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.

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 С^о 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

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 

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 .

Рис.1.

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

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

                                                                                                         Таблица №5

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.