blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-7-531-537blackmet-1125Research ArticleРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИRESOURCE SAVING IN FERROUS METALLURGYМЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ШВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ СВАРКЕ ПОД ФЛЮСОМ НА ОСНОВЕ ШЛАКА СИЛИКОМАРГАНЦАMETALLOGRAPHIC INVESTIGATIONS OF QUALITY OF WELDING SEAM OBTAINED BY SILICOMANGANESE SLAG FLUX WELDINGКрюковР. Е.KryukovR. E.

к.т.н., старший преподаватель кафедры «Материаловедение, литейное и сварочное производство»

Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

rek_nzrmk@mail.ruКозыревН. А.KozyrevN. A.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение, литейное и сварочное производство»

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

kozyrev_na@mtsp.sibsiu.ruПрохоренкоО. Д.ProkhorenkoO. D.

к.т.н., ведущий методист

Cand. Sci. (Eng.), Leading Methodologist

alvipr@yandex.ruБащенкоЛ. П.BashchenkoL. P.

к.т.н., зам. ответственного секретаря журнала

Cand. Sci. (Eng.), Deputy Executive Secretary of the journal "Izvestiya VUZov. Ferrous metallurgy"

luda.baschenko@gmail.comКибкоН. В.KibkoN. V.

к.т.н., ведущий инженер

Cand. Sci. (Eng.), Senior Engineer

krivicheva_nv@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation201719082017607531537Copyright © Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Прохоренко О.Д., Бащенко Л.П., Кибко Н.В., 20172017Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Прохоренко О.Д., Бащенко Л.П., Кибко Н.В.Kryukov R.E., Kozyrev N.A., Prokhorenko O.D., Bashchenko L.P., Kibko N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1125

Приведены результаты изучения использования отходов металлургического производства в качестве составляющих сварочных флюсов. Разработаны состав и технология изготовления нового сварочного флюса с применением шлака производства силикомарганца. Представлены результаты использования этого шлака для изготовления сварочных флюсов. В целях исследования качества сварных швов проведен металлографический анализ, определены величина зерна и уровень загрязненности неметаллическими включениями. Металлографические исследования проводили с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51 в диапазоне увеличений 100  –  1000  крат. Изучено влияние фракционного состава флюсов на их сварочно-технологические свойства. Подобрана оптимальная фракция, обеспечивающая низкий уровень загрязненности металла сварного шва оксидными неметаллическими включениями, в частности силикатами недеформирующимися и оксидами. Установлено, что использование мелкой фракции сварочного флюса в количестве 30  –  40  % обеспечивает уменьшение степени загрязненности металла шва оксидными неметаллическими включениями. Металлографический анализ металла шва показал, что введение мелкой фракции не оказывает влияния на его структурные составляющие. Металл шва имеет феррито-перлитную структуру, феррит присутствует в виде неравноосных зерен, вытянутых в направлении отвода тепла. Определено, что оптимальное содержание фракции менее 0,45 мм в сварочном флюсе составляет 30 – 40 %. Для повышения технико-экономических показателей предложено смешивать мелкую фракцию с жидким стеклом. Использование керамического флюса, изготовленного из пыли силикомарганцевого шлака фракцией до 0,45 мм, связанного жидким стеклом, обеспечивает снижение уровня загрязненности металла сварного шва неметаллическими включениями. При этом увеличение его количества с 15 до 40 % не оказывает значительного влияния на уровень загрязненности металла сварного шва неметаллическими включениями и на его микроструктуру. Микроструктура металла сварного шва представлена перлитом и ферритом. Установлено, что оптимальным является применение мелкой фракции для изготовления керамического флюса с использованием жидкого стекла в количестве 15 – 20 %. 

