СВАРОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДСЛОЯ ПОД АНТИКОРРОЗИОННУЮ НАПЛАВКУ НА СТАЛЬ
WELDING MATERIAL FOR SUBLAYER TO BE USED IN ANTIRUST RESURFACING OF STEEL

Изобретение относится к области производства сварочных материалов, используемых при изготовлении нефтеперерабатывающего оборудования, в частности для выполнения низкоуглеродистого барьерного подслоя на внутреннюю поверхность корпусов реакторов гидрокрекинга из Cr-Mo-V стали перед выполнением антикоррозионной наплавки.
Штатная антикоррозионная наплавка с использованием Cr-Ni материалов (1 слой - сварочная лента марки Св-01Х25Н13, 2 слой - сварочная лента марки Св-04Х20Н10Г2Б) имеет склонность к отслаиванию с увеличением параметров эксплуатации - температуры и давления водорода, а также с увеличением скорости охлаждения при аварийном расхолаживании. Отслаивание наплавки в процессе эксплуатации ведет к повышению содержания водорода в металле корпуса реактора и водородному охрупчиванию. В процессе термической обработки при изготовлении корпуса реактора на внутренней поверхности между наплавкой и основным металлом образуется так называемая «карбидная гряда», что вызвано диффузией углерода из основного перлитного металла в аустенитный металл наплавки. Содержание углерода на границе сплавления может доходить до (1-2)%. Это говорит о том, что если избежать чрезмерной концентрации углерода в «карбидной гряде» за счет введения низкоуглеродистого подслоя, то можно избежать отслаивания.
Сварочный материал для подслоя должен обладать требуемыми прочностными и пластическими характеристиками и по составу быть близким основному металлу с низким содержанием углерода.
Известен состав зарубежной сварочной проволоки марки OK Autrod 13.22 [Каталог ESAB], содержащей (мас.%):
Углерод
0,08
Кремний
0,6
Марганец
1,0
Хром
2,26
Молибден
1,1
Применение указанной проволоки в качестве подслоя не обеспечит исключение отслаивания наплавленного металла вследствие высокого содержания углерода.
Известна отечественная сварочная проволока [а.с. №859087], содержащая (мас.%):
Углерод
0,05-0,12
Кремний
0,20-0,40
Марганец
0,4-1,2
Хром
0,8-1,8
Молибден
0,4-0,8
Ванадий
0,05-0,35
Титан
0,05-0,15
Сера
Не более 0,012
Фосфор
Не более 0,010
Мышьяк
0,001-0,01
Сурьма
0,001-0,005
Олово
0,001-0,005
Кобальт
0,001-0,05
Железо
Остальное
Применение указанной проволоки в качестве подслоя также не обеспечит исключение отслаивания наплавленного металла вследствие высокого содержания углерода. Данный состав имеет заниженное содержание хрома по сравнению с основным металлом, что может неблагоприятно сказаться на свойствах наплавленного металла подслоя.
Ближайшей по составу и назначению к заявляемой является проволока марки Св-04Х2МА [ГОСТ 2246-70], принятая за прототип, содержащая (мас.%):
Углерод
Не более 0,06
Кремний
0,12-0,35
Марганец
0,40-0,70
Хром
1,80-2,20
Никель
Не более 0,25
Молибден
0,50-0,70
Сера
0,020
Фосфор
0,025
Мышьяк
Не более 0,08
Железо
Остальное
Недостатком прототипа является высокое содержание углерода, что приводит к отслаиванию антикоррозионной наплавки при повышенных параметрах эксплуатации и снижению стойкости металла наплавки к отпускной хрупкости.
Техническим результатом изобретения является создание сварочного материала для низкоуглеродистого подслоя под антикоррозионную наплавку, позволяющего снизить диффузию углерода в процессе термической обработки между металлом корпуса реактора и антикоррозионной наплавкой и тем самым исключить отслаивание наплавленного металла при сохранении высокого уровня прочностных и пластических свойств, а также повысить стойкость металла наплавки против отпускной хрупкости.
Технический результат достигается тем, что сварочный материал для подслоя под антикоррозионную наплавку на сталь, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, мышьяк и железо, дополнительно содержит титан, сурьму, олово при ограниченном содержании углерода, серы и фосфора при следующем соотношении компонентов:
Углерод
0,01-0,02
Кремний
0,12-0,35
Марганец
0,40-0,70
Хром
2,25-2,70
Молибден
0,85-1,1
Титан
0,04-0,10
Сера
0,006-0,01
Фосфор
0,006-0,01
Мышьяк
0,001-0,01
Сурьма
0,001-0,005
Олово
0,001-0,005
Железо
Остальное
при этом
соотношение (Cr+Mo+Ti)/C не должно превышать 365;
суммарное содержание As, Sb, Sn не должно превышать 0,016.
