blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-6-421-426blackmet-2323Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИсследование состава неметаллических включений и микроструктуры электродугового покрытия, сформированного с использованием порошковой проволоки системы Fe – C – Si – Mn – Сr – Ni – MoComposition of non-metallic inclusions and microstructure of electric arc coating formed using the flux-cored wire of Fe – C – Si – Mn – Сr – Ni – Mo systemhttps://orcid.org/0000-0002-7391-6816КозыревН. А.KozyrevN. A.

Николай Анатольевич Козырев, д.т.н., профессор, проректор по научной и инновационной деятельности

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

Nikolai A. Kozyrev, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Vice-Rector for Research and Innovation

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

kozyrev_na@mtsp.sibsiu.ruОсетковскийИ. В.OsetkovskiiI. V.

Иван Васильевич Осетковский, аспирант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства

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

Ivan V. Osetkovskii, Postgraduate of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

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

dadlic@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

Россия, 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, Russian Federation

a.us@rambler.ruПолевойЕ. В.PolevoiE. V.

Егор Владимирович Полевой, к.т.н., начальник бюро металловедения и термической обработки технического отдела рельсовой площадки, АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат»

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

Egor V. Polevoi, Cand. Sci. (Eng.), Head of Bureau of Metal Science and Heat Treatment of Technical Department of the Rail Site, JSC  “EVRAZ – Joint West Siberian Metallurgical Plant”

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

egor.polevoj@evraz.comhttps://orcid.org/0000-0002-7305-6692МихноА. Р.MikhnoA. R.

Алексей Романович Михно, аспирант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства

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

Aleksei R. Mikhno, Postgraduate of the Chair “Materials, Foundry and Welding Production”

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

mikno-mm131@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202222062022656421426Copyright © Козырев Н.А., Осетковский И.В., Усольцев А.А., Полевой Е.В., Михно А.Р., 20222022Козырев Н.А., Осетковский И.В., Усольцев А.А., Полевой Е.В., Михно А.Р.Kozyrev N.A., Osetkovskii I.V., Usol’tsev A.A., Polevoi E.V., Mikhno A.R.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/2323

Изучен состав неметаллических включений и микроструктура электродугового покрытия, полученного с использованием порошковой проволоки системы Fe – C – Si – Mn – Сr – Ni – Mo. Формирование электродугового покрытия осуществлялось с помощью аппарата для автоматической дуговой сварки ASAW-1250 с использованием исследуемой порошковой проволоки. С целью снижения загрязненности наплавленного металла оксидными неметаллическими включениями в состав порошковой проволоки вводили пыль газоочистки алюминиевого производства (вместо аморфного углерода). Состав электродугового покрытия определяли с помощью спектрометра XRF-1800. Микроструктуру электродуговых покрытий изучали методом оптической микроскопии. Изучение фазового и элементного составов проводили методами сканирующей электронной микроскопии на приборе MIRA 3 LMH. Неметаллические включения в электродуговом покрытии состоят из оксидов кремния, фтора, кальция, алюминия и магния. Более темная составляющая во включении в виде прямолинейных кристаллов направлена от поверхности в глубь включения. По фазовому составу включения и более темные составляющие близки, но несколько отличаются по содержанию химических элементов. Во включении наблюдается небольшая темная составляющая округлой формы (оксиды алюминия и магния). Следы серы выделяются по контуру глобулей. Металлографический анализ поверхности показал, что микроструктура наплавленного слоя представляет собой грубоигольчатый мартенсит. Структура равномерная, имеет дендритное (столбчатое) строение, характерное для литого металла. Результаты проведенных исследований позволяют выработать мероприятия по снижению содержания неметаллических включений (элементы фтора, натрия и алюминия), которые, в свою очередь, могут неблагоприятно влиять на физико-механические свойства наплавленного слоя, например, путем использования рафинирующих добавок для снижения загрязненности наплавленного слоя неметаллическими включениями.