Results of the study of metallurgical wastes application as components of welding fluxes are given. Composition and production technology of a new welding flux using silicomanganese slag as a component have been developed. Results of this slag application in manufacture of welding fluxes are presented. In order to study quality of welded seams, metallographic analysis was carried out and the grain size and level of nonmetallic inclusions contamination were determined. Metallographic studies were made with the help of OLYMPUS GX-51 optical microscope in magnification range of 100  –  1000  times. Influence of fractional composition of fluxes on their welding technological properties was studied. Optimal fraction was selected, ensuring low level of contamination of metal of welding seam with non-metallic oxide inclusions, in particular non-deformable silicates and oxides. It has been established that application of welding flux fine fraction in an amount of 30  –  40  % ensures reduction in degree of welding seam metal contamination with non-metallic inclusions. The metallographic analysis of welding seam metal shows that introduction of fine fraction does not affect its structural components. Welding seam metal has a ferrite-pearlite structure; ferrite is presented in form of non-uniform grains elongated in the direction of heat extraction. It was determined that the optimum content of a fraction less than 0.45  mm in the flux is 30  –  40  %. To raise technical and economic indicators, it is suggested to mix fine fraction with liquid glass. Application of ceramic flux made of silicomanganese slag dust of 0.45  mm fraction, bonded by liquid glass, provides reduction in the welding seam metal level of contamination with nonmetallic inclusions. At the same time, increase in its volume from 15 to 40  % does not significantly affect the level of welding seam metal contamination with nonmetallic inclusions and its microstructure. Microstructure of welding seam metal is represented by perlite and ferrite. It was found that fine fraction introduction with use of liquid glass in an amount of 15  –  20  % is optimal in production of ceramic flux.