Снижение содержания углерода в сварочном материале до 0,02% позволяет снизить уровень содержания углерода в зоне перемешивания с основным металлом до 0,05-0,06%, а по остальным легирующим элементам - на уровне основного металла, тем самым повысить сопротивляемость отслаиванию антикоррозионной наплавки, наносимой на подслой.
Введение в состав сварочной проволоки титана до 0,1% способствует повышению сопротивления хрупкому разрушению за счет измельчения зерна в структуре.
Соотношение (Cr+Mo+Ti)/C≤365 определяет роль легирующих элементов в изменении состояния растворенного углерода и участие их в карбидообразовании, определяет воздействие на процессы превращений, связанные с диффузионной подвижностью углерода, обеспечивает минимальное развитие диффузионной неоднородности при термической обработке корпусов реакторов в процессе изготовления и длительных рабочих нагревах при эксплуатации, выравнивание содержание углерода в зоне сплавления разнородных сталей, что способствует повышению стойкости против отслаивания металла антикоррозионной наплавки.
Суммарное ограничение содержания цветных примесей - мышьяка, сурьмы и олова до 0,018% позволяет повысить стойкость металла наплавки против отпускной хрупкости в процессе изготовления и эксплуатации реакторов.
На металлургическом заводе «Электросталь» освоена выплавка стали в вакуумно-индукционных печах, а также разработана промышленная технология изготовления заготовки квадрат 125 мм.
На заводе «Серп и Молот» освоено изготовление сварочной проволоки различного сортамента.
Наплавку проб выполняли на сталь марки 15Х2МФА-А в производственных условиях ОАО «Ижорские заводы».
Для выполнения низкоуглеродистого барьерного подслоя автоматическим способом использовали сварочный флюс марки КФ-16М.
Для первого слоя наплавки использовали ленту марки Св-07Х25Н13, для второго слоя - ленту марки Св-04Х20Н10Г2Б, флюс ОФ-10.
Химический состав предлагаемого и известного сварочного материала приведен в таблице 1, механические свойства наплавленного металла барьерного подслоя в таблице 2, результаты сравнительных испытаний образцов с наплавкой в среде водорода высоких параметров - в таблице 3.
Исследование склонности металла наплавки производили по методике «Определение склонности к отслаиванию антикоррозионной наплавки после выдержки образцов в среде водорода высоких параметров».
Для исследования использовали специальные образцы диаметром 94 мм, высотой 55 мм, с наплавкой высотой 8 мм.
Перед проведением испытания в автоклаве с водородом образцы подвергали контролю качества ультразвуковым методом на предмет обнаружения трещин.
После выдержки образцов в среде водорода требуемого давления при заданной температуре печь отключали и охлаждали автоклав с образцами с различной скоростью.
Установлено, что повышение температуры испытания до 475°С приводит к частичному отслаиванию антикоррозионной наплавки образцов без подслоя и на образцах с подслоем, выполненным сварочной проволокой Св-04Х2МА, принятой за прототип. Испытание при 500°С приводит к 100% отслаиванию антикоррозионной наплавки образцов без подслоя и к частичному отслаиванию на образцах с подслоем, выполненным сварочной проволокой Св-04Х2МА.
Применение низкоуглеродистого барьерного подслоя, выполненного заявляемой сварочной проволокой, позволяет обеспечить стойкость против отслаивания металла антикоррозионной наплавки при повышении параметров испытания до 500°С и тем самым при более высоком содержании водорода в металле наплавки при эксплуатации нефтеперерабатывающего оборудования.
Ожидаемый технико-экономический эффект, обусловленный повышением параметров эксплуатации нефтеперерабатывающего оборудования, выразится соответственно увеличением выхода светлых фракций бензина и нефтепродуктов.
Таблица 2
Механические свойства наплавленного металла барьерного подслоя предлагаемого и известного сварочного материала
Сварочный материал
Условный номер партии
σ<sub>в</sub>
σ<sub>0,2</sub>
δ
ψ
МПа
%
Предлагаемый
1
531
409
27,0
77,0
2
548
434
27,6
73,5
3
570
417
24,3
75,8
Известный
4
565
410
26,0
70,5
Примечание 1. Образцы испытывали после высокого отпуска.
2. Испытание на растяжение проводилось при +20°С.
3. Значения механических свойств приведены по результатам испытаний не менее трех образцов на точку.