blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-12-863-869blackmet-2213Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESРазработка новой порошковой проволоки на основе пыли газоочистки силикомарганцаDevelopment of a new cored wire based on silica manganese gas-cleaning dusthttps://orcid.org/0000-0002-7391-6816КозыревН. А.KozyrevN. A.

Николай Анатольевич Козырев, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой материаловедения, литейного и сварочного производства

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Nikolai A. Kozyrev, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass, 654007

kozyrev_na@mtsp.sibsiu.ruКрюковР. Е.KryukovR. E.

Роман Евгеньевич Крюков, к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Roman E. Kryukov, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass, 654007

rek_nzrmk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6220-7910УсольцевА. А.Usol’tsevA. A.

Александр Александрович Усольцев, к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Aleksandr A. Usol’tsev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass, 654007

a.us@rambler.ruКибкоН. В.KibkoN. V.

Наталья Валерьевна Кибко, к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Natal’ya V. Kibko, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass, 654007

krivicheva_nv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1878-909XБащенкоЛ. П.BashchenkoL. P.

Людмила Петровна Бащенко, к.т.н., доцент кафедры теплоэнергетики и экологии

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

 

Lyudmila P. Bashchenko, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Thermal Power and Ecology”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass, 654007

luda.baschenko@gmail.comСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation2021200120226412863869Copyright © Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Усольцев А.А., Кибко Н.В., Бащенко Л.П., 20222022Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Усольцев А.А., Кибко Н.В., Бащенко Л.П.Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Usol’tsev A.A., Kibko N.V., Bashchenko L.P.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/2213

Изучена возможность применения порошковой проволоки для износостойкой наплавки, содержащей отходы (пыли газоочисток) производств силикомарганца и алюминия. Наплавку осуществляли с помощью сварочного трактора под флюсом, изготовленным из шлака силикомарганца производства Западно­Сибирского электрометаллургического завода. Скорость износа на образцах определяли на машине 2070 СМТ­1. Метод определения скорости износа основан на изменении массы образца при испытании диск – колодка. Химический состав наплавленного металла определяли рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре XRF­1800 и атомно­эмиссион­ ным методом на спектрометре ДФС­71. Твердость наплавленных слоев измеряли с помощью твердомера МЕТ­ДУ. Оценку количества неметаллических включений проводили по ГОСТ 1778 – 70 с помощью оптического микроскопа ОLYMPUS GX­51. В работе показана возможность применения для износостойкой наплавки порошковой проволоки, содержащей техногенные отходы производства силикомарганца и алюминия. Определен коэффициент усвоения марганца при различных соотношениях компонентов. Коэффициент усвоения марганца связан с восстановлением оксида марганца из марганецсодержащего флюса (за счет содержащегося в порошковой проволоке углерода). При значительном избытке углерода в порошковой проволоке из марганецсодержащего флюса усвоение марганца превышает 100 %. Процесс усвоения марганца определяется коэффициентом заполнения порошковой проволоки, количеством углеродсодержащего материала, находящегося в составе шихты, и содержанием углерода в самом электродуговом покрытии. В наплавленном металле присутствуют силикаты недеформирующиеся и оксиды точечные. Загрязненность оксидными неметаллическими включениями наплавленного металла небольшая. Присутствие данных неметаллических включений не оказывает существенного влияния на эксплуатационные характеристики наплавленного слоя.

The paper describes the possibility of using cored wire for wear­resistant hardfacing containing waste (dust of gas­cleaners) from the production of silica manganese and aluminum. Hardfacing was carried out using a submerged welding tractor made of silica manganese slag produced by the West Siberian Electrometallurgical Plant. The wear rate on the samples was determined on 2070 CMT­1 machine. The method for it is based on change in the sample mass during the disc – pad test. Chemical composition of the deposited metal was determined by X­ray fluorescence method on XRF­1800 spectrometer and by the atomic emission method on DFS­71 spectrometer. The hardness of the deposited layers was measured using METH­DO hardness tester. Evaluation of the quantity of nonmetallic inclusions was made according to GOST 1778 – 70 using an OLYMPUS GX­51 optical microscope. The coefficient of manganese recovery was found at different ratios of components. This coefficient is associated with the reduction of manganese oxide from manganese­containing flux (due to the carbon contained in the cored wire). With a significant excess of carbon in the cored wire from manganese­containing flux, recovery of manganese exceeds 100 %. The process of manganese recovery was determined by filling coefficient of the cored wire, amount of the carbon­containing material in the charge, and carbon content in the electric­arc coating itself. The deposited metal contains non­deformable silicates and point oxides. Contamination by oxide nonmetallic inclusions of the deposited metal is small. The presence of these non­metallic inclusions does not significantly affect the operational characteristics of the deposited layer.

