Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей
Исследованы особенности структуры наплавленного металла типа инструментальных сталей 30Х4В2М2ФС, 30Х2М2НСГФ и 35В9Х3ГСФ, легированных фосфором в пределах 0…1,5 мас. %. Определено, что в высоколегированном наплавленном металле образуются сложные фосфиды глобулярной формы, содержащие ванадий, молибден...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Series: | Автоматическая сварка |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100692 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей / И.И. Рябцев, И.А. Кондратьев, В.А. Костин, Д.П. Новикова, И.Л. Богайчук, А.А. Бабинец // Автоматическая сварка. — 2009. — № 4 (672). — С. 12-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100692 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1006922025-02-09T20:48:46Z Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей Structure of phosphorus-containing deposited metal of the tool steel type Рябцев, И.И. Кондратьев, И.А. Костин, В.А. Новикова, Д.П. Богайчук, И.Л. Бабинец, А.А. Научно-технический раздел Исследованы особенности структуры наплавленного металла типа инструментальных сталей 30Х4В2М2ФС, 30Х2М2НСГФ и 35В9Х3ГСФ, легированных фосфором в пределах 0…1,5 мас. %. Определено, что в высоколегированном наплавленном металле образуются сложные фосфиды глобулярной формы, содержащие ванадий, молибден, хром, марганец, вольфрам, т. е. металлы, фосфиды которых термодинамически наиболее устойчивы. Доказано, что наличие таких фосфидов не ухудшает трещиностойкость наплавленного металла исследованных типов. Peculiarities of structure of the deposited metal of the type of tool steels 30Kh4V2M2FS, 30Kh2M2NSGF and 35V9Kh3GSF, alloyed with 0-1.5 wt.% P, were investigated. Complex phosphides of the globular shape, containing vanadium, molybdenum, chromium, manganese and tungsten, i.e. metals the phosphides of which exhibit the highest thermodynamic stability, were found to form in the high-alloy deposited metal. The presence of such phosphides does not deteriorate crack resistance of the investigated types of the deposited metal. 2009 Article Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей / И.И. Рябцев, И.А. Кондратьев, В.А. Костин, Д.П. Новикова, И.Л. Богайчук, А.А. Бабинец // Автоматическая сварка. — 2009. — № 4 (672). — С. 12-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100692 621.791.92 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Рябцев, И.И. Кондратьев, И.А. Костин, В.А. Новикова, Д.П. Богайчук, И.Л. Бабинец, А.А. Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей Автоматическая сварка |
| description |
Исследованы особенности структуры наплавленного металла типа инструментальных сталей 30Х4В2М2ФС, 30Х2М2НСГФ и 35В9Х3ГСФ, легированных фосфором в пределах 0…1,5 мас. %. Определено, что в высоколегированном наплавленном металле образуются сложные фосфиды глобулярной формы, содержащие ванадий, молибден, хром, марганец, вольфрам, т. е. металлы, фосфиды которых термодинамически наиболее устойчивы. Доказано, что наличие таких фосфидов не ухудшает трещиностойкость наплавленного металла исследованных типов. |
| format |
Article |
| author |
Рябцев, И.И. Кондратьев, И.А. Костин, В.А. Новикова, Д.П. Богайчук, И.Л. Бабинец, А.А. |
| author_facet |
Рябцев, И.И. Кондратьев, И.А. Костин, В.А. Новикова, Д.П. Богайчук, И.Л. Бабинец, А.А. |
| author_sort |
Рябцев, И.И. |
| title |
Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей |
| title_short |
Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей |
| title_full |
Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей |
| title_fullStr |
Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей |
| title_full_unstemmed |
Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей |
| title_sort |
структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100692 |
| citation_txt |
