blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2023-4-403-409blackmet-2574Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESРазработка порошковой проволоки системы Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V с присадками углеродфторсодержащего материала и титанаDevelopment of flux-cored wire of Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V system with additives of carbon-fluorine-containing material and titaniumhttps://orcid.org/0000-0001-6220-7910УсольцевА. А.Usol’tsevA. A.

Александр Александрович Усольцев, к.т.н., доцент кафедры металлургии черных металлов

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

Aleksandr A. Usol’tsev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy

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

a.us@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7391-6816КозыревН. А.KozyrevN. A.

Николай Анатольевич Козырев, д.т.н., заместитель директора научного центра качественных сталей

Россия, 105005, Москва, ул. Радио, 23/9

Nikolai A. Kozyrev, Dr. Sci. (Eng.), Deputy Director of the Scientific Center for High-Quality Steels

23/9 Radio Str., Moscow 105005, Russian Federation

n.kozyrev@chermet.nethttps://orcid.org/0000-0003-1878-909XБащенкоЛ. П.BashchenkoL. P.

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

Россия, 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, Russian Federation

luda.baschenko@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3394-7941КрюковР. Е.KryukovR. E.

Роман Евгеньевич Крюков, д.т.н., доцент кафедры металлургии черных металлов

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

Roman E. Kryukov, Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy

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

rek_nzrmk@mail.ruЖуковА. В.ZhukovA. V.

Андрей Владимирович Жуков, аспирант кафедры металлургии черных металлов

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

Andrei V. Zhukov, Postgraduate of the Chair of Ferrous Metallurgy

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

Svarka42@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationЦентральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. БардинаРоссияI.P. Bardin Central Research Institute of Ferrous MetallurgyRussian Federation202315082023664403409Copyright © Усольцев А.А., Козырев Н.А., Бащенко Л.П., Крюков Р.Е., Жуков А.В., 20232023Усольцев А.А., Козырев Н.А., Бащенко Л.П., Крюков Р.Е., Жуков А.В.Usol’tsev A.A., Kozyrev N.A., Bashchenko L.P., Kryukov R.E., Zhukov A.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/2574

В работе исследуется качество электродугового покрытия, полученного с использованием порошковой проволоки системы Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V с присадками углеродфторсодержащего материала и титана. Формирование электродугового покрытия осуществляется с помощью аппарата для автоматической дуговой сварки ASAW-1250 с применением новой хромсодержащей порошковой проволоки на пластины из стали марки Ст3. Для исключения перемешивания наплавляемого металла со сталью подложки проводят многослойную наплавку. Режим наплавки рассчитывается и уточняется экспериментальным путем. Авторы исследовали состав и свойства поверхности электродугового покрытия после наплавки. В качестве заменителя аморфного углерода используется углеродфторсодержащий материал (пыль газоочистки алюминиевого производства). Наплавку осуществляли под флюсом, изготовленным из шлака производства силикомарганца с повышенным содержанием серы. Проведенный регрессионный анализ показывает влияние химического состава наплавленного слоя на его твердость и скорость износа. В работе получены математические модели исследуемых эксплуатационных характеристик электродугового покрытия. При увеличении содержания хрома, вольфрама, углерода и кремния повышаются твердость наплавленного металла и устойчивость его к абразивному износу. Результаты проведенных исследований позволяют выработать мероприятия для обеспечения требуемого уровня эксплуатационных характеристик электродугового покрытия и могут использоваться для составления прогноза твердости наплавленного слоя и его износостойкости при изменении химического состава металла, прогнозировать эксплуатационную стойкость прокатных валков, наплавленных проволоками типа ПП-Нп-35В9Х3СФ. Математические модели твердости наплавленного слоя и его износостойкости позволяют уточнить механизм упрочнения и формирования защитных свойств поверхностных слоев прокатных валков посредством электродуговых покрытий, наплавленных порошковыми проволоками.

The paper considers research of quality of the electric arc coating obtained using flux-cored wire of the Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V system with additives of carbon-fluorine-containing material and titanium. The formation of an electric arc coating was carried out using an automatic arc welding machine ASAW-1250 with a new chromium-containing flux-cored wire on plates made of St3 steel. To exclude mixing of the deposited metal with the substrate steel, multilayer surfacing was conducted. The surfacing mode was calculated and refined experimentally. The authors studied the composition and properties of the surface of the electric arc coating after surfacing. As a substitute for amorphous carbon they used a carbon-fluorine-containing material (dust of gas purification of aluminum production). Surfacing was carried out under a flux made from slag produced by silicomanganese with a high content of sulfur. A regression analysis of influence of the deposited layer’s chemical composition on its hardness and wear rate was carried out and mathematical models of the investigated performance characteristics of the electric arc coating were obtained. With an increase in the content of chromium, tungsten, carbon and silicon, hardness of the deposited metal and its resistance to abrasive wear increase. The results of the conducted research make it possible to develop measures ensuring the required level of performance characteristics of the electric arc coating and can be used to make a forecast of hardness of the deposited layer and its wear resistance when the chemical composition of the metal changes, to predict the operational resistance of rolling rolls deposited with wires of the PP-Np-35V9Kh3SF type. Mathematical models of hardness of the deposited layer and its wear resistance help to clarify the mechanism of hardening and formation of protective properties of the surface layers of rolling rolls by means of electric arc coatings deposited with flux-cored wires.