порошковая проволоканаплавкаобразцынеметаллические включениямикроструктуратвердостьскорость истиранияcored wirehardfacingsamplesnonmetallic inclusionsmicrostructurehardnessabrasion rateReferencesMetlitskii V.A. Flux­cored wires for arc welding and surfacing of cast iron // Welding International. 2008. Vol. 22. No. 11. P. 796–800. https://doi.org/10.1080/09507110802593646Metlitskii V.A. Flux­cored wires for arc welding and surfacing of cast iron. Welding International. 2008, vol. 22, no. 11, pp. 796–800. https://doi.org/10.1080/09507110802593646Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Structure and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium­carbon austenite // Welding International. 2015. Vol. 29. No. 10. P. 819–822. https://doi.org/10.1080/09507116.2014.986891Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Structure and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium-carbon austenite. Welding International. 2015, vol. 29, no. 10, pp. 819–822. https://doi.org/10.1080/09507116.2014.986891Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear resistance of iron base hardfacing alloy // Materials Science and Technology. 2013. Vol. 30. No. 3. P. 316–322. https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000359Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear resistance of iron base hardfacing alloy. Materials Science and Technology. 2013, vol. 30, no. 30, pp. 316–322. https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000359Kejžar R., Grum J. Hardfacing of wear­resistant deposits by MAG welding with a flux­cored wire having graphite in its filling // Materials and Manufacturing Processes. 2005. Vol. 20. No. 6. P. 961–976.Kejžar R., Grum J. Hardfacing of wear­resistant deposits by MAG welding with a flux­cored wire having graphite in its filling. Materials and Manufacturing Processes. 2005, vol. 20, no. 6, pp. 961–976.Li R., He D.Y., Zhou Z., Wang Z.J., Song X.Y. Wear and high temperature oxidation behavior of wire arc sprayed iron based coatings // Surface Engineering. 2014. Vol. 30. P. 784–790. https://doi.org/10.1179/1743294414Y.0000000331Li R., He D.Y., Zhou Z., Wang Z.J., Song X.Y. Wear and high temperature oxidation behavior of wire arc sprayed iron based coatings. Surface Engineering. 2014, vol. 30, no. 11, pp. 784–790. https://doi.org/10.1179/1743294414Y.0000000331Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe­based amorphous coating with high corrosion and wear resistance // Surface Engineering. 2017. Vol. 33. No. 1. P. 56–62. https://doi.org/10.1080/02670844.2016.1176718Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe­based amorphous coating with high corrosion and wear resistance. Surface Engineering. 2017, vol. 33, no. 1, pp. 56–62. https://doi.org/10.1080/02670844.2016.1176718Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear resistant WC–Co composite hard coatings // Surface Engineering. 1997. Vol. 13. No. 3. P. 247–250. https://doi.org/10.1179/sur.1997.13.3.247Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear resistant WC–Co composite hard coatings. Surface Engineering. 1997, vol. 13, no. 3, pp. 247–250. https://doi.org/10.1179/sur.1997.13.3.247Zhuk Yu. Super­hard wear­resistant coating systems // Materials Technology. 1999. Vol. 14. No. 3. P. 126–129. https://doi.org/10.1080/10667857.1999.11752827Zhuk Yu. Super­hard wear­resistant coating systems. Materials Technology. 1999, vol. 14, no. 3, pp. 126–129. https://doi.org/10.1080/10667857.1999.11752827Hardell J., Yousfi A., Lund M., Pelcastre L., Prakash B. Abrasive wear behaviour of hardened high strength boron steel // Tribology – Materials, Surfaces & Interfaces. 2014. Vol. 8. No. 2. P. 90–97. https://doi.org/10.1179/1751584X14Y.0000000068Hardell J., Yousfi A., Lund M., Pelcastre L., Prakash B. Abrasive wear behaviour of hardened high strength boron steel. Tribology – Materials, Surfaces & Interfaces. 2014, vol. 8, no. 2, pp. 90–97. https://doi.org/10.1179/1751584X14Y.0000000068Deng X.T., Fu T.L., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Epsilon carbide precipitation and wear behaviour of low alloy wear resistant steels // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. No. 4. P. 320–327. https://doi.org/10.1080/02670836.2015.1137410Deng X.T., Fu T.L., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Epsilon carbide precipitation and wear behaviour of low alloy wear resistant steels. Materials Science and Technology. 2016, vol. 32, no. 4, pp. 320–327. https://doi.org/10.1080/02670836.2015.1137410Kirchgaßner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron­based hardfacing alloys under abrasion and impact // Wear. 2008. Vol. 265. No. 5­6. P. 772–779. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.01.004Kirchgaßner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron­based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear. 2008, vol. 265, no. 5­6, pp. 772–779. