: 0,05 мас.% или менее;
Zr: 0,01 мас.% или менее;
Co: 0,01 мас.% или менее;
Sn: 0,02 мас.% или менее;
Fe: от 94 до 99 мас.%; и
остальное - случайные примеси.
Пример 1
Сварочные проволоки с флюсовым сердечником с составами, показанными в таблице 1 (при диаметре проволоки 1,2 мм), изготавливали путем помещения флюсов в количестве от 13 до 20 мас.% в оболочки из мягкой (низкоуглеродистой стали). Используя указанные сварочные проволоки с флюсовым сердечником, были проведены испытания для подтверждения свойств следующим образом.
Испытание 1. Сварка встык
Используя сварочные проволоки с флюсовым сердечником, приведенные в таблицах 1-3, и пластины из низкотемпературной стали с составами, приведенными в таблице 4, получали металлы сварного шва путем сварки при условиях испытаний, приведенных в таблице 5. Механические характеристики, химические компоненты и микроструктуры полученных металлов сварных швов исследовали с помощью методов испытаний, приведенных в таблице 6. Что касается механических характеристик, то проволоки с пределом прочности на растяжение в 490 МПа или более и с поглощенной энергией в 80 Дж или более рассматривались как приемлемые. Проволоки с №1 по №5, приведенные в таблице 1, имеют соответствующие составы, которые находятся в пределах того диапазона составов металлических сварочных проволок с флюсовым сердечником, который определен в пункте 3 формулы изобретения. Проволоки с №7 по №11, приведенные в таблице 2, имеют соответствующие составы, которые находятся в пределах того диапазона составов сварочных проволок с флюсовым сердечником для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов, который определен в пункте 4 формулы изобретения. Проволоки с №13 по №17, приведенные в таблице 3, имеют соответствующие составы, которые находятся в пределах того диапазона составов сварочных проволок с флюсовым сердечником на основе оксида титана для сварки во всех пространственных положениях, который определен в пункте 5 формулы изобретения. Проволока №6, приведенная в таблице 1, имеет содержание Mn, которое отклоняется от того диапазона содержания Mn, который определен в пункте 3 формулы изобретения. Проволока №12, приведенная в таблице 2, имеет содержание Mn, которое отклоняется от того диапазона содержания Mn, который определен в пункте 4 формулы изобретения. Проволока №18, приведенная в таблице 3, имеет содержание Mn, которое отклоняется от того диапазона содержания Mn, который определен в пункте 5 формулы изобретения.
Испытание 2. Устойчивость к горячему растрескиванию
Используя сварочные проволоки с флюсовым сердечником, приведенные в таблицах 1-3, и пластины из низкотемпературной стали с составами, показанными в таблице 4, получали металлы сварных швов путем сварки при условиях испытаний, показанных в таблице 7. Устойчивость к горячему растрескиванию полученных металлов сварных швов изучали с помощью испытания на растрескивание при использовании С-образного зажима, ограничивающего полученный сваркой встык образец (FISCO TEST). Отношение длины трещины к длине разламываемого сварного шва (%) обозначали как "степень растрескивания". Проволоки со степенью растрескивания в 10% или менее определяли как приемлемые (включая в себя трещины в кратере).
Испытание 3. Испытание горизонтальной сварки угловых швов (пригодность к использованию при сварке)
Используя сварочные проволоки с флюсовым сердечником, приведенные в таблицах 2 и 3, и стальные пластины для сварных конструкций с составами, показанными в таблице 4 (покрытые неорганической цинковой грунтовкой стальные пластины), металлы сварных швов получали сваркой при условиях испытаний, показанных в таблице 8, и испытывали пригодность к использованию при сварке металлов сварных швов.
