CC BY
22
МЕХАНИКА, МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 669.187.56
С. Н. ЖЕРЕБЦОВ
ЗАО «Омский завод специальных изделий»
ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ КРУПНЫХ ЛИСТОВЫХ СЛИТКОВ_
Рассматриваются способы получения крупного слитка прямоугольного сечения как традиционными способами литья в мартеновских и электродуговых печах, так и специальными методами переплава.
В настоящее время в химическом, нефтяном и газовом машиностроении широко применяются холоднокатаные листовые стали с пределом прочности более 220 кг/мм2. К этим сталям предъявляются высокие требования по пластичности и усталостной прочности,
Одним из основных путей повышения пластических свойств является повышение общей чистоты металла от вредных примесей, неметаллических включений и газов.
Качество готового листа, его технологические и эксплуатационные свойства зависят от условий передела, а также определяются качеством исходного слитка.
При обычных способах выплавки специальных сталей в мартеновских и электродуговых печах и последующей разливке металла в изложницы крупные листовые слитки поражены такими дефектами, как зональная химическая и фазовая ликвация, междендритные рыхлости, пузыри, плены, внутренние и по-
верхностные трещины. Эти дефекты служат причиной грубых расслоений, крупных скоплений неметаллических включений, волосовин, флокенов, шиферного излома и других дефектов в листе. Наличие этих дефектов вызывает резкое снижение пластических свойств, повышает анизотропию, снижает стойкость изделий из стали, особенно при знакопеременных нагрузках и в агрессивных средах.
Повышение общей чистоты металла, удаление из него вредных примесей и газов, формирование плотной и однородной макроструктуры способствуют улучшению пластических характеристик конструкционных сталей. Такой металл обладает способностью к пластической деформации перед разрушением, что очень важно для изделий, работающих в условиях сложнонапряженного состояния, в агрессивных средах, при низких и высоких температурах.
Листовой прокат особо ответственного назначения подвергается жесткому контролю как у изготовителя, так и у потребителя. Так, например, каждый
> г
холоднокатаный лист из высокопрочных сталей 09Г2С, 10Г2ФБЮ, 15ХСНДи др. проходит контроль на неметаллические включения и наличие дефектов, выявляемых ультразвуковыми установками. При выплавке указанных сталей на свежей шихте в электродуговых печах с электромагнитным перемешиванием и отливке листовых слитков массой 9-13 т металл в листовом прокате имеет характерные дефекты.
Крупным недостатком существующей технологии является невозможность использования отходов производства, так как при выплавке методом переплава качественные показатели по неметаллическим включениям и УЗ К значительно ухудшаются. Таким образом, нельзя было обеспечить производство холоднокатаного листа, предназначенного для изделий ответственного назначения. Повышение требований к качеству листового металла вызвало необходимость изыскания в металлургии способов, позволяющих снижать загрязненность металла вредными примесями, газами и неметаллическими включениями при одновременном улучшении качества структуры слитка. Среди специальных методов переплава (ВДП, ПДП, ЭШП и ЭАП) наибольшее распространение получил электрошлаковый переплав стали и сплавов. Основное преимущество этого процесса состоит в том, что при ЭШП высококачественный слиток можно получить при минимальных дополнительных затратах на несложном и надежном в эксплуатации оборудовании.
В настоящее время ЭШП является единственным из перечисленных методов улучшения качества стали, при котором возможно наплавление крупного слитка прямоугольного сечения с поверхностью, не требующей какой-либо обработки перед последующим переделом.
Качество поверхности листовых слитков ЭШП широкого сортамента марок (средне- и сложнолегиро-ванные конструкционные, аустенитные и ферритные нержавеющие, углеродистые и др.), выплавленных в оптимальном диапазоне скоростей наплавления, получено удовлетворительное: отсутствуют характерные для обычной стали наружные и подкорковые дефекты типа «оспы», свищей, заворотов, плен, раковин, песочин и т.п.
Для получения хорошей поверхности важное значение имеет относительно плавное регулирование вводимой мощности и «жидкий старт» плавки.