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.01.004Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. М.: Металлургия, 1979. 80 с.Patsekin V.P., Rakhimov K.Z. Production of Cored Wire. Мoscow: Metallurgiya, 1979, 80 p. (In Russ.).Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. М.: Металлургия, 1974. 768 с.Technology of Electrical Welding of Metals and Alloys by Melting.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975. 584 с.Paton B.E. ed. Мoscow: Metallurgiya, 1974, 768 p. (In Russ.).Тепляшин М.В., Комков В.Г. Исследование влияния легирующих элементов на износостойкость в сплавах, предназначенных для электрошлаковой наплавки бил молотковых мельниц // Ученые заметки ТОГУ. 2013. Т. 4. № 4. С. 1554–1561.Geller Yu.A. Tool Steel. Мoscow: Metallurgiya, 1975, 584 p. (In Russ.).Тепляшин М.В., Комков В.Г., Стариенко В.А. Разработка экономнолегированного сплава для восстановления бил молотковых мельниц // Ученые заметки ТОГУ. 2013. Т. 4. № 4. С. 1543–1549.Teplyashin M.V., Komkov V.G. Effect of alloying elements on wear resistance in alloys for electric slag hardfacing of hammer mills. Uchenye zametki TOGU. 2013, vol. 4, no. 4, pp. 1554–1561. (In Russ.).Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Кибко Н.В., Непомнящих А.С. Разработка новой износостойкой порошковой проволоки для наплавки брони ковшей горнодобывающего оборудования // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2018. № 4. С. 288–292.Teplyashin M.V., Komkov V.G., Starienko V.A. Development of a sparingly doped alloy for restoration of hammer mill bits. Uchenye zametki TOGU. 2013, vol. 4, no. 4, pp. 1543–1549. (In Russ.).Козырев Н.А., Усольцев А.А., Прудников А.Н., Крюков Р.Е. Изучение свойств порошковой проволоки на основе пыли газоочистки феррохрома // Черная металлургия. Бюллетень научнотехнической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 3. С. 365–373. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-3-365-372Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Kibko N.V., Nepomnyashchikh A.S. Development of a new wear-resistant cored wire for hardfacing of armor buckets for mining equipment. Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispol’zovaniya mineral’nykh resursov. 2018, no. 4, pp. 288–292. (In Russ.).Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Усольцев А.А., Уманский А.А., Соколов П.Д. Разработка новых порошковых проволок для наплавки. Порошковые проволоки с использованием углеродфторсодержащих материалов для ремонта прокатных валков // Черная металлургия. Бюллетень научно­технической и экономической информации. 2018. № 1. С. 77–86.Kozyrev N.A., Usol’tsev A.A., Prudnikov A.N., Kryukov R.E. Study of properties of cored wire based on ferrochrome gas-cleaning dust. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2019, vol. 75, no. 3, pp. 365–373. (In Russ.). https://doi.org/10.32339/0135-5910-2019-3-365-372Osetkovsky I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Usoltsev A.A., Gusev A.I. Development of a wear­resistant flux cored wire of Fe–C–Si–Mn–Cr–Ni–Mo–V system for deposit welding of mining equipment parts. In: Int. Sci. and Research Conf. on Knowledgebased Technologies in Development and Utilization of Mineral Resources (KTDMUR2017), 6–9 June 2017, Novokuznetsk, Russian Federation. 2017. Vol. 84. Article 012017. https://doi.org/10.1088/1755-1315/84/1/012017Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Usol’tsev A.A., Umanskii A.A., Sokolov P.D. The development of the new cored wires for surfacing. The new cored wires with the use of the carbon and fluorine containing materials for the repair of the mill. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2018, no. 1, pp. 77–86. (In Russ.).Osetkovsky I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Usoltsev A.A., Gusev A.I. Development of a wear­resistant flux cored wire of Fe–C–Si–Mn–Cr–Ni–Mo–V system for deposit welding of mining equipment parts. In: Int. Sci. and Research Conf. on Knowledgebased Technologies in Development and Utilization of Mineral Resources (KTDMUR2017), 6–9 June 2017, Novokuznetsk, Russian Federation. 2017, vol. 84, article 012017. https://doi.org/10.1088/1755-1315/84/1/012017Osetkovsky I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Usoltsev A.A., Gusev A.I. Development of a wear­resistant flux cored wire of Fe–C–Si–Mn–Cr–Ni–Mo–V system for deposit welding of mining equipment parts. In: Int. Sci. and Research Conf. on Knowledgebased Technologies in Development and Utilization of Mineral Resources (KTDMUR2017), 6–9 June 2017, Novokuznetsk, Russian Federation. 2017, vol. 84, article 012017. https://doi.org/10.1088/1755-1315/84/1/012017

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