Электрошлаковая плавка низкоуглеродистых сталей

Затворы шлюзовые производства ООО «АРМАМАШ»
28.10.2019

Электрошлаковая плавка низкоуглеродистых сталей

Преимущества метода электрошлакового центробежного кокильного переплава (ЭШЦКЛ) при изготовлении корпусных заготовок кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры.

К корпусным заготовкам арматуры в соответствии с ГОСТ 33260-15 «Материалы, применяемые в арматуростроении»,  «НП 068-05 Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования» , а также отраслевой нормативной документации (Роснефть, Газпром ) предъявляются достаточно жесткие требования по прочности , ударной вязкости, коррозионной стойкости, морской коррозии, хладостойкости, плотности и однородности структуры металла, точности соблюдения химического состава.

ЭШЦКЛ обеспечивает получение ниже перечисленных прочностных и технологических возможностей реального производства кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры.

   1.Прочность. (волокнистая структура за счет действия центробежных сил).

   2.Плотность и однородность структуры металла.

   3. Повышенная хладостойкость.

   4. Возможность изменения химсостава и модификации (нанотехнологии) в процессе получения отдельно взятой заготовки.

    5.Получение заготовок в мелкосерийном и единичном производстве.

В статье рассмотрены способы  получения повышенных прочностных характеристик с применением нанопроцессов.

     

 Одним из показателей качества литых заготовок являются ударная вязкость КСU и КСV и величина вязкой составляющей в структуре излома ударных образцов. Высокие показатели уровня механических и эксплуатационных свойств отливок заготовок корпусов кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры из низкоуглеродистых сталей достигаются при комплексном воздействии на процессы структурообразования отливки, включающем электрошлаковый переплав, модифицирование расплава комплексными добавками, формирование отливки под воздействием центробежных сил и термообработка отливок по уточненному режиму. 

При электрошлаковом переплаве на установке КТМЭЛ-1, на которой производится изготовление корпусных заготовок кранов шаровых, капли металла, проходя через слой шлака, температура которого обычно на 150-200 0С выше температуры плавления стали, интенсивно рафинируется (очищается) от вредных примесей (фосфор, сера) и неметаллических включений. Обычно после накопления достаточного объема металла в расплав вводится ферромарганец, ферросилиций, науглераживатель для получения требуемого химического состава и алюминий для предварительного раскисления. Окончательное раскисление выполняется специальной комплексной добавкой, содержащей редкоземельные металлы  (РЗМ).

Ввод модифицирующих комплексов (НМК) дает получение дополнительных качественных показателей. Для опытных плавок ввод осуществляли в контейнере из стальной трубы, приваренной на штангу. Ввод  добавок в контейнере обеспечивал их гарантированное усвоение расплавом, предотвращая от растворения  НМК.                                        

                                 Химический состав сталей серийной и опытных плавок.

                                                                                                                        Таблица №1.

№ плавки. Химический состав, в %
C Mn Si Cr Ni Mo  Ti Cu S P
Исходная 0.17 0.58 0.35 0.12 0.1 0.16 0.01 0.19 0.011 0.025
Опытная №1 0.18 0.56 0.33 0.18 0.08 0.17 0.05 0.17 0.012 0.024
Опытная №2 0.17 0.56 0.38 0.16 0.08 0.15 0.06 0.15 0.011 0.024

                                                 

После усвоения добавки расплав выпускался в форму, установленную  на центробежную машину с вертикальной осью вращения.  Отливки по серийной технологии термообработали по режиму нормализация с последующим высоким отпуском. Отливки опытных плавок подвергались термообработке по специальному режиму.

Анализ образцов по серийной технологии показал высокий уровень ударной вязкости KCU при – 60 Со и относительно невысокую вязкую составляющую в изломе образцов после испытаний с V-образным  надрезом.(Таблица №2).

Раскисление РЗМ, ввод в расплавленный металл модифицирующего  комплекса НМК и уточненные режимы термообработки позволяют изменить процесс формирования избыточных фаз  и неметаллических включений, что обеспечивает получение отливок корпусных заготовок кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры с повышенной ударной вязкостью при сохранении уровня прочностных свойств (таблица №2).                                                                                                             

Механические свойства отливок из стали 20 Л, полученных по серийной технологии.                                                                                        Таблица 2

№ плавки Временное сопротивление, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Ударная вязкость при t=-60 0C, кДж/м2 Вязкая составляющая излома
KCU КСV KCU,% KCV, %
1 545 407 30 54 10,9 2,8 43 17
2 524 384 28 58 12,1 4,2 55 33

Сравнительный анализ (Табл. 2,3) показал, что модифицирование стали 20 Л при ЭШЦКЛ обеспечивает повышение ударной вязкости КСU до 16-19 кДж/ м2 и КСV до 10.3-14.5  кДж/м2 при получении корпусных заготовок кранов шаровых.

