CC BY
44
Еремин А.Е., Филиппов Ю.О., Покровский Д.Г. Омский государственный технический университет, г. Омск
ВЫБОР СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ НАПЛАВКИ КОРРОЗИОННОСТОЙКОГО МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА
Проблема повышения межремонтного ресурса уп-лотнительных поверхностей запорной арматуры становится особенно актуальной, поскольку выход ее из строя существенно влияет на работоспособность и безопасную эксплуатацию трубопроводов в целом. Контактные поверхности запорной арматуры эксплуатируются в агрессивных средах и в условиях абразивного износа. В связи с этим появляется необходимость восстановления изнашивающихся деталей и узлов арматуры наплавкой изно-со- и коррозионностойкими материалами. Наиболее широко применяемыми устройствами запорной арматуры являются клиновые задвижки. Основными, наиболее изнашиваемыми деталями задвижки являются контактные элементы - клин и корпус. Именно они определяют ресурс работы всего устройства.
Универсальность дуговой наплавки в среде защитных газов позволяет получать большое разнообразие поверхностных износостойких слоев, определяемых составом электродной проволоки. Применение импортных проволок, например, проволоки Castolin Eutectic D0-04, обеспечивает высокое качество получаемого наплавленного металла. Но стоимость этих материалов резко увеличивает затраты на восстановительный ремонт. Поэтому встает вопрос о замене импортных сварочных материалов на отечественные - стандартные, недорогие и серийно выпускающиеся.
В соответствии с условиями работы наплавленный металл уплотнительных поверхностей задвижек должен иметь твердость в пределах 35 45 HRC и обладать достаточной коррозионной стойкостью. Задачей исследований было выбрать серийно выпускающиеся отечественные высоколегированные проволоки. Из выпускающихся по ГОСТ 2246-70 и ТУ 14 1 997 74 проволок вышеназванным условиям, возможно, удовлетворяют три: Св 20Х13, Св 13Х25Т и Св 11Х11Н2В2МФ. Эти проволоки и были выбраны для проведения исследований. Химический состав выбранных проволок приведен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав выбранных серийных сварочных проволок
Марка проволоки Химический состав
С Si Мп Сг № Мо Л Прочие
Св-20Х13 0,16 0,6 0,6 13 0,15
Св-13Х25Т 0,15 0,8 0,8 24 0,2 0,4
Св- 11Х11Н2В2МФ 0,13 0,5 0,65 12 1,5 0,5 W-1,8 V-0,2
Автоматическая наплавка осуществлялась на автомате АДГ-602 с источником питания ВДУ-601. Ток постоянный обратной полярности. В качестве защитной среды использован аргон.
Для проволоки Св-20Х13 диаметром 1,6 мм был подобран следующий режим наплавки: сила тока - 300 А; напряжение - 24 В; скорости сварки и подачи проволоки 25 и 250 м/ч, вылет электрода 12 мм. Расход аргона 1012 л/мин. Наплавка производилась в один слой. Такой
режим обеспечивал стабильность горения дуги и качественное формирование валика высотой 4 5 мм и шириной 9-10 мм. На этом режиме были наплавлены образцы из стали 20 размером 50х200х10 мм. Подобная технология использовалась для наплавки проволоками Св-13Х25Т и Св 11Х11Н2В2МФ.
После наплавки образцы разрезались вулканитом на темплеты, которые затем проходили фрезеровку и шлифовку. На части темплетов, подготовленных таким образом, исследовалось распределение твердости по высоте наплавленного валика. Другая часть темплетов прошла металлографические исследования и химический анализ. Результаты распределения твердости приведены в табл. 2. Химический состав наплавленного металла приведен в табл. 3.
Таблица 2
Распределение твердости (HRC) по высоте валиков, наплавленных выбранными проволоками в аргоне
Марки проволоки Расстояние от линии сплавления, мм
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Св-20Х13 7 7 22 29 38 39 40 40 41 41 42
Св-13Х25Т 6 7 13 19 20 19 18 17 17 18 -
Св-11Х11Н2В2МФ 6 6 30 42 41 43 42 42 43 43 -
Таблица 3
Химический состав (в %) металла шва, наплавленного в аргоне выбранными проволоками
С Мп Сг | 8 | Р | И | № W | Мо V
проволокой Св-20Х13
0,14 0,56 0,38 12,18 | 0,020 | 0,023 | - | - - -
проволокой Св-13Х25Т
0,11 0,51 0,54 21,49 | 0,019 | 0,015 | 0,21 | - - -
проволокой Св-11Х11Н2В2МФ
0,11 0,47 0,28 11,05 | 0,032 | 0,021 | - | 1,34 1,6 1 0,39 0,16
Для наглядного представления распределения твердости по высоте наплавленного валика построены зависимости, приведенные на рис. 1.