порошковая проволокаэлектродуговое покрытиемногослойная наплавкапрокатные валкитвердостьскорость износаflux-cored wireelectric arc coatingmultilayer surfacingrolling rollshardnesswear rateReferencesMetlitskii V.A. Flux-cored wires for arc welding and surfacing of cast iron. Welding International. 2008;22(11):796–800. https://doi.org/10.1080/09507110802593646Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc welding and surfacing of cast iron. Welding International. 2008;22(11):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 chromium-carbon austenite. Welding International. 2015;29(10):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;29(10):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. 2014;30(3):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. 2014;30(3):316–322. https://doi.org/10.1179/1743284713Y.0000000359Kejžar 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;20(6):961–976. https://doi.org/10.1081/AMP-200060424Kejžar 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;20(6):961–976. https://doi.org/10.1081/AMP-200060424Li 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;30(11):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;30(11):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. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance. Surface Engineering. 2017;33(1):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. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance. Surface Engineering. 2017;33(1):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;13(3):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;13(3):247–250. https://doi.org/10.1179/sur.1997.13.3.247Zhuk Yu. Super-hard wear-resistant coating systems. Mate­rials Technology. 1999;14(3):126–129. https://doi.org/10.1080/10667857.1999.11752827Zhuk Yu. Super-hard wear-resistant coating systems. Mate­rials Technology. 1999;14(3):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 and Interfaces. 2014;8(2): 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 and Interfaces. 2014;8(2): 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;32(4):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;32(4):320–327. https://doi.org/10.1080/02670836.2015.1137410Kirchgaßner M., Badisch E., Franek F. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact. Wear. 2008;265(5-6):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. 2008;265(5-6):772–779. https://doi.org/10.1016/j.wear.2008.01.004Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. Москва: Машиностроение; 1985:240.Hasui A., Morigaki O. Surfacing and Spraying. Moscow: Mashinostroenie; 1985:240. (In Russ.).Патон Б.Е. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Москва: Книга по Требованию; 2021:769.Paton B.E. Technology of Electric Welding of Metals and Alloys by Melting. Moscow: Kniga po Trebovaniyu; 2021:769. (In Russ.).Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. Москва: Металлургия; 1986:544.Gulyaev A.P. Metals Science. Textbook for Universities. Moscow: Metallurgiya; 1986:544. (In Russ.).Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. Москва: Наука; 1970:251.Khrushchov M.M., Babichev M.A. Abrasive Wear. Moscow: Nauka; 1970:251. (In Russ.).Елагина О.Ю. Технологические методы повышения износо­стойкости деталей машин. Москва: Логос; 2009:488.Elagina O.Yu. Technological Methods of Increasing the Wear Resistance of Machine Parts. Moscow: Logos; 2009:488. (In Russ.).Тылкин М.А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. Москва: Металлургия; 1971:608.Tylkin M.A. Improving the Durability of Metallurgical Equipment Parts. Moscow: Metallurgiya; 1971:608. (In Russ.).Данильченко Б.В. Выбор износостойкого наплавленного металла для работы в условиях абразивного изнашивания. Сварочное производство. 1992;(5):31–35.Danil’chenko B.V. Selection of wear-resistant deposited metal for operation under abrasive wear. Svarochnoe proizvodstvo. 1992;(5):31–35. (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)):3–10.Gusev A.I., Romanov D.A., Kozyrev N.A., Gromov V.E., Ivanov Yu.F. Structure of weld of wear-resistant surfacing by flux-cored wire of Fe – C – Si – Mn – Cr – Ni – Mo system. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2021;(2(36)):3–10. (In Russ.).Козырев Н.А., Титов Д.А., Кибко Н.В. Изучение влияния состава порошковой проволоки ПП-Нп-35В9Х3СФ на свойства наплавляемого валика. Актуальные проблемы в машиностроении. 2016;3(3):60–64.Kozyrev N.A., Titov D.A., Kibko N.V. The study of the influence of the composition of flux-cored wire ПП-Нп-35В9Х3СФ on the properties surfaced roller. Actual Problems in Machine Building. 2016;3(3):60–64. (In Russ.).Уманский А.А., Козырев Н.А., Титов Д.А. Экспериментальные исследования влияния состава порошковых проволок систем легирования C–Si–Mn–Cr–V–Mo и C–Si–Mn–Cr–W–V на структуру наплавленного слоя прокатных валков. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2016;(4):74–78.Umanskii A.A., Kozyrev N.A., Titov D.A. The experimental investigations into the influence of the compositions of the cored wires of the C–Si–Mn–Cr–V–Mo andУманский А.А., Козырев Н.А., Титов Д.А. Исследование и разработка новых составов порошковой проволоки для наплавки прокатных валков, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик наплавленного металла. Производство проката. 2016;(5):43–47.perational characteristics of the deposited metal. Proizvodstvo prokata. 2016;5:43–47. (In Russ.).C–Si–Mn–Cr–W–V alloying systems on the build-up mill roll layer structure. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2016;(4):74–78. (In Russ.).Пат. 2641590 РФ. МПК8 B23 К35/36 В 23 К35/36 Порошковая проволока / Н.А. Козырев, А.И. Гусев, Г.В. Галевс­кий, Р.Е. Крюков, И.В. Осетковский и др. Заявл. 22.06.2016; опубл. 18.01.2018.Umanskii A.A., Kozyrev N.A., Titov D.A. Research and development of new compositions of flux-cored wire for surfacing of rolling rolls providing an increase in operational characteristics of the deposited metal. Proizvodstvo prokata. 2016;5:43–47. (In Russ.).Kozyrev N.A., Gusev A.I., Galevskii G.V., Kryukov R.E., Osetkovskii I.V., etc. Flux-Cored Wire. Pat. RF 2641590. 2018. (In Russ.).Kozyrev N.A., Gusev A.I., Galevskii G.V., Kryukov R.E., Osetkovskii I.V., etc. Flux-Cored Wire. Pat. RF 2641590. 2018. (In Russ.).

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