сваркафлюсметаллшлак силикомарганцафракцияхимический составмикроструктуравеличина зернанеметаллические включенияweldingfluxmetalsilicomanganese slagfractionchemical compositionmicrostructuregrain sizenonmetallic inclusionsReferencesPuchol R.Q., Blanco J.R., Gonzalez L.P., Hernández G.C. & Gómez Pérez C.R. The influence of the air occluded in the deposition layer of flux during automatic welding: a technological aspect to consider in the quality of the bead // Welding International. 2009. Vol. 23. No. 2. P. 132 – 140.Puchol  R.Q.,  Blanco  J.R.,  Gonzalez  L.P.,  Hernández  G.C.,  Gómez  Pérez C.R. The influence of the air occluded in the deposition  layer  of  flux  during  automatic  welding:  a  technological  aspect  to  consider  in  the  quality  of  the  bead.  Welding International.  2009,  vol.  23, no. 2, pp. 132–140.Crespo A.C., Puchol R.Q., Goncalez L.P., Sanchez L.G., Gomez Perez C.R., Cedre E.D., Mendez T.O. & Pozol J.A. Obtaining a submerged arc welding flux of the MnO – SiO2 – CaO – Al2O3 – CaF2 system by fusion // Welding International. 2007. Vol. 21. No. 7. P. 502 – 511.Crespo A.C.,  Puchol  R.Q.,  Goncalez  L.P.,  Sanchez  L.G.,  Gomez Perez  C.R.,  Cedre  E.D.,  Mendez  T.O.,  Pozol  J.A.  Obtaining  a  submerged arc welding flux of the MnO – SiO2 – CaO – Al2O3 – CaF2 system by fusion. Welding International. 2007, vol. 21, no. 7,  pp.  502–511.Crespo A.C., Puchol R.Q., González L.P., Gómez Pérez C.R., Cas tellanos G., Díaz Cedré E.& Ortíz T. Study of the relationship between the composition of a fused flux and its structure and properties // Welding International. 2009. Vol. 23. No. 2. P. 120 – 131.Crespo A.C., Puchol R.Q., González L.P., Gómez Pérez C.R., Castellanos G., Díaz Cedré E., Ortíz T. Study of the relationship between the composition of a fused flux and its structure and properties. Welding International. 2009, vol. 23, no. 2, pp. 120–131.Golovko V.V., Potapov N.N. Special features of agglomerated (ceramic) fluxes in welding // Welding International. 2011. Vol. 25. No. 11. P. 889 – 893.Golovko  V.V.,  Potapov  N.N.  Special  features  of  agglomerated  (ceramic) fluxes in welding. Welding International. 2011, vol. 25,  no.  11, pp. 889–893.Volobuev Yu.S., Volobuev O.S., Parkhomenko A.G., Dobrozhe-la E.I., Klimenchuk O.S. Using a new general-purpose ceramic flux SFM-101 in welding of beams // Welding International. 2012. Vol. 26. No. 8. P. 649 – 653.Volobuev  Yu.S.,  Volobuev  O.S.,  Parkhomenko  A.G.,  Dobrozhe-la  E.I.,  Klimenchuk  O.S.  Using  a  new  general-purpose  ceramic  flux SFM-101 in welding of beams. Welding International. 2012,  vol.  26, no. 8, pp. 649–653.Volobuev Yu.S., Surkov A.V., Volobuev O.S., Kipiani P.N., Shes-tov D.V., Pavlov N.V., Savchenko A.I. The development and properties of a new ceramic flux used for reconditioning rolling stock components // Welding International. 2010. Vol. 24. No. 4. P. 298 – 300.Volobuev Yu.S., Surkov A.V., Volobuev O.S., Kipiani P.N., Shes-tov  D.V.,  Pavlov  N.V.,  Savchenko  A.I.  The  development  and  properties of a new ceramic flux used for reconditioning rolling  stock  components.  Welding International.  2010,  vol.  24,  no.  4,  pp.  298–300.Potapov N.N., Kurlanov S.A. A criterion for evaluating the activity of fused welding fluxes // Welding International. 1987. Vol. 1. No. 10. P. 951 – 954.Potapov N.N., Kurlanov S.A. A criterion for evaluating the activity  of fused welding fluxes. Welding International. 1987, vol. 1, no. 10,  pp. 951–954.Babushkin P.L., Persits V.Yu. Determination of hydrogen in the form of moisture in basic electrode coatings and fluxing materials in metallurgical production // Welding International. 1991. Vol. 5. No. 9. P. 741 – 742.Babushkin  P.L.,  Persits  V.Yu.  Determination  of  hydrogen  in  the  form of moisture in basic electrode coatings and fluxing materials in  metallurgical production. Welding International. 1991, vol. 5, no.  9,  pp. 741–742.Pavlov I.V., Oleinichenko K.A. Regulating generation of CO by varying the composition of ceramic fluxes // Welding International. 1995. Vol. 9. No. 4. P. 329 – 332.Pavlov  I.V.,  Oleinichenko  K.A.  Regulating  generation  of  CO  by  varying the composition of ceramic fluxes. Welding International.  1995, vol. 9, no. 4, pp. 329–332.Chigarev V.V., Kosenko A.A. Regulating the silicon reduction process in welding under ceramic fluxeswith an active deoxidising agent // Welding International. 1994. Vol. 8. No. 10. P. 808 – 809.Chigarev  V.V.,  Kosenko  A.A.  Regulating  the  silicon‐reduction  process  in  welding  under  ceramic  fluxes  with  an  active  deoxi dising  agent.  Welding International.  1994,  vol.  8,  no.  10,  pp.  808–809.Kurlanov S.A., Potapov N.N,. Natapov O.B. Relationship of physical and welding technological properties of fluxesfor welding low alloy steels // Welding International. 1993. Vol. 7. No. 1. P. 65 – 68.Kurlanov  S.A.,  Potapov  N.N,.  Natapov  O.B.  Relationship  of  physical and welding technological properties of fluxes for welding low alloy steels. Welding International. 