Структура фосфорсодержащего наплавленного металла типа инструментальных сталей / И.И. Рябцев, И.А. Кондратьев, В.А. Костин, Д.П. Новикова, И.Л. Богайчук, А.А. Бабинец // Автоматическая сварка. — 2009. — № 4 (672). — С. 12-19. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT râbcevii strukturafosforsoderžaŝegonaplavlennogometallatipainstrumentalʹnyhstalei AT kondratʹevia strukturafosforsoderžaŝegonaplavlennogometallatipainstrumentalʹnyhstalei AT kostinva strukturafosforsoderžaŝegonaplavlennogometallatipainstrumentalʹnyhstalei AT novikovadp strukturafosforsoderžaŝegonaplavlennogometallatipainstrumentalʹnyhstalei AT bogaičukil strukturafosforsoderžaŝegonaplavlennogometallatipainstrumentalʹnyhstalei AT babinecaa strukturafosforsoderžaŝegonaplavlennogometallatipainstrumentalʹnyhstalei AT râbcevii structureofphosphoruscontainingdepositedmetalofthetoolsteeltype AT kondratʹevia structureofphosphoruscontainingdepositedmetalofthetoolsteeltype AT kostinva structureofphosphoruscontainingdepositedmetalofthetoolsteeltype AT novikovadp structureofphosphoruscontainingdepositedmetalofthetoolsteeltype AT bogaičukil structureofphosphoruscontainingdepositedmetalofthetoolsteeltype AT babinecaa structureofphosphoruscontainingdepositedmetalofthetoolsteeltype |
| first_indexed |
2025-11-30T15:59:37Z |
| last_indexed |
2025-11-30T15:59:37Z |
| _version_ |
1850231623712243712 |
| fulltext |
УДК 621.791.92
СТРУКТУРА ФОСФОРСОДЕРЖАЩЕГО НАПЛАВЛЕННОГО
МЕТАЛЛА ТИПА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
И. И. РЯБЦЕВ, И. А. КОНДРАТЬЕВ, В. А. КОСТИН, Д. П. НОВИКОВА, кандидаты техн. наук,
И. Л. БОГАЙЧУК, А. А. БАБИНЕЦ, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Исследованы особенности структуры наплавленного металла типа инструментальных сталей 30Х4В2М2ФС,
30Х2М2НСГФ и 35В9Х3ГСФ, легированных фосфором в пределах 0…1,5 мас. %. Определено, что в высоко-
легированном наплавленном металле образуются сложные фосфиды глобулярной формы, содержащие ванадий,
молибден, хром, марганец, вольфрам, т. е. металлы, фосфиды которых термодинамически наиболее устойчивы.
Доказано, что наличие таких фосфидов не ухудшает трещиностойкость наплавленного металла исследованных
типов.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка, высоколегиро-
ванный наплавленный металл, легирование фосфором, мик-
роструктура, микрорентгеноспектральный анализ, фос-
фиды, фосфидные эвтектики, трещиностойкость
В работах [1, 2] показана перспективность ис-
пользования фосфора в качестве легирующего
элемента в низколегированных наплавочных ма-
териалах, которые применяются для восстанов-
ления и упрочнения деталей, работающих в ус-
ловиях трения металла по металлу при комнатной
температуре. Наличие фосфора в этих материалах
увеличивает их износостойкость и снижает коэф-
фициент трения скольжения. Использованию фос-
фора в качестве легирующего элемента в напла-
вочных материалах препятствует недостаточная
изученность вопроса о влиянии фосфора на их
структуру и свойства, а также устоявшееся мнение
о его отрицательном воздействии на трещинос-
тойкость сварных швов, хотя речь идет о мате-
риалах с содержанием фосфора не выше 0,05
мас. % [3, 4]. Однако, как установлено в работе
[5], в низколегированном наплавленном металле
может растворяться до 1 мас. % фосфора, а сво-
бодные фосфиды в виде пограничных фосфидных
эвтектик, которые и являются основной причиной
образования трещин, в структуре наплавленного
металла практически отсутствуют. При этом до-
пустимо наличие в его структуре небольшого ко-
личества тугоплавких фосфидов глобулярной
формы.
В настоящей работе представлены результаты
исследований влияния фосфора на структуру ме-
талла, наплавленного высоколегированными по-
рошковыми проволоками ПП-Нп-30Х4В2М2ФС,
ПП-Нп-30Х2М2НСГФ и ПП-Нп-35В9Х3ГСФ, ко-
торые применяют для восстановления и упроч-
нения инструментов для горячего и холодного де-
формирования металлов и сплавов [6]. Исследо-
вано также распределение фосфора между струк-
турными составляющими высоколегированного
наплавленного металла. Целью настоящей работы
является определение пределов легирования нап-
лавленного металла выбранных систем легирова-
ния фосфором, при которых в структуре наплав-
ленного металла отсутствуют легкоплавкие пог-
раничные фосфидные эвтектики, а в самом нап-
лавленном металле трещины не образуются.