Специальным режимом охлаждения, накапливанием и термической обработкой слитков обеспечивается отсутствие на них трещин. Для этих целей используются неотапливаемые стенды,с футерованными колпаками, а также термические печи с выкатными поддонами и отапливаемые колодцы. Режимы термической обработки слитков экспериментально выбираются с учетом фазового состава стали, ее физико-механических свойств, развеса слитка и условий дальнейшего передела. Для ряда марок сталей были разработаны специальные режимы термической обработки. Поверхность слябов также удовлетворительна. Отсутствие дефектов позволяет производить прокатку слитков непосредственно на лист, минуя ремонт слябов.
Для слитка характерны плотное строение и отсутствие обычных ликвационных дефектов типа У-об-разной сегрегации — «усов». Макроструктура металла ЭШП в слябах также отличается значительной плотностью и однородностью. Излом переплавленной стали имеет вязкое волокнистое строение; шиферность, газовые пузыри, расслоение и другие дефекты отсутствуют.
Для металла ЭШП характерна высокая однородность по химическому составу. Достаточно отметить,
что отклонения содержания тегирующих элементов и углерода от среднего значения не превышают 0,012-0,022 %, а фосфора и серы - 0,001-0,0015 %. Наряду со значительным снижением содержания серы при ЭШП это способствует повышению изотропности свойств сляба.
При переплаве мартенситностареющей низкоуглеродистой стали содержание углерода сохранилось на уровне 0,015-0,02 %. Некоторый угар при ЭШП кремния, титана и алюминия компенсируется их повышенным содержанием в исходной стали.
При предъявлении к качеству металла особо жестких требований (например, высокой полируемости и т.п.) технология производства корректируется вчасти раскисления исходной стали, снижения скорости переплава при ЭШП, состава флюса и т.д. В частности используются шлаковые системы СаР3-А1203, СаР,2-А12Оэ-СаО-5Юг-МдО и др.
Содержание газов при ЭШП снижается не в одинаковой степени для сталей различных классов. Например, содержание азота в конструкционной стали снижается примерно на 22-35 %, тогдакак в нержавеющей стали с титаном азот при ЭШП практически не удаляется.
Общая загрязненность металла включениями при ЭШП снижается в 3-4 раза. Особенно интенсивно удаляются включения, содержащие ЗЮ2 и сульфиды.
Установлено, что металл ЭШП имеет более высокие пластические свойства, значения свойств более стабильны в пределах плавки и слитка, значительно выше ударная вязкость при испытаниях на образцах с надрезом.
Установлена также более высокая плотность электрошлаковой стали и соответственно лучшие показатели при испытаниях на герметичность. Чрезвычайно важным показателем, определяющим высокую эффективность разработанной и внедренной технологии, является стабильность технологии и результатов контроля.
Таким образом, получение листовых электрошлаковых слитков обеспечило существенное улучшение качества металла по таким параметрам, как однородность химического и фазового состава и механических свойств, общая загрязненность неметаллическими включениями и их максимальные размеры, содержание серы и газов, физическая плотность металла, поверхность слитков и слябов, наличие дефектов, выявленных УЗК.
Решение частных задач по получению листа с особыми требованиями по отдельным качественным показателям достигается варьированием такими параметрами, как технология исходной плавки, скорость переплава, состав шлака и атмосферы в кристаллизаторе.
Разработанная технология обеспечивает высокую стабильность качественных показателей металла.
Библиографический список
1. Патон Б.В. и др. Электрошлаковая выплавка крупнотоннажных слитков с модуляцией мощности. // Рафинирующие переплавы. -Вып. 2. - Киев: Наукова думка, 1975. - С. 100-105.
2. Богаченко А.Г. и др. Состояние производства электрошлакового листа за рубежом. // Проблемы электрошлаковой технологии. - Киев, 1978. - С. 234-254.
ЖЕРЕБЦОВ Сергей Николаевич, генеральный директор ЗАО «Омский завод специальных изделий».