1993, vol. 7, no. 1,  pp. 65–68. Bublik O.V., Chamov S.V. Advantages and shortcomings of ceramic (agglomerated) fluxes in comparison with fused fluxes used for the same applications // Welding International. 2010. Vol. 24. No. 9. P. 730 – 733.Bublik O.V., Chamov S.V. Advantages and shortcomings of ceramic (agglomerated) fluxes in comparison with fused fluxes used for  the same applications. Welding International. 2010, vol. 24, no. 9,  pp.  730–733.Gur’ev S.V., Pletnev Yu.M., Murav’ev I.I. Investigation of the pro per ties of welded joints produced by welding in a gas mixture and under a flux // Welding International. 2012. Vol. 26. No. 8. P. 646 – 648.Gur’ev  S.V.,  Pletnev  Yu.M.,  Murav’ev  I.I.  Investigation  of  the  properties  of  welded  joints  produced  by  welding  in  a  gas  mixture and under a flux. Welding International. 2012, vol. 26, no. 8,  pp.  646–648.Parshin S.G. Using ultrafine particles of activating fluxes for increasing the productivity of MIG/MAG welding of steels // Welding International. 2012. Vol. 26. No. 10. P. 800 – 804.Parshin  S.G.  Using  ultrafine  particles  of  activating  fluxes  for  increasing the productivity of MIG/MAG welding of steels. Welding International. 2012, vol. 26, no. 10, pp. 800–804.Cruz-Crespo A., Quintana-Puchol R., Perdomo González L., Gómez-Pérez C.R., García-Sánchez L.L., Ejiménez-Vielsa G., Cores-Sánchez A. Carbothermic reduction of pirolusite to obtain carbon-bearing ferromanganese and slag suited to the development of wel ding materials // Welding International. 2005. Vol. 19. No. 7. P. 544 – 551.Cruz-Crespo  A.,  Quintana-Puchol  R.,  Perdomo  González  L.,  Gómez-Pérez  C.R.,  García-Sánchez  L.L.,  Ejiménez-Vielsa  G.,  Cores-Sánchez A.  Carbothermic  reduction  of  pirolusite  to  obtain  carbon-bearing ferromanganese and slag suited to the development  of welding materials. Welding International. 2005, vol. 19, no.  7,  pp.  544–551.Barmin L.N. et al. Effect of the composition of flux and welding wire on the properties of deposited metal of 05N4MYu type // Welding International. 1989. Vol. 3. No. 2. P. 109 – 111.Barmin L.N. et al. Effect of the composition of flux and welding  wire on the properties of deposited metal of 05N4MYu type. Welding International. 1989, vol. 3, no. 2, pp. 109–111.Kazakov Yu.V., Koryagin K.B., Potekhin V.P. Effect of activating fluxes on penetration in welding steels thicker than 8 mm // Welding International. 1991. Vol. 5. No. 3. P. 202 – 205.Kazakov Yu.V., Koryagin K.B., Potekhin V.P. Effect of activating  fluxes on penetration in welding steels thicker than 8 mm. Welding International. 1991, vol. 5, no. 3, pp. 202–205. Potapov N.N., Feklistov S.I., Volobuev Yu.S., Potekhin V.P. A method of selecting fused fluxes in welding pearlitic–ferritic steels // Welding International. 2009. Vol. 23. No. 10. P. 800 – 803.Potapov N.N., Feklistov S.I., Volobuev Yu.S., Potekhin V.P. A method of selecting fused fluxes in welding pearlitic–ferritic steels. Welding International. 2009, vol. 23, no. 10, pp. 800–803.Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Kozyreva O.E., Lipatova U.I., Fi lo-nov A.V. Production of Welding Fluxes Using Waste Slag Formed in Silicomanganese Smelting // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 125. P. 1 – 6.Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Kozyreva O.E., Lipatova U.I., Filonov A.V. Production of welding fluxes using waste slag formed in  silicomanganese  smelting.  IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016, vol. 125, pp. 1–6.Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Lipatova U.I., Kozyreva O.E. On the use of slag from silicomanganese production for welding flux manufacturing // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. P. 1 – 9.Kozyrev  N.A.,  Kryukov  R.E.,  Lipatova  U.I.,  Kozyreva  O.E.  On  the use of slag from silicomanganese production for welding flux  manufacturing. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016, vol. 150, pp. 1–9. Пат. 2576717 РФ, МПК8 B23 К35/362 Флюс для сварки / Крюков Н.Е., Крюков Е.Н., Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Козыре-ва О.А.; ОАО «Новокузнецкий завод резервуарных металло-конструкций» им. Н.Е. Крюкова. Заявл. 05.06.2014, опубл. 10.03.2016. Бюл. № 7.Kryukov N.E., Kryukov E.N., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Kozyreva O.A. Flyus dlya svarki [Welding flux]. Patent no. 2576717 RF.  Byulleten’ izobretenii. 2016, no. 7. (In Russ.). Пат. 2579412 РФ. Флюс для механизированной сварки и на-плавки сталей / Крю ков Н.Е., Крюков Е.Н., Козырев Н.А., Крю-ков Р.Е., Козырева О.А.; ОАО «Новокузнецкий завод резервуарных металлоконструкций» им. Н.Е. Крюкова. Заявл. 05.06.2014, опубл. 10.04.2016. Бюл. № 10.Kryukov N.E., Kryukov E.N., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Kozyreva  O.A.  Flyus dlya mekhanizirovannoi svarki i naplavki stalei [Flux for mechanical welding and facing of steels]. Patent no.  2579412 RF. Byulleten’ izobretenii. 2016, no. 10. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.