Для проведения исследований изготовлено 12
порошковых проволок диаметром 2 мм (по
четыре проволоки каждой марки). Содержание
фосфора в наплавленном металле каждого типа
изменяли в пределах 0…1,5 мас. %. Опытными
проволоками под флюсом АН-26 были наплав-
лены образцы для замера твердости и химичес-
кого состава наплавленного металла (табл. 1), а
также для проведения исследований микрострук-
туры и микрорентгеноспектрального анализа. Ре-
жим наплавки был следующим: I = 250…270 А;
Uд = 24…26 В; vн = 28 м/ч. Приведенные в табл. 1
данные показывают, что в отличие от низкоуг-
леродистого низколегированного наплавленного
металла [2] фосфор практически не влияет на
твердость углеродистого высоколегированного
наплавленного металла, основное воздействие на
нее оказывает углерод.
Исследована микроструктура образцов наплав-
ленного металла 12 составов. Известно, что струк-
тура высоколегированного наплавленного метал-
ла во многом зависит от термического цикла нап-
лавки, поэтому при анализе структурного состо-
яния наплавленного металла 30Х4В2М2ФС,
30Х2М2НСГФ и 35В9Х3ГСФ использовали тер-
мокинетические диаграммы распада аустенита в
этих материалах [7–9].
Как установлено в работе [7], в наплавленном
металле 30Х4В2М2ФС в широком диапазоне зна-
чений скорости охлаждения имеют место бейнит-
ное и мартенситное превращения, которые при
© И. И. Рябцев, И. А. Кондратьев, В. А. Костин, Д. П. Новикова, И. Л. Богайчук, А. А. Бабинец, 2009
12 4/2009
термических циклах наплавки до конца не про-
исходят, вследствие чего в структуре наплавлен-
ного металла сохраняется остаточный аустенит.
В соответствии с этим микроструктура нап-
лавленного металла 30Х4В2М2ФС без фосфора
(рис. 1, а, образец № 1, табл. 1) представляет
собой мартенситно-бейнитную смесь (микротвер-
дость HV 0,5 3860 МПа) и остаточный аустенит
(HV 0,5 2320 МПа).
При легировании наплавленного металла
30Х4В2М2ФС с 0,45 мас. % P (образец № 2, табл. 1),
микротвердость мартенсита возрастает до HV 0,5
4120 МПа, а остаточного аустенита — до HV 0,5
257 МПа. Некоторое увеличение
микротвердости, по-видимому,
связано с растворением фосфора в
структурных составляющих нап-
лавленного металла (рис. 1, б).
В наплавленном металле
30Х4В2М2ФС, содержащем 0,93
мас. % P (образец № 3, табл. 1), мик-
ротвердость остаточного аустенита
повышается до HV 0,5 3860 МПа, а
мартенситных участков — до HV 0,5
4730…5090 МПа. В структуре нап-
лавленного слоя образца № 3 появ-
ляются темно-травящиеся включе-
ния различных размеров (рис. 1, в).
При увеличении содержания
фосфора до 1,52 мас. % (образец №
4, табл. 1) наплавленный металл
30Х4В2М2ФС имеет ячеистую
структуру (микротвердость HV 0,5
3030 МПа), по границам ячеек
формируются оторочки (микрот-
вердость HV 0,5 4120 МПа), в ко-
торых располагаются фосфидные
включения (рис. 1, г).
Анализ термокинетической диаграммы распа-
да аустенита наплавленного металла
30Х2М2НСГФ [8] показывает, что в диапазоне
значений скорости охлаждения, соответствующих
термическому циклу наплавки, сначала происхо-
дит бейнитное, а затем мартенситное превраще-
ние. Для наплавленного металла 30Х2М2НСГФ
характерна высокая (390 °С) температура начала
мартенситного превращения. Вследствие значи-
тельной скорости охлаждения при наплавке мар-
тенситное превращение до конца не происходит
и в структуре наплавленного металла сохраняется
остаточный аустенит. В соответствии с этим мик-
Т а б л и ц а 1. Химический состав (мас. %) и твердость HRC металла, наплавленного опытными порошковыми
проволоками
Тип наплавленного
металла № образца C Mn Si P Cr Mo W Ni V HRC
30Х4В2М2ФС 1 0,30 0,98 0,83 — 4,31 2,14 2,32 — 0,37 53...56
2 0,29 1,18 1,12 0,45 3,94 2,35 1,95 — 0,45 53...56
3 0,33 1,05 0,97 0,93 4,17 2,43 2,14 — 0,29 55...57
4 0,28 0,93 1,02 1,52 4,35 2,15 1,89 — 0,42 53...55
30Х2М2НСГФ 5 0,24 0,97 0,81 — 2,29 1,92 — 1,20 0,43 51...52
6 0,28 0,89 0,62 0,57 1,98 2,11 — 0,96 0,37 53...55
7 0,27 0,92 0,76 0,89 2,13 2,01 — 1,03 0,52 49...51
8 0,31 0,78 0,83 1,42 2,32 1,99 — 0,93 0,47 57...59
35В9Х3ГСФ 9 0,33 1,08 0,63 — 2,56 — 9,17 — 0,36 53...54
10 0,35 0,96 0,75 0,47 2,31 — 8,93 — 0,52 53...55
11 0,30 0,98 0,73 1,02 2,85 — 8,97 — 0,47 51...53
12 0,27 1,02 0,81 1,39 2,43 — 9,21 — 0,42 46...50
Рис. 1. Микроструктура ( 200) образцов наплавленного металла 30Х4В2М2ФС
без фосфора (а) и с 0,45 (б), 0, 93 (в), 1,52 мас. % (г) P (здесь, а также на рис. 2
и 3 — травление электролитическое в хромовой кислоте)
4/2009 13
роструктура наплавленного металла
30Х2М2НСГФ без фосфора (рис. 2, а, образец
№ 5, табл. 1) представляет собой мартенситно-
бейнитную смесь (микротвердость HV 0,5
3030 МПа), попадающую различными кристал-
лографическими осями на поверхность шлифа
(светлые и темные иглы имеют одинаковую твер-
дость). В структуре этого металла присутствует
также остаточный аустенит (микротвер-
дость HV 0,5 2290 МПа).
