1 ПОДГОТОВЛЕН Саморегулируемой организацией Ассоциация "Национальное Агентство Контроля Сварки" (СРО Ассоциация "НАКС") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 "Сварка и родственные процессы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 июня 2021 г. N 548-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 3581:2016 "Материалы сварочные. Электроды покрытые для ручной дуговой сварки коррозионно-стойких и жаростойких сталей. Классификация" (ISO 3581:2016 "Welding consumables - Covered electrodes for manual metal arc welding of stainless and heat-resisting steels - Classification", IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом ISO/TC 44 "Сварка и родственные процессы", подкомитетом SC 3 "Сварочные материалы".

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВЗАМЕН ГОСТ Р ИСО 3581-2009

Настоящий стандарт устанавливает классификацию покрытых электродов для ручной дуговой сварки коррозионно-стойких и жаростойких сталей, основанную на химическом составе металла шва, типе покрытия электрода и других свойствах электрода, а также на механических свойствах металла шва в состоянии после сварки или после термической обработки.

Настоящий стандарт устанавливает общие технические требования, обеспечивающие классификацию по системе на основе номинального химического состава или по системе на основе марки сплава:

a) разделы, подразделы и таблицы с указанием "классификация по номинальному составу" или по ИСО 3581-A применимы только для покрытых электродов, классифицированных по этой системе;

b) разделы, подразделы и таблицы с указанием "классификация по марке сплава" или по ИСО 3581-B применимы только для покрытых электродов, классифицированных по этой системе;

c) разделы, подразделы и таблицы без указания классификации применимы для покрытых электродов, классифицированных по обеим системам.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

ISO 544, Welding consumables - Technical delivery conditions for filler materials and fluxes - Type of product, dimensions, tolerances and markings (Материалы сварочные. Технические условия поставки присадочных материалов и флюсов. Тип продукции, размеры, допуски и маркировка)

ISO 2401, Welding consumables - Covered electrodes - Determination of the efficiency, metal recovery and deposition coefficient (Материалы сварочные. Электроды покрытые. Метод определения эффективного переноса металла электрода и коэффициента наплавки)

ISO 6847, Welding consumables - Deposition of a weld metal pad for chemical analysis (Материалы сварочные. Наплавка металла для химического анализа)

ISO 6947:2011, Welding and allied processes - Welding positions (Сварка и родственные процессы. Положения при сварке)

ISO 13916, Welding - Guidance on the measurement of preheating temperature, interpass temperature and preheat maintenance temperature (Сварка. Руководство по измерению температуры предварительного подогрева, межслойной температуры и температуры сопутствующего подогрева)

ISO 14344, Welding consumables - Procurement of filler materials and fluxes (Материалы сварочные. Поставка присадочных материалов и флюсов)

ISO 15792-1:2000, Welding consumables - Test methods - Part 1: Test methods for all-weld metal test specimens in steel, nickel and nickel alloys (Материалы сварочные. Методы испытаний. Часть 1. Методы испытаний образцов наплавленного металла из стали, никеля и никелевых сплавов)

ISO 15792-3, Welding consumables - Test methods - Part 3: Classification testing of positional capacity and root penetration of welding consumables in a fillet weld (Материалы сварочные. Методы испытаний. Часть 3. Классификационные испытания сварочных материалов по положению при сварке и глубине проплавления корня углового шва)

ISO 80000-1:2009, Quantities and units - Part 1: General. Corrected by ISO 80000-1:2009/Cor 1:2011 (Величины и единицы. Часть 1. Общие положения).

В настоящем стандарте применены две системы классификации для указания химического состава наплавленного металла шва, полученного конкретным электродом.

При классификации "по номинальному составу" используют обозначения номинального содержания легирующих элементов, расположенные в определенном порядке, и некоторые другие символы для обозначения низкого, но значимого содержания других элементов, уровень содержания которых нельзя выразить целым числом. При классификации по "марке сплава" используют обозначения групп элементов, состоящие из трех или четырех цифр, и, в отдельных случаях, дополнительный знак или знаки для модификаций содержания каждого исходного элемента в группе. Обе системы включают в себя дополнительные обозначения для указания других требований классификации.

В таблице 1 представлены требования к испытаниям, необходимым для классификации электродов по каждой системе классификации.

