CC BY
99
УДК 621.743.3.44
С. Н. ЖЕРЕБЦОВ Ю. В. РОМАНОВСКИЙ
ЗАО «Омский завод специальных изделий»
Омский государственный технический университет
ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ СТРУЖКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ_
Рассмотрен способ электрошлакового переплава отходов (стружки) высоколегированных сплавов. Указаны режимы переплава, состав используемого флюса. Приведен в таблицах химический анализ и механические свойства исследуемого сплава. Электрошлаковый переплав стружки позволяет использовать возврат собственного производства для слитков, что значительно повышает коэффициент использования металла без снижения качества, надежности и работоспособности металлоизделий.
В машиностроительном производстве, после механообработки металлоизделий на станочном парке накапливается большое количество стружки высоколегированных сталей и сплавов, которая тяжело брикетируется, а следовательно, и затруднена дальнейшая переработка, утилизация. Переплав отходов дорогостоящих легированных сталей и сплавов в индукционных, дуговых печах, мартенах ведет к повышенному угару железа и легирующих элементов, и поэтому остро встает вопрос о качественной утилизации отходов.
Поэтому была опробована технология электрошлакового переплава (ЭШП) [ 1 ] дробленой стружки размером 1,0+2,5 мм сплавов ЖС6К, ЖС6У, ХН70ВМТЮФ (ЭИ617).
Сплав ХН70ВМТЮФ относится к дисперсионно-твердеющим и применяется в турбостроении для изготовления рабочих лопаток, турбинных дисков, колец и других деталей газовых турбин, для изготовления химической аппаратуры, подвергающейся при работе одновременному воздействию агрессивных среди механических нагрузок. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах серной и фосфорной кислот, в газоконденсатных средах, содержащих повышенное количество сероводорода и углекислого газа. Вместе с тем сплав ЭИ617, наряду с высокой прочностью, обладает достаточным запасом пластичности и ударной вязкости при низких температурах, что указывает на возможность его использования в криогенной технике.
Сплав относится к труднодеформируемым из-за высокого сопротивления деформации при температурах нагрева ковки начала 1180°С, конца 1060°С,под горячую обработку давлением, что связано с высоким содержанием никеля и титана.
Для нагрева под закалку применяют печи вакуумные или с защитной атмосферой во избежание обеднения поверхностных слоев изделия титаном, алюминием, хромом и т. д.
Для этого технологического процесса электрошлакового переплава было использовано следующее оборудование. Плавильная емкость для повышения КПД процесса электрошлакового переплава, футерована хромомагнезитовым кирпичом марки ПМ-1, источник питания — трансформатор ТШС-10000-1 с
жесткой вольтамперной характеристикой. Переплав и поддержание шлаковой ванны с высокой температурой плавки вели с использованием нерасходуемого электрода изготовленного из вольфрамового, молибденового или графитового стержня, закрепленного в инвентарной головке электрододержателя установки.
Размельченная стружка с плотностью насыпной массы 1,2+2,2 г/см3 непрерывно и равномерно с заданной скоростью поступает из бункера-накопителя, через шнековый питатель и направляющий лоток, в шлаковую ванну, наведенную с «твердого старта».
Переплав стружки и накопление жидкого металла вели при токе короткой цепи =6000+7000 А, напряжении исо =47 В. Скорость подачи стружки 4+5 кг/мин., глубина шлаковой ванны 200+220 мм. Использовали флюс разных марок: 60% АНФ-6 и 40% АН-291, состав флюса для переплава получался следующим [2] (табл. 1).
Применяемый флюс характеризуется меньшей основностью, чем АНФ-6, но обеспечивает при равной вводимой мощности повышение температуры шлаковой ванны на 90+110°С, а следовательно, и полное расплавление частиц стружки. В конце переплава основность шлака уменьшалась с 3,8 до 3,4, а его окислительная способность повышается вследствие увеличения содержания РеО.
По окончании процесса электрошлакового переплава и накопления жидкого металла в литейной емкости его заливали в металлические кокиля. Проведенный химический анализ слитков показал, что в результате переплава уменьшилось содержание С, Сг, Б!, Мп, "П, А1, Мо, Ш и т.д., это связано с угаром, максимум которого отмечается в конце переплава, когда возрастает окислительная способность шлака. Источниками окисления может являться тонкая пленка окислов, кислот, масел и т.д. на поверхности стружки и, вероятно, кислород, водород, азот, проникающий в шлаковую ванну при падении частиц стружки.
В процессе переплава стружки шлаковую ванну не раскисляли. По химическому составу полученные слитки соответствуют требованиям ГОСТов и ТУ заводов-изготовителей. Проводился входной контроль химического состава изделий, подвергающихся механообработке, то есть стружки, которую брали для переплава (табл. 2).