Результаты металлографических исследований представлены на рис. 2.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
Рис. 1. Зависимость величины твердости от расстояния до линии сплавления (0) при наплавке различными проволоками
Анализируя полученные данные, можно отметить, что угар легирующих элементов незначителен. Отличие химического состава наплавленного металла от химического состава проволок составляет около 10 %. Твердость
49
практически одинаково распределяется по высоте наплавленного валика, что, по-видимому, связано с неизменностью структуры наплавленного слоя вследствие малого проплавления основного металла. Причем значения твёрдости для проволок Св-20Х13 и Св-11Х11Н2В2МФ стабильны и находятся в пределах 40-43 НРС, что вполне удовлетворяет требованиям ктвер-дости наплавленного металла уплотнительных поверхностей. Твердость металла, наплавленного проволокой Св-13Х25Т, значительно ниже и не соответствует предъявляемым требованиям.
Анциферов В.Н., Оглезнева СЛ. Пермский государственный технический университет, г.Пермь
Б ЮЛ-2 ФЕРРОТИКИ С МЕТАСТАБИЛЬНОЙ МАТРИЦЕЙ
Ферротиками называют порошковые карбидостали с карбидом титана. Основные методы получения ферротиков [1,2]: интенсификация спекания за счёт применения карбонильных порошков, размолотых совместно с необходимыми компонентами; легирование фосфор- и борсодержащи-ми соединениями; использование легкоразмапывающихся оксидов, обеспечивающих при последующем восстановлении на стадии опекания требуемую плотность; механическое легирование поликомпонентной смеси [3]; горячее и изо-статическое прессование [4,5]. Самораспростаняющийся высокотемпературный синтез обычно применяют только для композиций с высоким содержанием Т1С [ 6,7].
Принято считать [2], что наиболее экономически целесообразный метод получения материалов с дисперсной твёрдой фазой - спекание через жидкую фазу за счёт образования эвтектики в системах Ре-Р-С или Ре-Р-В. Преимущества данного направления и его недостатки известны [8-11]. В настоящем исследовании представлено иное решение проблемы, заключающееся в использовании порошков высокой активности и оптимизации гранулометрического состава шихты [12].
Структуру материалов исследовали металлографическим, рентгеноспектральным и рентгеноструктурным методами. Известно о высокой коррозионной стойкости двухфазных порошковых сталей [13], что и явилось основанием введения именно 12% никеля [14], при этом одновременно понизился коррозионный износ (рис.1).
а 3 б
Рис. 2. Микроструктуры наплавленного металла проволоками Св-13Х25Т (1), Св-11Х11Н2В2МФ (2) и Св-20Х13 (3): а - шов; б - переходная зона, 200
Металлографические исследования показывают, что такой металл имеет ферритную структуру с вытянутыми зернами типа "Видманштетовой". Вдоль линии сплавления идет тонкая прослойка, контрастирующая как с наплавленным, так и с основным металлом, структура которой - зернистый перлит. Наличие такой прослойки нежелательно, поскольку она способствует образованию трещин в переходном слое. Металл, наплавленный проволокой Св-11Х11Н2В2МФ, имеет перлитно-мартенсит-ную структуру, а проволокой Св-20Х13 - мартенситную. Прослойка между наплавленным металлом и основным металлом практически отсутствует, что существенно снижает вероятность появления трещин в зоне сплавления.
Наиболее стабильные показатели твердости 40 -42 НРС и структуры имеют место при использовании проволоки Св-20Х13.
Поскольку результаты анализов не показывают существенных изменений в химическом составе и структуре наплавленного металла, то можно остановиться на последней марке проволоки, учитывая также и её наименьшую стоимость. Приведенные результаты позволили рекомендовать данную проволоку в ремонтное производство ЦБПО "Транссибнефть" взамен импортной проволоки СаэЫт Е^есйс ОО 04.
Рис. 1. Коррозионный износ порошковой карбидостали
ПК50Н12+10% ТС (1) и литой стали марки ГО (2)
Микроструктура спечённой карбидостали ПК50Н12+ 10% ТЮ включает 3 основные составляющие: мартенсит, аустенит и карбидная фаза (рис. 2). Соотношение между структурными составляющими концентрации ТЮ 10-20 мае. % увеличение содержания а-фазы за счёт роста количества ТЮ не превышало 5%.
Как видно из этого рисунка, исключение выкрашивания упрочняющей фазы реализовано за счёт увеличения размеров высокохромистых карбидов и придания им специфической формы.
50
ВЕСТНИК КГУ, 2005. №2.