В большинстве случаев конкретный электрод может быть классифицирован по обеим системам. В этих случаях допускается применять одно из классификационных обозначений или оба обозначения.

Примечание - Состав электродного стержня, который может значительно отличаться от состава металла шва, не является критерием при классификации.

Обозначения химического состава металла шва, определенного в соответствии с разделом 5, указаны в таблице 2. Металл шва, полученный при использовании покрытых электродов, указанных в таблице 2 в соответствии с разделом 6, должен также соответствовать требованиям к механическим свойствам, указанным в таблице 3.

Тип покрытия электрода во многом определяет условия применения электрода и свойства металла шва. Описание типов покрытия приведено в приложении A.

Обозначение положения при сварке должно соответствовать таблице 5A или 5B. Обозначение в таблице 5B определяется в соответствии с разделом 7.

Химический анализ наплавленного металла шва может быть проведен на любом соответствующем образце. В спорных случаях следует использовать образцы, изготовленные в соответствии с ИСО 6847. Результаты химического анализа должны удовлетворять требованиям таблицы 2 для испытуемой классификации.

Может быть использован любой аналитический метод, но в спорных случаях следует использовать общепринятые опубликованные методы.

Испытания на растяжение и другие необходимые испытания должны быть выполнены в соответствии с таблицей 3 (в состоянии после сварки или в состоянии послесварочной термической обработки). Образец наплавленного металла типа 1.3 изготавливают в соответствии с ИСО 15792-1:2000, условия сварки приведены в 6.2 и 6.3.

Температуру предварительного подогрева и межслойную температуру выбирают в соответствии с типом металла шва, как указано в таблицах 6A и 6B.

Межслойная температура должна быть измерена с применением термокарандашей, контактных термометров или термопар по центру сварного элемента на расстоянии 25 мм от края кромки (см. ИСО 13916).

Температура металла между проходами не должна превышать температуры, указанной в таблицах 6A и 6B. Если после какого-либо прохода температура между проходами превышена, то испытуемый образец должен быть охлажден на воздухе до температуры ниже верхнего предела.

Для электрода диаметром 4 мм и образца типа 1.3 (ИСО 15792-1:2000) каждый слой следует выполнять за два прохода. Количество слоев должно быть от семи до девяти.

Направление сварки при выполнении прохода не должно изменяться. Каждый проход должен быть выполнен при токе, составляющем 70 - 90% от максимального значения, рекомендованного производителем.

Независимо от типа покрытия сварка должна вестись на переменном токе, если рекомендован переменный и постоянный ток, и на постоянном токе обратной полярности, если рекомендован только постоянный ток.

Полученные фактические испытательные значения должны соответствовать требованиям ИСО 80000-1:2009, B.3, правило A. Если измеренные значения получены с помощью оборудования, откалиброванного в единицах, отличных от указанных в настоящем стандарте, измеренные значения должны быть преобразованы в единицы настоящего стандарта до округления. Если среднее значение необходимо сравнить с требованиями настоящего стандарта, округление должно выполняться только после расчета среднего значения. Округленные результаты должны соответствовать требованиям соответствующей таблицы для тестируемой классификации.

Если испытание не соответствует требованиям, это испытание следует повторить дважды. Результаты двух повторных испытаний должны соответствовать требованиям. Образцы для повторного испытания могут быть взяты из первичного испытательного образца или из одного или двух новых испытательных образцов. Для химического анализа повторное испытание должно проводиться только для конкретных элементов, которые не отвечают требованиям к испытаниям. Если результаты одного или двух повторных испытаний не соответствуют требованиям, испытываемый материал считается не отвечающим настоящим техническим требованиям для этой классификации.

В случае если во время подготовки или после завершения испытания четко определено, что установленные или надлежащие методики не были соблюдены при подготовке образца или образцов для испытаний или при проведении испытаний, то испытание считается недействительным, независимо от того, были ли испытания фактически завершены или результаты испытаний соответствовали или не соответствовали требованиям. Эти испытания должны быть повторены, следуя надлежащим установленным методикам. В этом случае удвоения количества образцов не требуется.

Технические условия поставки должны соответствовать требованиям ИСО 544 и ИСО 14344.

Обозначение покрытых электродов должно соответствовать примерам 11A и 11B.