The article considers the study of composition of the non-metallic inclusions and microstructure of the electric arc coating using the flux-cored wire of Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo system. Formation of the electric arc coating was carried out using the ASAW-1250 automatic arc welding machine by the investigated wire. In order to influence the level of contamination of the deposited metal with non-metallic oxide inclusions, aluminum gas purification dust was introduced into the flux-cored wire (instead of amorphous carbon). Composition of the electric arc coating was determined using XRF-1800 spectrometer. Microstructure of the electric arc coatings was studied by optical microscopy. The phase and elemental compositions were studied using scanning electron microscopy on MIRA 3 LMH instrument. Non-metallic inclusions in the electric arc coating consist of oxides of silicon, fluorine, calcium, aluminum and magnesium oxides. The darker component in the inclusion, which looks like rectilinear crystals directed from the surface deep into the inclusion, has a similar phase composition, but differs somewhat in the content of chemical elements. A small dark component of a rounded shape (aluminum and magnesium oxides) is observed in the inclusion. Traces of sulfur are highlighted along the contour of the globules. Metallographic analysis of the deposited surface showed that the microstructure of the deposited layer is a coarse-needle martensite. The structure is uniform, has a dendritic (columnar) structure characteristic for cast metal. The results of the conducted investigations allow measures to be developed to reduce the content of non-metallic inclusions containing elements of fluorine, sodium and aluminum, which in turn may adversely affect the physical and mechanical properties of the deposited layer, for example, by using refining additives to reduce the contamination of the deposited layer with non-metallic inclusions.