Таблица 1
Марка флюса Массовая доля %
CaF, A12Oj СаО MgO s Р
АНФ-6 58,70 31,30 - 0,015 0,021
АН-291 18,00 40,60 26,40 15,00 0,020 0.030
Переплавляемый флюс 4В.42 35,05 ,. 10,56 6,00 0,017 0,026
Таблица 2
Химический состав, %, сплава ХН70ВМТЮФ
С S1 Мп Cr Ti AI W Mo V Fe S P
Сплав ХН70ВМЮТ ГОСТ 5632-72 0,10-0,16 0,6 0,5 13,0-16,0 1,7-2,2 2,4-2,9 5,0-7,0 2,5-4,0 0,2-1,0 5,0 0,09 0,015
Исходный сплав, изделие (стружка) 0,12 0,45 0,48 14,7 1,9В 2,6 6,3 3,0 0,82 3,8 0,009 0,010
Переплавленный слиток, ЭШП 0,11 0,41 0,42 13,2 1,2 1,9 5,9 2,6 0,61 3,2 0,007 0,009
Таблица 3
Механические свойства сплава ХН70ВМТЮФ
о0, МПа о0 3, МПа 05, % V. % KCU, Дж/см2
ГОСТ 5632-72 ХН70ВМТЮФ £710 S1030 <10 <12 <20
Исходный сплав, изделие 805 1120 22 27 55
Переплавленный слиток, ЭШП 810 1160 25 32 43
Макроструктура продольного сечения слитков характеризуется радиально-кольцевой кристаллизацией, отсутствием зональной (осевой и внеосевой) ликвации Б, Р, крупных неметаллических включений, а также кусочков нерасплавленной стружки.
Для разработанного режима переплава обеспечивается производительность установки 120-140 кг/ч, а удельный расход электроэнергии составляет 1200-И 300 КВт»ч/т, при удельном расходе флюса 80-г 100 кг/т. Установлено, что использование шихтовых слитков, полученных ЭШП при плавке и заливке на индукционных печах, позволяет снизить затраты на предприятиях тяжелого машиностроения до 15+20 %, за счет исключения окисления металла. Дополнительный эффект может быть достигнут улучшением качества подготовки стружки к переплаву, а также применением «жидкого старта» при наведении шлаковой ванны, выплавкой слитков при повышенной вводимой мощности и скорости подачи стружки; увеличением массы выплавляемых слитков. Шихтовые слитки ЭШП рационально использовать для крупных фасонных отливок из высоколегированных сталей и сплавов [3]. При этом можно заменить операции модифицирования и обработки жидкими синтетическими шлаками, которые применяются для отливок, выплавляемых по обычной технологии, в частности, Мя снижения в стали зональной ликвации вредных примесей.
Повышенная чистота шихтовых слитков, полученных по технологии ЭШП, соответствует требованиям, предъявляемым ГОСТом (табл. 3), что благоприятно
сказывается в конечном счете на уровне физико-механических свойств сплаваХН70ВМТЮФ (ЭИ617) [4], после проведенной термообработки по заданному режиму: закалка 1210°С, 2ч, воздух. Закалка 1050°С, 4 ч, воздух, старение 800°С, 16 ч, воздух. Проведенные исследования показывают возможность утилизации электрошлаковым переплавом высоколегированных сталей и сплавов с последующим возвратом металла в виде металлоизделий для нужд основного производства.
Библиографический список
1. Глебов А.Г, Мошкевич Е.И. Электрошлаковый переплав// М. Металлургия. 1978 г., 216с.
2. Якобашвили С.Б. Поверхностные свойства сварочных флюсов и шлаков//Киев. 1970 г., 207 с.
3. Антонов В.А,, Мирошниченко А.Г., Бойко Г.А.,ТкачукЛ.С, Жеребецкий AB. идр. Использование электрошлакового процесса для получения заготовок инструмента из отходов инструментальных сталей на предприятиях Минстанкопрома СССР // Сборник статей. Электрошлаковая технология. Киев: Наук, думка. 1988г. С. 91-94.
4. Химушин Ф.Ф. Развитие жаропрочных сталей в СССР и за рубежом// Сборник статей. Жаропрочные стали и сплавы. М. ОНТИ. 1970г., С. 3-34.
ЖЕРЕБЦОВ Сергей Николаевич, генеральный директор ЗАО «Омский завод специальных изделий», аспирант.
РОМАНОВСКИЙ Юрий Владимирович, студент группы С-510 Омского государственного технического университета.
