ШИХТА ДЛЯ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ
CHARGE FOR FLUX-CORED WIRE

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к производству порошковой проволоки, и может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.
Известно, что для наплавки ответственных изделий, к которым предъявляются высокие требования по твердости и износостойкости, используются сплавы марганца (Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / под ред. Б.Е. Патона. - Москва: Металлургия, 1974. - 768 с.). Для получения ферромарганца используют, в основном, бесфлюсовый способ выплавки (Рысс М.А Производство ферросплавов. - М.: Металлургия, 1985. - 344 с.). При этом восстановление углеродом происходит по реакциям:
Следует отметить, что производство марганца связано с большими материальными затратами, при этом существующая схема производства включает в себя извлечение марганца при плавке ферросплавов с потерями марганца при производстве в шлак и в виде пыли с отходящими газами, а также при помоле и рассеве, кроме того, при последующем использовании при производстве стали происходит окисление легирующих элементов и уменьшение сквозного извлечения марганца. Известны технологии прямого легирования, предполагающие восстановление легирующих элементов непосредственно из оксидного сырья при дуговом разряде (Прямое легирование рельсовой стали ванадийсодержащим шлаком / В.В. Могильный, В.Ф. Царев, Н.А. Козырев и др. // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1997. - №12. - С. 40-42.; Прямое легирование стали марганцем в дуговых электросталеплавильных печах / Н.В. Толстогузов, Л.А. Годик, Н.А. Козырев и др. // Сталь. - 1995. - №1. - С. 24-27.) В связи с чем, возможно введение в шихту порошковой проволоки оксидов марганца и восстановление оксидов марганца при электродуговом разряде по реакциям (1-3).
Известна, выбранная в качестве прототипа (RU №2623981 МПК В23К 35/36, В23К 35/368) шихта порошковой проволоки, содержащая пыль электрофильтров алюминиевого производства, которая дополнительно содержит вольфрамовый концентрат КШ-4 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Вольфрамовый концентрат
19-81
Пыль электрофильтров алюминиевого производства
19-81,
2
3
2
2
2
2
3
общ
при этом пыль электрофильтров алюминиевого производства имеет следующий состав, мас. %: AlO=21-43,27; F=18-27; NaO=8-13; KO=0,4-6%, СаО=0,7-2,1; SiO=0,5-2,48; FeO=2,1-2,3; С=12,5-26,7, MnO=0,03-0,9, MgO=0,04-0,9, S=0,09-0,46, P=0,1-0,18
Недостатками данной шихты порошковой проволоки являются:
- использование в качестве оксидной составляющей руд, а не техногенных отходов металлургического производства;
- высокие затраты связанные с использованием дефицитного и дорогостоящего материала - вольфрамового концентрата в значительных количествах;
- высокая трудоемкость при изготовлении проволоки в связи с необходимостью использования специального оборудования для извлечения и обогащения вольфрамсодержащих руд, а так же измельчения вольфрамового концентрата до малых размеров;
- пониженная твердость и износостойкость наплавляемого металла.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении качественных показателей наплавляемого металла, в частности твердости и износостойкости, а также утилизации отходов металлургического производства.
Для решения существующей технической проблемы предлагается в шихту для порошковой проволоки, содержащую пыль электрофильтров алюминиевого производства, ввести дополнительно пыль газоочистки производства силикомарганца, а компоненты взять в следующем соотношении, мас. %:
Пыль газоочистки производства силикомарганца
47-80
Пыль электрофильтров алюминиевого производства
20-53
Техническими результатами при использовании изобретения являются:
- повышение качественных показателей наплавляемого металла, в частности износостойкости и твердости;
- полезное использование отходов металлургического производства; Введение в состав шихты порошковой проволоки пыли газоочистки производства силикомарганца позволяет:
- проводить восстановление марганца, из оксидов пыли газоочистки производства силикомарганца, углеродом, содержащимся в пыли газоочистки производства алюминия, за счет чего получить наплавленный марганецсодержащий металл повышенной износостойкости;
- утилизировать отходы с получением востребованного материала.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем, исходя из качества, получаемого при наплавке металла, стабильности процесса наплавки, предотвращения образования холодных трещин и получения требуемых эксплуатационных свойств.