При содержании в наплавленном ме-
талле 30Х2М2НСГФ 0,57 мас. % P (об-
разец № 6, табл. 1) мартенситно-бей-
нитная структура в нем укрупняется,
ее микротвердость возрастает до HV 0,5
3860…4410 МПа. Объемная доля аус-
тенита остается примерно на том же
уровне. В структуре наплавленного ме-
талла встречаются также светлые ком-
пактные включения развитой формы,
которые предварительно идентифици-
ровали как δ-феррит (рис. 2, б).
Структура наплавленного металла
30Х2М2НСГФ с 0,89 мас. % P (образец
№ 7, табл. 1) включает мартенсит, бей-
нит и остаточный аустенит (рис. 2, в).
Микротвердость мартенситно-бейнит-
ной составляющей — HV 0,5 4120 МПа,
остаточного аустенита — HV 0,5
3210 МПа.
При дальнейшем увеличении содер-
жания фосфора до 1,42 мас. % (образец
№ 8, табл. 1) микротвердость остаточ-
ного аустенита возрастает до HV 0,5
3620 МПа. Мартенситно-бейнитная сос-
тавляющая имеет микротвердость HV 0,5
5490 МПа. В структуре наплавленного
металла формируются цепочки фосфи-
дов и возникают микротрещины, кото-
рые передаются от фосфида к фосфиду
(рис. 2, г).
Как следует из термокинетической
диаграммы распада аустенита, структу-
ра наплавленного металла 35В9Х3ГСФ
при скорости охлаждения, соответству-
ющей термическому циклу наплавки,
должна состоять из игольчатого троос-
тита, мартенсита, остаточного аустени-
та и карбидов [9]. При медленном ох-
лаждении, характерном для изотерми-
ческого отжига, в структуре наплавлен-
ного металла 35В9Х3ГСФ возможно по-
явление феррита. Для этого типа нап-
лавленного металла характерна также
высокая (410 °С) температура начала
мартенситного превращения.
Структура наплавленного металла
35В9Х3ГСФ без фосфора (образец № 9,
табл. 1) представляет собой мартенситно-троос-
титную смесь, имеющую микротвердость HV 0,5
4730 МПа, ориентация игл в основном под углом
60° (рис. 3, а). Формируются участки остаточного
аустенита (HV 0,5 3620 МПа) и включения кар-
бидов.
Структура наплавленного металла
35В9Х3ГСФ, содержащая 0,47 мас. % P (образец
Рис. 2. Микроструктура ( 200) образцов наплавленного металла
30Х2М2НСГФ без фосфора (а) и с 0,57 (б), 0, 89 (в), 1,42 мас. % (г) P
Рис. 3. Микроструктура ( 200) образцов наплавленного металла
35В9Х3ГСФ без фосфора (а) и с 0,47 (б), 1,02 (в), 1,39 мас. % (г) P
14 4/2009
№ 10, табл. 1), аналогична структуре образца № 9
(рис. 3, б). Микротвердость мартенситно-троос-
титной матрицы составляет HV 0,5 4730 МПа, ос-
таточного аустенита — HV 0,5 3860 МПа.