Механические свойства образцов отливок из модифицированной стали.

                                                                                                          Таблица 3 

 

№ плавки Временное сопротивление, МПа Предел текучести, Мпа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Ударная вязкость при t=-60 0C, кДж/м2 Вязкая составляющая излома
КСU KCV KCU,% KCV, %
3 540 375 31 70 19,5 14,5 85 60
4 520 366 31 72 17,7 10,4 82 65
5 508 355 25 74 16,3 10,3 85 69

Отмечается незначительное снижение предела прочности и предела текучести при сохранении относительного удлинения и относительного сужения. Для отливок из модифицированной стали характерна стабилизация количества вязкой составляющей излома для испытаний KCU на уровне более 80% и для испытаний с острым надрезом на уровне более 60 %.

Анализ микроструктуры образцов показал, что модифицирование ультрадисперсными порошками позволяет сформировать в структуре мелкодисперсную ферритно-перлитную структуру отливок заготовок  кранов  шаровых ,  с мелкими глобулярными неметаллическими включениями, расположенными в осях дендритов .

pastedGraphic.png

Рис.1.

pastedGraphic_1.png

Рис.2.

Результаты испытаний ударной вязкости отливок и анализ перлитно-ферритной микроструктуры ударных образцов показывают взаимосвязь размера перлита и ударной вязкости отливок, полученных методом ЭШЦКЛ (Рис. 1, Рис.2.).

Разработанная технология получения отливок корпусных заготовок кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры из сталей по ГОСТ 33260-15 показал существенное улучшение механических и эксплуатационных показателей. Полученные данные приведены в таблицах №4 и  №5.                                                                                            

Механические свойства отливок корпусных заготовок кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры из низкоуглеродистых сталей, изготовленных по серийной технологии.                                         

Таблица №4

Сталь Механические свойства
Предел прочности,МПа Предел текучести,МПа Относительное удлинение,% Относительное сужение,% Ударная вязкость KCV при t=-60 0C, кДж/м2
09Г2СЛ 519 370 30 52 3.0-
25Л 461 285 25 60 1.0-
20ГЛ 500 400 31 50 2.0
20ХГСФЛ 600 450 28 48 3.0
12ХГФЛ 543 345 27 54 2.0

                                                                                             

Механические свойства отливок корпусных заготовок кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры из низкоуглеродистых сталей , раскисленных РЗМ и модифицированных нанодисперсными частицами.

                                                                                                         Таблица №5

Сталь Механические свойства
Предел прочности,МПа Предел текучести,МПа Относительное удлинение,% Относительное сужение,% Ударная вязкость KCV при t=-60 0C, кДж/м2
09Г2СЛ 605 450 32 69 14.6
25Л 621 455 26 70 8.3
20ГЛ 500 400 35 65 12.0
20ХГСФЛ 600 450 34 68 13.4
12ХГФЛ 599 438 30 70 15.8

На основе вышеизложенного можно сделать следующие выводы. 

1. Раскисление РЗМ и модифицирование нанодисперсными частицами тугоплавких материалов  при электрошлаковом центробежном кокильном литье позволяет изготовить отливки корпусных заготовок кранов шаровых и другой запорно-регулирующей арматуры  из большого перечня сталей, с высоким уровнем хладостойкости.

        2.Ввод в расплав специальной добавки, содержащей РЗМ, позволяет повысить эффективность модифицирования нанодисперсными частицами тугоплавких материалов.

       3.Комплексный подход, включающий глубокое раскисление расплава добавкой, содержащий РЗМ, ввод модифицирующих комплексов НМК, содержащих нанодисперсные частицы тугоплавких материалов и уточнение режимов термообработки отливок из низкоуглеродистых сталей позволяет  повысить   ударную вязкость  KCV при t=-60 0C   до 8-15 кДж/м2 

Результаты экспериментальных данных при получении отливок предоставлены специалистами в области модифицирования литейных процессов Миннехановым Г.Н. и Миннехановым Р.Г.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *