Шихта порошковой проволоки для сварки и наплавки деталей из углеродистых сталей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента ШИХТА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Изобретение может быть использовано для сварки и наплавки (восстановления) деталей из высокоуглеродистых сталей, например штампов, валков прокатных станов, железнодорожных колес, рельсов и т.п. Шихта содержит флюсообразующие - флюоритовый концентрат, рутиловый концентрат, сода кальцинированная, силикат кальция; и легирующие компоненты - ферромарганец,ферротитан, феррованадий, хром, молибденовый порошок, причем последние применяют в наноразмерном состоянии в следующих соотношениях, мас.%: 12,0-22,0 флюоритового концентрата; 13,0-23,0 рутилового концентрата; 2,0-7,0 соды кальцинированной; 2,5-4,5 силиката кальция; 0,5-1,0 хрома; 4,0-8,0 ферромарганца; 1,0-3,0 ферротитана; 0,2-0,3 феррованадия; 0,5-1,0 молибденового порошка, железный порошок - остальное. Сварочная порошковая проволока указанного состава обеспечивает высокую твердость наплавленного металла (высокую износостойкость) при хороших прочностных и пластических свойствах, обладает хорошими сварочно-технологическими характеристиками. 015686 Изобретение относится к сварочному производству, конкретно к шихте порошковой проволоки для автоматической и механизированной сварки и наплавки высокоуглеродистых сталей открытой дугой. Сочетание высокой прочности (твердости) и пластичности сталей достигается, в основном, легированием и получением мелкозернистой структуры, а также режимами сварки, режимами нагреваохлаждения металла и пр. Большинство легирующих элементов, содержащихся в шихте порошковой проволоки, являются центрами начала кристаллизации в жидкой сварочной ванне. Чем больше таких центров, тем быстрее идет процесс кристаллизации и тем мельче зерно в наплавленном металле. Известно много разновидностей порошковых проволок, имеющих различное назначение и, соответственно, дающих определенные свойства наплавленного металла. Для улучшения каких-либо свойств,например твердости (износостойкости), в состав шихты вводят большее количество соответствующих легирующих компонентов. Ни в одном из известных описаний патентов (авторских свидетельств) не регламентируется дисперсность вводимых в шихту компонентов. Известна порошковая проволока (шихта) для наплавки сталей, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.%:(Патент РФ 2074078, кл. В 23K 35/368, опубл. 1997). Авторы утверждают, что за счет повышенного содержания в шихте хрома, ферромолибдена и ферротитана повышается твердость наплавленного металла и, соответственно, износостойкость. Известен также состав шихты порошковой проволоки для наплавки стали средней и повышенной твердости, мас.%:(Патент РФ 2225286, кл. В 23K 35/368, опубл. 2004). Увеличенное содержание порошка молибдена, ферротитана и феррохрома в шихте проволоки, по утверждению авторов, повышает износостойкость наплавленного металла. Известен также состав шихты порошковой проволоки для наплавки стали средней и повышенной твердости, мас.%:(Патент РФ 2272700, кл. В 23K 35/368, опубл. 2006). Здесь также за счет увеличения содержания в шихте порошковой проволоки хрома и никеля повышаются механические свойства наплавляемого металла. Таким образом, повышение твердости (износостойкости) и других свойств наплавленного металла,при сварке порошковой проволокой, решается путем увеличения массы (% содержания) легирующих-1 015686 компонентов в шихте. При этом стоимость порошковой проволоки значительно растет. Задачей заявляемого технического решения является повышение физико-механических свойств(твердости, в сочетании с пластичностью) наплавленного металла за счет формирования мелкодисперсной (мелкозернистой) структуры, в процессе кристаллизации сварочной ванны и снижение себестоимости порошковой проволоки за счет уменьшения массы вводимых легирующих компонентов. Решение этой задачи достигается применением легирующих компонентов в наноразмерном состоянии и выбором состава легирующей и шлакообразующей основы шихты порошковой проволоки с оптимальным содержанием компонентов. Применение легирующих компонентов в наноразмерном состоянии (хотя бы одно из трех измерений частицы компонента должно соответствовать порядку 10-9 м) обеспечивает значительно большее количество центров кристаллизации в жидкой сварочной ванне, по сравнению с обычной дисперсностью применяемых компонентов, в результате чего процесс кристаллизации идет быстрее, а рост зерна ограничивается множеством зарождающихся соседних зерен. В результате применения наноразмерных легирующих компонентов потребуется меньшее их содержание в шихте порошковой проволоки, что значительно уменьшает е себестоимость. Был подготовлен состав шихты порошковой проволоки, содержащий легирующие и шлакообразующие компоненты в следующем соотношении, мас.%: При этом размер частиц хрома и молибденового порошка соответствовали 15-25 нм. С приведенным составом шихты изготовлена партия порошковой проволоки диаметром 2,0 мм, использовалась лента из стали 08 КП, коэффициент заполнения 27%, конструкция однослойная. Указанной порошковой проволокой производили наплавку валиков на сталь 65. Металлографическим исследованием наплавленного металла установлено, что структура сварного шва мелкозернистая. Класс зерна 12-14. Твердость наплавленного металла 32-35 HRC. Прочность 620-650 МПа. Полученные результаты показывают, что применение нанодисперсных легирующих компонентов при уменьшении в 2-3 раза их мас.% содержания в шихте порошковой проволоки позволяет получать высокие механические свойства наплавленного металла за счет получения мелкозернистой структуры сварного шва. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Шихта порошковой проволоки для сварки и наплавки углеродистых сталей, включающая флюсообразующие и легирующие компоненты, отличающаяся тем, что легирующие компоненты, по меньшей мере два из входящих в шихту, представляют собой наноразмерные частицы.