При увеличении содержания фосфора до
1,02 мас. % в наплавленном металле 35В9Х3ГСФ
(образец № 11, табл. 1) сохраняется структура,
состоящая из мартенсита, игольчатого троостита
и остаточного аустенита. Микротвердость мартен-
сита и аустенита сохраняется на одном и том же
уровне. В отдельных участках структуры наплав-
ленного металла выявлены округлые включения,
возможно, фосфиды (рис. 3, в).
Наплавленный металл 35В9Х3ГСФ с содер-
жанием фосфора 1,39 мас. % имеет ячеистую
структуру (рис. 3, г, образец № 12, табл. 1), в
которой есть включения карбидов, а возможно,
и фосфидов. Зафиксировано также появление мик-
ротрещин.
С помощью микрорентгеноспектрального ана-
лиза исследовано распределение основных леги-
рующих элементов, и в первую очередь фосфора,
в структуре наплавленного металла всех образцов
(рис. 4–6, табл. 2–5). Интегральный анализ ох-
ватывал участок в несколько десятков микромет-
ров, что позволило определить состав матрицы
наплавленного металла и ее структурных состав-
ляющих; точечный анализ был выполнен на учас-
тке диаметром 1 мкм в основном для определения
наличия различных включений.
Результаты микрорентгеноспектральных ис-
следований показали, что наплавленный металл
всех систем легирования по некоторым элементам
имеет достаточно высокую химическую микро-
неоднородность. Так, в наплавленном металле
30Х4В2М2ФС без фосфора выявлена неоднород-
ность по кремнию и вольфраму (рис. 4, а, б; № 1–
4, табл. 2); в 30Х2М2НСГФ — по кремнию и
никелю (рис. 5, а; № 1–3, табл. 3); в 35В9Х3ГСФ
— по вольфраму и ванадию (рис. 6, а; № 1, 2,
табл. 4).
Легирование наплавленного металла фосфором
(0,5 мас. %) несколько снижает химическую мик-
ронеоднородность по этим элементам. В таком слу-
чае в наплавленном металле 30Х4В2М2ФС наблю-
дается неоднородность только по вольфраму (рис. 4,
в, г; № 5–9, табл. 2); в 30Х2М2НСГФ — только
по никелю (рис. 5, б; № 4–6, табл. 3); в 35В9Х3ГСФ
— только по кремнию (рис. 6, б, в; № 4–7, табл. 4).
Во всех трех типах наплавленного металла фос-
фор находится в твердом растворе практически
во всех структурных составляющих, появления
свободных фосфидов не зафиксировано. Однов-
ременно имеет место значительная неоднород-
Рис. 4. Электронная микроструктура образцов наплавленного
металла 30Х4В2М2ФС без фосфора (а, б), а также с 0,45 (в,
г), 0,93 (д, е), 1,52 мас. % (ж) P (здесь и на рис. 5, 6 цифрами
обозначены места проведения микрорентгеноспектрального
анализа, см. табл. 2)
4/2009 15
Т а б л и ц а 2. Результаты микрорентгеноспектрального анализа металла, наплавленного порошковой проволокой
ПП-Нп-30Х4В2М2ФС
Содер-
жание Р,
мас. %
Место
анализа
№ исследуе-
мого участка
по рис. 4
Содержание элементов, мас. %
Fe Mn Si P Cr Mo W V
Без
фосфора
Матрица 1 90,38 1,33 1,23 0 4,31 1,33 0,68 0,23
» 2 89,74 1,28 0,70 0 3,37 1,77 2,41 0,37
Включение 3 70,92 11,84 2,00 0,30 3,37 8,19 3,18 0,16
» 4 81,52 5,52 2,53 0,29 3,66 3,24 3,03 0,20
0,45
Матрица 5 87,83 1,95 0,50 0,42 3,49 2,51 2,92 0,37
» 6 88,27 1,58 0,81 0,66 3,86 2,24 1,71 0,31
» 7 91,48 1,32 1,12 0 3,59 1,44 0,86 0,20
Включение 8 60,41 18,54 4,43 0,47 3,37 9,10 3,01 0,63
» 9 79,52 7,20 4,55 0,37 3,46 2,06 2,55 0,31
0,93
Матрица 10 90,60 1,41 0,83 0,69 2,29 2,43 0,46 0,31
» 11 92,93 1,02 0,89 0,32 2,68 1,00 0 0,18
12 88,20 1,26 0,39 1,31 2,16 3,73 0,80 0,72
Включение 13 35,16 39,24 7,71 0,88 1,06 5,77 9,04 0,78