Результаты вышеупомянутых испытаний с 1 по 3 показаны в нижеследующих таблицах 9-12. Таблицы 9 и 10 показывают соответственно основные материалы (таблица 4), сварочные проволоки (таблицы 1-3) и составы металлов сварных швов (остальное в которых составляют Fe и случайные примеси) в примерах по изобретению и сравнительных примерах. В касающихся уравнений колонках в таблицах 9 и 10 показаны значения, полученные расчетом по уравнению ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O]). Кроме того, таблицы 11 и 12 показывают механические характеристики, доли ферритных боковых пластинок, степени растрескивания и пригодности к использованию при сварке в примерах по изобретению и сравнительных примерах. В таблицах 11 и 12 основной материал А (см. таблицу 4) используют для измерения степени растрескивания, а основной материал С (см. таблицу 4) используют для оценки пригодности к использованию при сварке. Следует отметить, что в колонке, относящейся к пригодности к использованию при сварке, знак "○" указывает на хорошие условия, в то время как знак "×" указывает на плохие условия. Кроме того, причина для плохих условий описана в колонке, относящейся к пригодности к использованию при сварке.
Долю ферритных боковых пластинок измеряли двумя способами, а именно, способом выделения ферритных боковых пластинок из изображения в оптическом микроскопе и способом выделения ферритных боковых пластинок азимутальным анализом с использованием картины дифракции электронов обратного рассеяния (КДЭОР, от англ. Electron Backscatter Diffraction Pattern).
В примерах 1-21 химические компоненты металлов сварных швов и значения ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[0]) удовлетворяли соответствующим диапазонам по изобретению. В каждом случае ударная вязкость металла сварного шва при низкой температуре была также хорошей. В сравнительных примерах 22-43 какой-либо из химических компонентов металлов сварных швов и значений [C]×[Mn]× [Ti])/([Si]×[О]) отклонялись от диапазонов по изобретению, и поэтому ударная вязкость металла сварного шва при низкой температуре не удовлетворяла целевому значению, например, 80 Дж. В примерах 1-21 применяли сварочные проволоки №№1-12. Использование сварочных проволок №№1-18 способно обеспечить металлы сварных швов в примерах по изобретению, и поэтому другие свойства (устойчивость к горячему растрескиванию и пригодность к использованию при сварке) металлов сварных швов не проблематичны с практической точки зрения. В частности, сварочные проволоки №№7-11 являются подходящими для использования при горизонтальной сварке угловых швов (с хорошей пригодностью к использованию при сварке). Сварочные проволоки №№13-17 являются подходящими для использования при вертикальной сварке угловых швов (с хорошей пригодностью к использованию при сварке). Сварочные проволоки №№7-11 являются подходящими в качестве проволоки для сварки нормальных и горизонтальных угловых швов. Сварочные проволоки №№13-17 являются подходящими в качестве сварочной проволоки на основе оксида титана для сварки во всех пространственных положениях. В противоположность этому, некоторые из сварочных проволок №№19-36 характеризуются высокой степенью растрескивания и/или плохой пригодностью к использованию при сварке. Таким образом, эти проволоки №№19-36 не могут обеспечить металл сварного шва в соответствии с примерами по изобретению.
Реферат
Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке в защитном газе хладостойких сталей. Металл сварного шва содержит, мас.%: С: от 0,04 до 0,08; Si: от 0,20 до 0,50; Mn: от 0,80 до 1,70; Ti: от 0,030 до 0,080; Ni: от 0,30 до 3,00; Мо: от 0,01 до 0,20; В: от 0,0020 до 0,0070; О: от 0,040 до 0,070; Al: 0, 01 или менее; Fe и случайные примеси - остальное. При этом выполняется следующее соотношение: ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[0])=от 0,20 до 0,60. Металл сварного шва указанного состава может быть получен в результате электродуговой сварки в защитном газе на основном металле путем использования металлической сварочной проволоки с флюсовым сердечником заданного состава. Металл сварного шва при соединении элементов конструкции из хладостойкой стали имеет высокую ударную вязкость. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 табл.