Для изготовления шихты порошковой проволоки использовали:
2
3
2
2
2
общ
общ
- в качестве восстанавливаемого материала - пыль газоочистки силикомарганца, мас. %: AlO=1,17-3,52; NaO=0,3-0,93; KO=0,2-5,6; СаО=5,2-7,6; SiO=15,7-45,1; ВаО=0,04-0,21; MgO=5,31-10,73; S=0,08-0,47; Р=0,02-0,05; Fe=0,5-1,8; Mn=5,7-35,6; Zn=0,1-3,2; Pb=0,1-3,8.
2
3
2
2
2
2
3
общ
- в качестве углеродистого восстановителя - пыль электрофильтров алюминиевого производства - углеродфторсодержащие пылевидные отходы с химическим составом масс. %: AlO=21-43,27; F=18-27; NaO=8-13; KO=0,4-6%, СаО=0,7- 2,1; SiO=0,5-2,48; FeO=2,1-2,3; С=12,5-26,7, MnO=0,03-0,9, MgO=0,04-0,9, S=0,09-0,46, Р=0,1-0,18;
Соотношение пыли газоочистки силикомарганца и пыли электрофильтров алюминиевого производства в составе заявляемой шихты производилось с учетом получения высококачественного наплавленного металла (стабильное горение дуги, хорошее формирование, плотный наплавленный металл без трещин, пор и неметаллических включений). Порошковая проволока изготавливалась из стальной холоднокатаной ленты 08кп (оболочка) размером 15×0,8 мм. Шихта перемешивалась в смесителе для получения однородной массы. Порошковая проволока прокаливалась для удаления влаги при температуре 250-350°C. Диаметр готовой проволоки - 3,7 мм. Порошковой проволокой с предложенной шихтой производилась наплавка под флюсом. Наплавку производили под флюсом на пластины из стали марки 60Г с использованием трактора ASAW 1250.
Химический состав наплавленного металла определяли рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре XRF-1800 и атомно-эмиссионным методом на спектрометре ДФС-71. Металлографическое исследование микрошлифов проводилось с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51 в светлом поле при различных увеличениях после травления в спиртовом растворе азотной кислоты, а также в растворе плавиковой кислоты. Замеры твердости проводили ультразвуковым твердомером - УЗИТ-3. Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, после наплавки наличие трещин, пор и неметаллических включений оценивали ультразвуковым и магнитопорошковым методами, а также на металлографических шлифах. Испытания на износ по схеме «ДИСК-КОЛОДКА» проводили на машине 2070 СМТ-1.
Исследовались 6 различных составов шихты (таблица 1) порошковой проволоки, мас. %: 1 - нижний заграничный состав; 2 - нижний граничный состав, 3, 4 - среднее содержание состава заявляемой шихты; 5 - верхний предел заявляемой шихты; 6 - верхний заграничный состав. Взаимосвязь некоторых исследуемых параметров в зависимости от состава шихты приведена в таблице 2.
Использование заявляемого состава шихты порошковой проволоки по сравнению с базовым составом (прототип) позволяет:
7
3
- Повысить качество наплавленного металла за счет снижения его загрязненности неметаллическими включениями, снижения вероятности порообразования и предотвращения образования холодных трещин, улучшить формирование шва при сварке за счет стабилизации горения дуги, при этом повышена твердость наплавленного металла до HRC 52-58 за счет полученных карбидов типа MnC, а износ нетермообработанных образцов уменьшен до 0,004-0,005 г/об.
- Снизить себестоимость порошковой проволоки по сравнению с прототипом в среднем на 1520 руб/т проволоки за счет снижения содержания легирующих компонентов в шихте, а так же использования металлургических отходов (пыли газоочистки производства силикомарганца и пыли электрофильтров алюминиевого производства) в заявляемой шихте.