порошковая проволокаэлектродуговое покрытиесостав неметаллических включениймикроструктуратвердостьflux-cored wireelectric arc coatingcomposition of non-metallic inclusionsmicrostructurehardnessИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Кемеровской области в рамках научного проекта № 20-48-420003 р_а «Развитие физико-химических и технологических основ создания принципиально нового способа сварки дифференцированно термоупрочненных железнодорожных рельсов».The research was supported by the RFBR and the Kemerovo region within the framework of the scientific project No. 20-48-420003 p_a "Development of physico-chemical and technological foundations for the creation of a fundamentally new method of welding differentially heat-strengthened railway rails".ReferencesDeng 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/10.1080/02670836.2015.1137410Lim 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.1997.13.3.247Metlitskii V.A. Flux-cored 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. Flux-cored wires for arc welding and surfacing of cast iron. Welding International. 2008, vol. 22, no. 11, pp. 796–800. https://doi.org/10.1080/09507110802593646Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance // Surface Engineering. 2016. Vol. 46. No. 1. P. 1–7. 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. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance. Surface Engineering. 2016, vol. 46, no. 1, pp. 1–7. https://doi.org/10.1080/02670844.2016.1176718Natalenko V.S., Pavlov A.P. Indicators of hardness of the coating obtained by electrocontact welding composite filler materials // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2019. Vol. 2. No. 14. P. 153–156. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2019-14-153-156Natalenko V.S., Pavlov A.P. Indicators of hardness of the coating obtained by electrocontact welding composite filler materials. Journal of Advanced Research in Technical Science. 2019, vol. 2, no. 14, pp.  153–156. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2019-14-153-156Kejžar R., Grum J. Hardfacing of wear-resistant deposits by MAG welding with a flux-cored wire having graphite in its filling // Materials and Manufacturing Processes. 2005. Vol. 20. No. 6. P. 961–976.Kejžar R., Grum J. Hardfacing of wear-resistant deposits by MAG welding with a flux-cored 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. No. 11. 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.0000000331Сказочкин А.B., Бондаренко Г.Г., Жуковский П. Особенности измерения твeрдости металлической поверхности, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов // Приборы и методы измерений. 2020. Т. 11. № 3. С. 212–221. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-3-212-221Skazochkin A.B., Bondarenko G.G., Zhukovskii P. Features of measuring the hardness of a metal surface modified with ultrafine particles of minerals. Devices and Methods of Measurements. 2020, vol. 11, no. 3, pp. 212–221. (In Russ.). https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-3-212-221Zhuk Yu. Super-hard wear-resistant coating systems // Materials Technology. 1999. Vol. 14. No. 3. P. 126–129. https://doi.org/10.1080/10667857.1999.11752827Zhuk Yu. Super-hard wear-resistant 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.0000000068Kirchgaßner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact // Wear Journal. 2008. Vol. 265. No. 5-6. P. 772–779. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.01.004Kirchgaßner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear Journal. 2008, vol. 265, no. 5-6, pp. 772–779. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.01.004Луговая В.А., Ярошик В.В. Особенности наплавки композиционных сплавов при упрочнении рабочих поверхностей тел вращения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2015. Вып. 40 (59). С. 166–173.Lugovaya V.A., Yaroshik V.V. Features of surfacing of composite alloys during hardening of working surfaces of rotation bodies. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel’nogo universiteta. Stroitel’stvo i arkhitektura. 2015, no. 40 (59), pp. 166–173. (In Russ.).Еремин А.Е., Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О., Маталасова А.Е., Кац В.С. Структура и свойства высокохромистого металла запорной арматуры наплавленного серийно выпускаемыми сварочными проволоками // Омский научный вестник. 2014. Вып. 1 (127). С. 55–58.Eremin A.E., Eremin E.N., Filippov Yu.O., Matalasova A.E., Kats V.S. Structure and properties of high-chromium metal of shut-off valves deposited with mass-produced welding wires. Omskii nauchnyi vestnik. 2014, no. 1 (127), pp. 55–58. (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., Starienko V.A. Development of an economically doped alloy for restoration of hammer mill bits. Uchenye zametki TOGU. 2013, vol. 4, no. 4, pp. 1543–1549. (In Russ.).Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефедьев С.П. Исследование структуры и ударно-абразивной износостойкости покрытий системы Fe – C – Cr – Mn – Si, дополнительно легированных азотом // Сварочное производство. 2011. № 10. С. 18–22.Emelyushin A.N., Petrochenko E.V., Nefed’ev S.P. Investigation of structure and impact-abrasive wear resistance of coatings of Fe – C – Cr – Mn – Si systems additionally alloyed with nitrogen. Svarochnoe proizvodstvo. 2011, no. 10, pp. 18–22. (In Russ.).Гусев А.И., Романов Д.А., Козырев Н.А., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф. Структура сварного шва износостойкой наплавки порошковой проволокой системы Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2021. № 2 (36). С. 3–11.Gusev A.I., Romanov D.A., Kozyrev N.A., Gromov V.E., Ivanov  Yu.F. Structure of the weld of wear-resistant surfacing with a flux-cored wire of Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo system. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2021, no. 2 (36), pp. 3–11. (In Russ.).Козырев Н.А., Крюков Р.Е., Гусев А.И., Осетковский И.В. Эксплуатационные показатели новых порошковых проволок Fe – C – Si – Мn – Сr – Ni – Mo для наплавки защитных пластин шнеков очистных комбайнов // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2019. № 5. С. 195–202.Kozyrev N.A., Kryukov R.E., Gusev A.I., Osetkovskii I.V. Performance indicators of new Fe – C – Si – Mp – Sg – Ni – Mo flux-cored wire for surfacing protective plates of augers of cleaning combines. Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispol’zovaniya mineral’nykh resursov. 2019, no. 5, pp. 195–202. (In Russ.).Осетковский И.В., Козырев Н.А., Гусев А.И., Крюков Р.Е., Попова М.В. Износостойкость металла, наплавленного порошковыми проволоками систем Fe – C – Si – Mn – Ni – Mo – W – V и Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo – V // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 4 (22). С. 21–24.Osetkovskii I.V., Kozyrev N.A., Gusev A.I., Kryukov R.E., Popova  M.V. Wear resistance of metal deposited with powder wires of Fe – C – Si – Mn – Ni – Mo – W – V and Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo – V systems. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2017, no. 4 (22), pp. 21–24. (In Russ.).Пат. 2641590 РФ. МПК8 B23 К35/36 В 23 К35/36 Порошковая проволока / Козырев Н.А., Гусев А.И., Галевский Г.В., Крюков Р.Е., Осетковский И.В., Усольцев А.А., Козырева О.А.; заявл. 22.06.2016; опубл. 18.01.2018. Бюл. № 2.Kozyrev N.A., Gusev A.I., Galevskii G.V., Kryukov R.E., Osetkovskii I.V., Usol’tsev A.A., Kozyreva O.A. Flux-cored wire. Pa­tent RF no. 2641590 MPK8 B23 K35/36 B 23 K35/36. Byulleten’ izobretenii. 2018, no. 2. (In Russ.).Гусев А.И., Козырев Н.А., Кибко Н.В., Попова М.В., Осетковс­кий И.В. Исследование свойств порошковой проволоки системы Fe – C – Si – Mn – Cr – Mo – Ni – V – Co для упрочнения узлов и деталей оборудования горнорудной и угледобывающей отраслей // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2017. № 3. С. 135–140.Gusev A.I., Kozyrev N.A., Kibko N.V., Popova M.V., Osetkovskii  I.V. Investigation of properties of the flux-cored wire of Fe – C – Si – Mn – Cr – Mo – Ni – V – Co system for hardening of nodes and parts of equipment of mining and coal mining industries. Naukoemkie tekhnologii razrabotki i ispol’zovaniya mineral’nykh resursov. 2017, no. 3, pp. 135–140. (In Russ.).Мамонтов М.М., Коновалов А.Н., Полевой Е.В., Шелухин А.А. Выявление внутренних дефектов в готовых рельсах // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 7. С. 2–6.Mamontov M.M., Konovalov A.N., Polevoi E.V., Shelukhin A.A. Identification of internal defects in finished rails. Put’ i putevoe khozyaistvo. 2018, no. 7, pp. 2–6. (In Russ.).

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