» 14 68,63 2,39 0,25 8,14 5,15 11,56 1,46 1,67
1,52
Матрица 15 85,53 1,13 0,01 1,64 3,71 2,51 4,87 0,34
» 16 89,06 1,14 0,79 0,81 4,37 1,47 1,69 0,68
» 17 87,15 1,66 0,37 0,95 4,02 1,97 3,74 0,17
Пленка фосфидная 18 67,81 2,63 0,53 6,63 8,22 7,94 4,82 1,42
Т а б л и ц а 3. Результаты микрорентгеноспектрального анализа металла, наплавленного порошковой проволокой
ПП-Нп-30Х2М2НСГФ
Содер-
жание Р,
мас. %
Место
анализа
№ иссле-
дуемого
участка
по рис. 5
Содержание элементов, мас. %
Fe Mn Si P Cr Mo Ni V
Без
фосфора
Матрица 1 91,95 1,25 0,66 0 2,21 2,43 1,21 0,29
» 2 90,64 1,27 0,13 0 2,28 2,80 1,33 0,47
» 3 90,21 0,98 0,12 0,18 2,21 3,43 0,40 0,34
0,57
» 4 91,24 1,12 0,75 0,61 2,47 1,99 1,27 0,17
» 5 91,68 1,36 0,45 0,12 1,84 2,32 1,18 0,17
» 6 93,81 0,94 0,49 0,04 2,25 1,49 0,60 0,24
0,89
» 7 87,88 1,67 0,92 0,76 4,30 2,20 0 0,31
» 8 86,87 1,99 1,18 0,87 3,65 1,32 0,30 0,27
» 9 86,97 1,24 0,75 0,69 4,40 2,11 0,40 0,23
Включение 10 83,82 1,62 1,44 2,57 5,22 3,10 0 0,76
» 11 69,14 11,43 6,57 0,94 3,82 4,27 0 0,36
1,42
Матрица 12 90,21 2,08 0,56 0,95 2,19 2,22 1,15 0
» 13 91,70 1,04 0,77 0,89 2,33 2,33 0,75 0,20
» 14 88,77 1,54 0,39 1,24 1,82 2,41 1,50 0,35
Включение 15 69,21 3,19 0,39 8,95 5,07 9,63 1,64 1,39
» 16 72,19 2,60 0,59 8,17 4,86 8,71 1,67 1,21
» 17 71,29 2,76 0,60 8,72 4,69 9,42 1,13 1,23
16 4/2009
ность по фосфору: в наплавленном металле
30Х4В2М2ФС содержание фосфора колеблется в
пределах 0,37…0,66 мас. %; в 30Х2М2НСГФ оно
составляет 0,12…0,61 мас. %; в 35В9Х3ГСФ —
0,23…0,45 мас. %. Это объясняется, по-видимо-
му, различной степенью растворимости фосфора
в α- и γ-железе [10].
При увеличении содержания фосфора до 1,00
мас. % в наплавленном металле 30Х4В2М2ФС
наблюдается неоднородность по вольфраму и мо-
Т а б л и ц а 4. Результаты микрорентгеноспектрального анализа металла, наплавленного порошковой проволокой
ПП-Нп-35В9Х3ГСФ
Содер-
жание Р,
мас. %
Место
анализа
№ исследуе-
мого участка
по рис. 6
Содержание элементов, мас. %
Fe Mn Si P Cr W V
Без
фосфора
Матрица 1 88,87 1,38 0,30 0 2,45 6,20 0
» 2 90,84 1,25 0,18 0 1,74 5,39 0,60
0,47
» 3 88,44 1,35 0 0,23 1,72 7,38 0,38
» 4 90,36 1,36 0 0 1,49 5,93 0,53
» 5 88,16 1,75 0,33 0,45 2,09 5,71 0,37
Включение 6 88,82 1,33 0,25 0,33 2,31 6,45 0,51
» 7 88,10 2,39 0,32 0,27 1,76 6,16 0,25
1,02
Матрица 8 89,51 1,63 1,22 0,70 1,96 3,67 0,45
» 9 87,84 1,82 0,54 0,80 2,11 5,37 0,46
» 10 87,40 1,42 0,44 0,70 1,96 3,67 0,45
Включение 11 72,53 11,22 3,09 0,73 1,31 7,35 1,50
» 12 79,23 3,22 0,13 6,07 4,72 5,49 0,75
1,39
Матрица 13 85,10 1,12 0 1,56 2,07 9,17 0,37
» 14 90,05 1,35 0,40 0,48 2,06 5,42 0,21
» 15 87,78 0,64 0 0,89 2,04 8,26 0,36
Включение 16 70,98 2,39 0 7,59 5,86 11,53 1,41
» 17 73,75 4,52 0,23 9,73 6,28 3,63 1,57
Пленка фосфидная 18 72,28 3,68 0,61 12,24 7,70 2,06 1,34
Рис. 5. Микроструктура образцов наплавленного металла 30Х2М2НСГФ без фосфора (а) и с 0,57 (б), 0,89 (в, г), 1,42 мас. %
(д, е) P (см. табл. 3)
4/2009 17
либдену (рис. 4, д, е; № 10–14, табл. 2); в
30Х2М2НСГФ — по никелю (рис. 5, в, г; № 7–11,
табл. 3); в 35В9Х3ГСФ — по кремнию и воль-
фраму (рис. 6, г, д; № 8–12, табл. 4). В наплавленном
металле 30Х4В2М2ФС с 8,14 мас. % Р (см. рис. 4,
е; № 14, табл. 2) и в 35В9Х3ГСФ с 6,07 мас. %
Р (рис. 6, д; № 12, табл. 4) происходит формиро-
вание включений фосфидов глобулярной формы.