Покрытие электрода для ручной дуговой сварки может существенно отличаться в разных классификациях. Обе системы классификации, приведенные в настоящем стандарте, используют обозначения основных составляющих покрытия. Ниже приведено краткое описание каждого покрытия с указанием основных характеристик.

Примечание - По системе A (классификация по номинальному составу) не делается различия между рутиловым и кислым типами покрытия, в отличие от системы B (классификация по марке сплава).

Настоящее приложение основано на статье [3].

Содержание феррита в металле шва коррозионно-стойкой стали имеет важное значение при производстве и эксплуатации сварной конструкции. Во избежание затруднений определенное содержание феррита часто регламентируют. Традиционно содержание феррита указывалось в процентах, но в настоящее время, согласно ИСО 8249, используется ферритное число (FN).

Наиболее важным и полезным эффектом феррита в сварных швах из номинально аустенитных коррозионно-стойких сталей является хорошо известная зависимость между понижением склонности к горячим трещинам и наличием самого феррита. Помимо других факторов, минимальное содержание феррита, необходимое для обеспечения отсутствия горячих трещин, зависит от химического состава металла шва. Максимальное содержание феррита определяется возможным его влиянием на механические и коррозионные свойства. Требуемое содержание феррита может быть установлено подбором соотношения содержания ферритообразующих элементов (таких как хром) к содержанию аустенитообразующих (таких как никель) в пределах, допускаемых соответствующими техническими требованиями.

Содержание феррита, как будет отмечено ниже, обычно определяется с помощью магнитометрической аппаратуры и выражается ферритным числом. Содержание феррита можно также определить с помощью структурных диаграмм. Как наиболее точную рекомендуется использовать структурную диаграмму Совета по исследованиям в области сварки (WRC) [4]. Химический состав сплава связывается со структурой посредством группировки ферритообразующих элементов в так называемый эквивалент хрома, а аустенитообразующих элементов - в "эквивалент никеля". Диаграмма WRC-1992 позволяет предсказать структуру с точностью до +/- 4 FN при расчетном содержании феррита до 18 FN. Диаграмма может быть использована для значений ферритных чисел до 100 (то есть ее можно использовать для дуплексных сталей).

Принято считать, что образование горячих трещин зависит от характера кристаллизации. Конечное содержание феррита и его морфология зависят от реакций в процессе кристаллизации и, в дальнейшем, в твердой фазе. Склонность к горячим трещинам в зависимости от характера кристаллизации снижается в следующем порядке: однофазный аустенитный, первичный аустенитный, смешанный тип и однофазный феррит, первичный феррит. Ферритное число и характер кристаллизации зависят преимущественно от химического состава, но их связь не всегда однозначна. Однако имеется система стандартизации, которая позволяет более практично регламентировать и измерять содержание феррита на ее основе.

Содержание феррита в металле шва определяется не только выбором присадочного металла. Кроме влияния доли основного металла, содержание феррита в металле шва может существенно зависеть от режима сварки. Несколько факторов могут изменить химический состав металла шва. Наиболее важным из них является азот, который может попасть в металл шва через сварочную дугу. Высокое напряжение дуги может привести к значительному уменьшению ферритного числа. Другими факторами являются снижение содержания хрома за счет окисляющих веществ в покрытии или увеличение углерода за счет диссоциации CO₂. Весьма высокое тепловложение может также оказать влияние, особенно на дуплексные стали. Если выявлено существенное отличие содержания феррита в наплавленном металле от значения в сертификате производителя, то вероятно, что причиной такого отличия являются один или несколько из вышеуказанных факторов.

Коррозионно-стойкие стали, как основной металл, обычно поставляются после гомогенизации и закалки. Большинство сварных соединений, напротив, вводятся в эксплуатацию в состоянии после сварки. В некоторых случаях может или должна выполняться после сварки термическая обработка. Она может стать причиной некоторого уменьшения магнитометрически определяемого FN и даже его снижения до нуля. Влияние термической обработки на механические и коррозионно-стойкие свойства может быть значительным, но здесь не рассматривается.

B.7.1 Содержание феррита должно быть согласовано сторонами, заинтересованными в качестве сварной конструкции из коррозионно-стойкой стали. Этими сторонами могут быть: производитель присадочного материала, изготовитель сварной конструкции, регулирующий орган и страховая компания. Поэтому необходимо, чтобы метод определения содержания феррита был воспроизводимым.

