состав сварочной проволоки для наплавки узлов или литых деталей из низколегированных сталей

Формула изобретения

Состав сварочной проволоки для наплавки узлов или литых деталей из низколегированных сталей, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, ванадий, кальций, железо, отличающийся тем, что в ее состав дополнительно введен никель при следующем содержании компонентов, мас.%:

Углерод	0,1-0,18
Марганец	0,75-1,6
Хром	0,6-1,35
Кремний	0,35-1,0
Титан	0,02-0,35
Ванадий	0,02-0,15
Кальций	0,002-0,015
Никель	0,35-1,2
Железо	Остальное,

при этом отношение суммарного содержания марганца и никеля к содержанию хрома составляет 0,9-4,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сварочным материалам, предназначенным для электродуговой наплавки слоя стали, преимущественно при восстановлении изношенных поверхностей деталей железнодорожного подвижного состава.

В последнее время при восстановлении изношенных деталей железнодорожного транспорта широко применяется технология наплавки под флюсом проволокой сплошного сечения марки Св-08ХГ2СМФ состава, мас.%:

углерод	0,04-0,08
кремний	0,2-0,4
марганец	1,0-1,4
хром	0,7-1,0
молибден	0,5-0,8
ванадий	0,15-0,3
кальций	0,005-0,009

(см. патент РФ № 2104138, кл. B23K 35/30, опубл. 10.02.1998).

При наплавке под флюсом изношенных вагонных колес из высокоуглеродистых сталей такая проволока обеспечивает получение слоя стали благоприятной структуры бейнитного типа с требуемой твердостью (250-320 НВ), обладающего сравнительно высокой износостойкостью. Однако при наплавке под флюсом литых деталей грузовых вагонов из низкоуглеродистых сталей (например, марок 20 ГЛ, 20 ГФЛ и др.) при содержании в проволоке углерода, марганца и хрома на нижних пределах легирования по ТУ она не обеспечивает получение требуемой твердости наплавленного металла. Кроме того, данная проволока не обладает и требуемыми сварочно-технологическими характеристиками при наплавке в среде CO₂, особенно в части разбрызгивания электродного металла.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа состав сварочной проволоки для наплавки узлов или литых деталей из низколегированных сталей, преимущественно железнодорожного подвижного состава, предназначенной для восстановления деталей наплавкой под флюсом и в среде CO₂, содержащий легирующие компоненты в следующем соотношении, мас.%:

углерод	0,08-0,12
кремний	0,50-0,90
марганец	1,50-1,90
хром	0,05-1,0
молибден	0,15-0,60
ванадий	0,05-0,20
кальций	0,005-0,009
титан	0,05-0,15
железо	остальное

(см. патент РФ № 2310550, кл. B23K 35/30, опубл. 20.11.2007).

При наплавке в среде CO₂ данная проволока имеет удовлетворительные сварочно-технологические характеристики и позволяет получить наплавленный металл с мелкодисперсной структурой, состоящей из смеси бейнита и игольчатого феррита, и с требуемой твердостью (240-300 НВ). Такой наплавленный металл имеет достаточную стойкость против образования холодных трещин при сравнительно высокой сопротивляемости износу. В то же время, как показали наши исследования, при наплавке под флюсом проволокой с таким легированием наплавленный металл не всегда имеет такую структуру и свойства. Так при наплавке под флюсом проволокой, в которой содержание марганца и хрома находятся на верхних пределах (1,8-1,9 и 0,7-0,8% соответственно), а углерода на нижнем пределе (0,08-0,09%), наплавленный металл имеет грубую столбчатую структуру и сравнительно низкую сопротивляемость образованию холодных трещин. Исследованиями установлено также, что такое повышение содержания марганца и хрома приводит к образованию закалочных структур с повышенной твердостью (340HR и более) и существенному снижению пластических свойств наплавленного металла. Износостойкость такого наплавленного металла при работе его в условиях «скольжения и среза», особенно при низких температурах, значительно снижается. Повышенная твердость затрудняет и обрабатываемость наплавленных поверхностей.

Задачей заявляемого технического решения является повышение хладостойкости и сопротивляемости наплавленного металла образованию холодных трещин, а также стабилизация его свойств при наплавке под флюсом и в среде CO₂.

Решение поставленной задачи достигается за счет введения в состав сварочной проволоки легирующего элемента в количестве 0,35 - 1,2%, в качестве которого использован никель, с выбором оптимального содержания каждого из легирующих элементов сварочной проволоки. При этом этот уровень легирования выбран с учетом особенностей сварки открытой дугой в среде CO₂ и под флюсом. Более высокое содержание в предлагаемой проволоке углерода, при оптимальном уровне легирования остальными элементами, позволяет получить требуемую исходную структуру наплавленного металла и связанную с этим его сравнительно более высокую стойкость против образования закалочных (холодных) трещин с хорошим комплексом свойств по твердости и пластичности. Выбранное содержание в предлагаемой проволоке легирующих элементов обеспечивают ей также хорошие сварочно-технологические характеристики при сварке открытой дугой.