Фосфиды содержат повышенную массовую долю
марганца, хрома, молибдена и ванадия. В нап-
лавленном металле 30Х2М2НСГФ с массовой до-
лей фосфора около 1,00 % свободных фосфидов
обнаружено не было. В наплавленнном металле
30Х4В2М2ФС содержание фосфора в различных
структурных составляющих матрицы колеблется
в пределах 0,32…1,31 мас. %; в 30Х2М2НСГФ —
0,69…0,88 мас. % P; в 35В9Х3ГСФ оно составляет
0,70…0,80 мас. %.
В наплавленном металле 30Х4В2М2ФС с со-
держанием фосфора около 1,5 мас. % выявлена
неоднородность по кремнию и вольфраму (рис. 4,
ж; № 15–18, табл. 2); в 30Х2М2НСГФ — по ва-
надию (рис. 5, д; № 12–14, табл. 3); в 35В9Х3ГСФ
— по кремнию, марганцу и вольфраму (рис. 6,
е; № 13–15, табл. 4). В наплавленном металле
всех трех типов отмечено появление отдельных
включений фосфидов компактной формы, а также
фосфидных пленок (рис. 4, ж; № 18, табл. 2;
рис. 5, е; № 15–17, табл. 3, рис. 6, ж; № 16–18,
табл. 4). Содержание фосфора в них колеблется
от 5,93 (30Х4В2М2ФС) до 12,24 мас. %
(35В9Х3ГСФ). Фосфиды и фосфидные пленки со-
держат повышенную массовую долю марганца, хро-
ма, молибдена и ванадия. Фосфор в различных
структурных составляющих матрицы распределя-
ется следующим образом: в наплавленнном металле
30Х4В2М2ФС — 0,81...1,64 мас. %; в
30Х2М2НСГФ — 0,95…1,64 мас. %; в 35В9Х3ГСФ
— 0,48...1,57 мас. %.
Микрорентгеноспектральный анализ подтвер-
дил ранее выполненные термодинамические рас-
четы равновесия химических реакций образова-
ния фосфидов основных легирующих элементов
[11]. С помощью расчетов установлено, что в пер-
вую очередь следует ожидать формирования фос-
фидов ванадия, молибдена, хрома, марганца, воль-
фрама (по убывающей), т. е. тех элементов, по-
вышенное содержание которых выявлено в фос-
фидах наплавленного металла исследованных
типов.
Таким образом, микрорентгеноспектральный ана-
лиз показал, что с увеличением содержания фосфора
Рис. 6. Микроструктура образцов наплавленного металла
35В9Х3ГСФ без фосфора (а), а также с 0,47 (б, в), 1,02 (г, д),
1,39 мас. % (е, ж) P (см. табл. 4)
18 4/2009
до 1,5 мас. % возрастает массовая доля раство-
ренного фосфора в матрице наплавленного ме-
талла исследованных систем легирования. Вклю-
чения фосфидов глобулярной формы форми-
руются в наплавленном металле исследованных
типов при содержании фосфора около 1 мас. %.
При содержании фосфора около 1,5 мас. % про-
исходит значительное увеличение включений
фосфидов компактной формы, а также фосфидных
пленок, что приводит к появлению трещин в нап-
лавленном металле.
Исследованиями установлено, что в высоко-
легированном наплавленном металле образуются
сложные фосфиды, содержащие в зависимости от
системы легирования ванадий, молибден, хром,
марганец, вольфрам, т. е. металлы, фосфиды ко-
торых наиболее термодинамически устойчивы и
имеют достаточно высокую температуру плавле-
ния. Наличие таких фосфидов глобулярной фор-
мы трещиностойкость наплавленного металла
исследованных типов не ухудшает.