Ранее для определения содержания феррита в металле шва из коррозионно-стойкой стали широко использовалась металлография. В зависимости от реактива для травления воздействовали либо на феррит, либо на аустенит, отличая феррит в аустенитной матрице. Ферритная фаза очень мелкая, неоднородная по форме и неравномерно распределена в матрице. Надежность и воспроизводимость этого метода были низкими. Более того, металлографические исследования требуют разрушения образца, что не всегда выполнимо для контроля качества на производстве.

B.7.2 Феррит, как ферромагнетик, легко отличим от аустенита. Магнитные свойства аустенитного металла шва пропорциональны содержанию в нем феррита. На магнитные свойства также влияет состав феррита (чем больше легирующих примесей в феррите, тем слабее его магнитные свойства по сравнению с ферритом, имеющим меньшее содержание этих примесей). Поэтому такое свойство может быть использовано для определения содержания феррита, если возможно применить аттестованную методику калибровки магнитных средств измерения.

Следует проводить калибровку таким образом, чтобы результаты можно было напрямую преобразовать в "процент феррита". Из-за вышеуказанного влияния состава феррита и, как оказалось, невозможности достичь единогласия по действительному "проценту феррита" была введена произвольная шкала FN. Первоначально FN считалось достоверным показателем "процента феррита" в металле шва типа 19 9 или 308, однако дальнейшие исследования показали, что FN заметно завышает FN в металле шва. С точки зрения практики это не важно. Значительно более важной является возможность различных измерительных служб воспроизвести одни и те же результаты с малым разбросом по содержанию феррита в данном сварном образце, а система измерения FN позволяет это выполнить.

B.7.3 Калибровка конкретного лабораторного оборудования, основанная на системе измерения FN, осуществляется с использованием первичных стандартных образцов, которые представляют собой основу из углеродистой стали с нанесенным немагнитным покрытием стандартной толщины. Такие стандартные образцы доступны для получения из Национального института стандартов и технологий США (NIST). Каждому такому образцу присваивается FN в соответствии с таблицей 1 ИСО 8249:2000 [1]. Кроме того, в системе FN оборудование, калиброванное по первичным стандартным образцам, может быть использовано для присвоения FN образцам наплавленного металла шва, которые, в свою очередь, могут быть использованы как вторичные стандартные образцы для калибровки различных других измерительных устройств, более удобных в производственных или монтажных условиях.

B.7.4 При многократных испытаниях в разных лабораториях с использованием первичной или вторичной калибровки было установлено, что при определении FN на заданных образцах металла шва воспроизводимость составляет не более +/- 1 FN в диапазоне от 0 FN до 28 FN, предусмотренном в ИСО 8249. Это более высокая воспроизводимость, чем получаемая металлографическими методами. Были разработаны принципы для расширения системы диапазонов FN, предназначенных для дуплексных сталей, и эта информация была опубликована в ИСО 8249. Вторичные стандартные образцы теперь также доступны в Национальном институте стандартов и технологий (NIST, Гейтерсберг. Мэриленд, 20899, США). Ранее вторичные стандартные образцы можно было получить в Институте сварки (TWI, Эбингтон-Холл, Эбингтон, Кэмбридж, CB1 6AL, Великобритания).

При регламентировании и определении содержания феррита важно оперировать с действительно достижимыми для сварного образца числами. Нереально указывать и пытаться измерять нулевое FN в номинально полностью аустенитном металле шва. Максимальная величина FN, равная 0,5 FN, вполне реальна и достижима.

Не следует регламентировать и пытаться измерять FN в диапазоне, близком к величине воспроизводимости (погрешности) процесса сварки и измерения. Таким образом, регламентация диапазона от 5 до 10 FN или от 40 до 70 FN реальна и достижима. Однако диапазоны от 5 до 6 FN и от 45 до 55 FN нереалистичны. Также не следует регламентировать и ожидать, что измерения ферритных чисел на криволинейных поверхностях, поверхностях вблизи кромок и сильно магнитных материалов или на необработанных поверхностях (содержащих "чешуйки" шва) будут совпадать с измерениями на гладкой обработанной поверхности шва по его центру.