Указанные свойства предлагаемой проволоки обеспечиваются при содержании в ней компонентов в следующих пределах, мас.%:

углерод	0,1 -0,18
марганец	0,75-1,6
хром	0,6-1,35
кремний	0,35-1,0
титан	0,02-0,35
ванадий	0,02-0,15
кальций	0,002-0,015
никель	0,35-1,2
железо	остальное,

при этом отношение суммарного содержания марганца и никеля к содержанию хрома составляет 0,9-4,0.

При наплавке износостойкого слоя стали на детали из углеродистых низколегированных сталей открытой дугой и под флюсом может быть использована, например, проволока следующих составов, мас.%:

	I	II	III	IV	V
углерод	0,1	0,12	0,18	0,15	0,16
марганец	1,5	1,6	0,75	0,8	1,4
хром	0,6	0,75	1,35	1,3	0,85
кремний	0,40	1,0	0,75	0,35	0,9
титан	0,09	0,02	0,05	0,2	0,15
ванадий	0,08	0,02	0,15	0,1	0,12
кальций	0,012	0,015	0,01	0,002	0,009
никель	0,55	0,35	0,85	1,2	0,58
железо					остальное

При наплавке проволокой таких составов открытой дугой в среде CO₂ и под флюсом стабильно обеспечивается повышение хладостойкости и сопротивляемости наплавленного металла образованию холодных трещин.

В таблице приведены результаты испытаний предлагаемой проволоки диаметром 3,0 мм составов I-V на стойкость наплавленного под флюсом металла против образования холодных трещин и ударную вязкость при температуре 40°С ниже нуля (хладостойкость). Наплавка под флюсом АН-348А производилась на режиме: I_св=450-480А; U_д=32-34в; скорость наплавки - 30 м/ч. В этой же таблице для сравнения приведены результаты испытания проволок с содержанием легирующих элементов ниже (состав VI) и выше (состав VII) предлагаемых пределов, а также известной проволокой состава, мас.%:

углерод	0,08
марганец	1,88
хром	0,78
молибден	0,54
кремний	0,76
титан	0,12
ванадий	0,11
кальций	0,008
железо	остальное.

Стойкость наплавленного металла против образования холодных трещин оценивалась при изгибе стыковых образцов из стали 20 ГЛ толщиной =20 мм после их сварки. За критерий принималась максимальная скорость изгиба стыкового образца (Uкр. мм/мин), при котором в однослойном шве еще не образуется холодная трещина. Хладостойкость наплавленного металла определялась при испытании ударных образцов сечением 10×10 мм с надрезом по Менаже.

Сварочная проволока	Стойкость наплавленного металла против образования холодных трещин Uкр.(мм/мин)	Ударная вязкость наплавленного металла ан, Дж/см 2 (ср. значения)	Твердость наплавленного металла, НВ
+20°С	-40°С
Заявляемая
состав I	12,6	134,6	102,4	278,1
состав II	11,2	127,8	101,6	289,4
состав III	10,8	116,4	100,4	301,6
состав IV	14,1	142,2	112,4	265,8
состав V	13,6	138,4	111,8	272,3
состав VI	15,4	166,3	122,1	225,6
состав VII	8,4	98,4	42,4	360,4
прототип по патенту РФ № 2310550	6,2	76,4	30,8	332,2

Как видно из таблицы, проволока предлагаемого состава значительно превосходит известную проволоку по стойкости наплавленного металла против образования холодных трещин и хладостойкости. Видно также, что снижение содержания легирующих элементов в проволоке ниже предлагаемых пределов уже приводит к снижению твердости наплавленного металла ниже требований ТУ. В тоже время введение в проволоку легирующих элементов выше предлагаемых пределов, значительно снижает сопротивляемость наплавленного металла образованию холодных трещин. При этом значительно снижается и его хладостойкость.

Преимущества проволоки заявляемого состава обеспечиваются также и при наплавке открытой дугой в CO₂. Так при наплавке предлагаемой проволокой состава IV диаметром 1,6 мм (на режиме I_св=280-320А; U _д=32-34в) сопротивляемость наплавленного металла против образования холодных трещин и его хладостойкость выше в среднем на 20-40%, чем при наплавке известной проволокой вышеуказанного состава и такого же диаметра.

Проволока предлагаемого состава прошла сравнительные лабораторные испытания при наплавке на образцах из углеродистой низколегированной стали. Испытания показали, что предлагаемая проволока имеет значительные преимущества перед известной, особенно при наплавке под флюсом, и не уступает ей по сварочно-технологическим характеристикам при наплавке в среде СО₂.

Применение предлагаемой проволоки в производстве позволит повысить и стабилизировать качество восстановленных деталей, их эксплуатационную надежность и рабочий ресурс, а также получить за счет этого определенный экономический эффект.