1. Рябцев И. И., Кусков Ю. М. Перспективы использования
фосфора в наплавочных материалах на основе железа //
Автомат. сварка. — 2003. — № 1. — С. 12–16.
2. Триботехнические характеристики наплавленного ме-
талла системы легирования Fe–Cr–Si–Mn–P / И. И. Ряб-
цев, Ю. М. Кусков, В. Ф. Грабин и др. // Там же. — 2003.
— № 6. — С. 20–24.
3. Влияние фосфора на структуру и свойства металла швов
при сварке низколегированных сталей / А. А. Алексеев,
И. Р. Явдощин, В. Г. Войткевич, Ю. Д. Морозов // Там
же. — 1989. — № 4. — С. 7–10.
4. Влияние фосфора на ударную вязкость и химическую
микронеоднородность металла сварных швов / И. К. По-
ходня, В. Г. Войткевич, А. А. Алексеев и др. // Там же.
— 1992. — № 2. — С. 3–7.
5. Рябцев И. И., Кусков Ю. М., Новикова Д. П. Влияние
фосфора на трещиностойкость низкоуглеродистого нап-
лавленного металла системы легирования Fe–Mn–Si–Cr
// Там же. — 2006. — № 5. — С. 15–19.
6. Рябцев И. А., Кондратьев И. А. Механизированная элек-
тродуговая наплавка деталей металлургического обору-
дования. — Киев: Экотехнология, 1999. — 62 с.
7. Кондратьев И. А., Васильев В. Г., Довженко В. А. Струк-
тура и свойства металла, наплавленного порошковыми
проволоками марок ПП-Нп-25Х5ФМС и ПП-Нп-
30Х4В2М2ФС // Оборудование и материалы для наплав-
ки. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1990. — С. 56–60.
8. Кондратьев И. А., Гладкий П. В. Порошковая проволока
ПП-Нп-30Х2М2НФ для наплавки валков горячей про-
катки // Пути развития машиностроительного комплекса
Магнитогорского металлургического комбината. —
Магнитогорск: ЗАО «Марс», 1996. — С. 156–163.
9. Фрумин И. И. Автоматическая электродуговая наплавка.
— Харьков: Металлургиздат, 1961. — 421 с.
10. Лунев В. В., Аверин В. В. Сера и фосфор в стали. — М.:
Металлургия, 1988. — 256 с.
11. Рябцев И. И. Расчетно-экспериментальная оценка эф-
фективности легирования фосфором высоколегирован-
ного наплавленного металла // Автомат. сварка. — 2008.
— № 5. — С. 18–22.
Peculiarities of structure of the deposited metal of the type of tool steels 30Kh4V2M2FS, 30Kh2M2NSGF and 35V9Kh3GSF,
alloyed with 0...1.5 wt. % phosphorus, were investigated. Complex phosphides of the globular shape, containing vanadium,
molybdenum, chromium, manganese and tungsten, i.e. metals the phosphides of which exhibit the highest thermodynamic
stability, were found to form in the high-alloy deposited metal. The presence of such phosphides does not deteriorate
crack resistance of the investigated types of the deposited metal.
Поступила в редакцию 31.10.2008
ДУГОВАЯ НАПЛАВКА ЗАМКОВ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
Разработана технология наплавки замков бурильных труб с номинальным диаметром 104...177
мм. Технология предусматривает восстановление замков в два этапа. Вначале производится на-
плавка самозащитной порошковой проволокой ПП-АН198 для восстановления номинального
диаметра труб. Металл, наплавленный этой проволокой, имеет твердость НВ 220...310 и
механические свойства на уровне значений основного металла замка — стали 40ХМФА по ГОСТ
4543–71. Затем по номинальному диаметру самозащитной порошковой проволокой ПП-АН199 на-
плавляют три износостойких пояска, имеющие твердость HRC 42...52.
Для наплавки используется установка У653 с дополнительными роликоопорами, укомплекто-
ванная источником питания ВДУ-506. Возможно использование других установок с аналогичными
параметрами и технологическими возможностями.
Назначение и области применения. Наплавка замков бурильных труб для нефтегазовой про-
мышленности.
Контакты: Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины
03680, Украина, Киев-150, ул. Боженко, 11
Отд. № 2 Рябцев Игорь Александрович
Тел./факс: (38044) 287 63 57
E-mail: ryabtsev@paton.kiev.ua
4/2009 19
|