Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

вязкость 2,2 Мн-м/м (22,4 кГ-м/см), а обычная сталь 0,049 Мн-м/м (0,5 кГ-м/см?), что объясняется снижением концентрации углерода ниже 0,01% [148]. Для хромистых сталей существенно снижается температура порога хрупкости. Можно полагать, что с учетом роста емкости ВИП, увеличением стойкости футеровки и применения жидкой завалки этот метод выплавки нержавеющих сталей будет энергично развиваться, особенно в сочетании с последующим вакуумным дуговым переплавом. Производственные мощности ВРШ в США предполагается увеличить к 1980 г. до 1 млн. т.

5. ВЫПЛАВКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ В ВАКУУМНО-ДУГОВЫХ И ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫХ ПЕЧАХ

Вакуумно-дуговой переплав относится к новым способам получения высококачественных сталей.- Отличительной чертой вакуумно-дуговых печей (ВДП) является отсутствие источников загрязнения металла (атмосферы, шлака и футеровки), хорошие условия удаления неметаллических включений газов и примесей цветных металлов, а также направленная кристаллизация, обеспечивающая получение плотного слитка. Схема вакуумной дуговой печи представлена на рис. 63.

Общие особенности переплава в вакуумных дуговых печах и основы их расчета изложены в монографии [149].

Рассмотрим особенности выплавки нержавеющих сталей в ВДП. Обычно плавку ведут при остаточном давлении 1,33-0,133 HJM (10-2- 10-3 ji Емкость печи для производства слитков нержавеющих сталей не ограничивают (в настоящее время в СССР выплавляют слитки массой 40 т и диаметром 1300 мм). В качестве расходуемых электродов применяют катаные, кованые и литые (в кокиль и на УПНРС) штанги, которые перед установкой на печь подвергают торцовке и обдирке (зачистке на абразивных станках). Диаметр .электрода примерно на 100 мм меньше диаметра кристаллизатора, при этом зазор между электродом и стенкой кристаллизатора должен быть больше длины дуги, которая составляет 15-ЗОжж.

Наибольшее влияние на физико-химические процессы, качество металла, а также технико-экономические показатели плавки оказывает сила тока.

Температура жидкой ванны при плавке в ВДП обычно ненамного превышает точку ликвидуса переплавляемой Стали. При повышении силы тока в два раза (с 3 до 6 ка) наблюдается небольшое повышение температуры металла (на 25 град). С увеличением силы тока и вводимой мощности возрастает скорость наплавления. Превышение силы тока сверх оптимальной ведет к ухудшению ра-

Рис. 63. Схема новых способов переплава;

а - переплав в вакуумной дуговой печи; б - переплав в электроннолучевой печи; е - переплав в электрошлаковой печи

финировочных процессов на торце электрода и в жидкой ванне, а также к ухудшению структуры слитка (возникновению ликвационных дефектов, увеличению глубины усадки и т. п.). Для расчета силы тока применяют формулу [150]

/р = Р.

D - диаметр кристаллизатора, см; р - коэффициент, равный 170-400 а\см. Нами изучалось влияние величины рабочего тока на параметры плавки некоторых нержавеющих сталей при ВДП [151]. Ободранные электроды диаметром 280 жлг переплавляли в кристаллизаторах диаметром 370 мм при силе тока 4,5-6,0 ка и напряжении 24,3-26,5 в.

/р - сила тока при рабочем режиме, а;

В табл. 23 приведены данные, характеризующие глубину жидкой металлической ванны в процессе плавки в зависимости от силы тока переплава.

Влияние силы тока на механические свойства нержавеющей стали и макроструктуры не обнаружено. После Таблица 23 переплава при силе тока 4,5 ка содержание газов и неметаллических включений было минимальным, увеличился выход годного металла на 2- 3%, но при этом по сравнению с повышенным токовым режимом усилилось развитие послойной кристаллизации. Опробован дифференцированный режим переплава нержавеющих сталей с постепенным снижением по ходу плавки силы тока и напряжения, обеспечивающий хорошие технико-экономические и качественные показатели. Этот режим оказался весьма эффективным для сталей, не склонных к ликвационным явлениям при кристаллизации. С нашим участием изучалось распределение цветных примесей, неметаллических включений и газов по высоте и сечению слитков нержавеющей стали открытой, электрошлаковой и вакуумно-дуговой плавок [152]. Как видно из табл. 24, вакуумный дуговой переплав обеспечивает существенное снижение содержания в металле цветных металлов, газов и неметаллических включений и в этом отношении имеет преимущества перед способом ЭШП.

Наблюдения за переплавом стали типа Х18Н10Т показывают, что происходит значительный улет марганца, особенно если его начальное содержание составляет более 1,0%. Установлено, что потери марганца составляют 30-40%.

При переплаве сталей с повышенным содержанием марганца наблюдается частая ионизация в плавильном пространстве, нарушается стабильность горения дуг, увеличивается «корона». Содержание других элементов при ВДП практически не меняется. Снижение загрязнен-

<и

&

о. с а а О.

го 5

о о я 5 с У > Т2&

Ч S Щ

та >i о- „

ь CJ о S

о; о; ж s

2 S 5

1 i X

о 00 о

о"

о"

г о"

см о

ю см

ul ri fi со со со

о о - см

о см

i i i

о - ~

о, 03

а: «=< о,

о, CQ

S S rt CJ

а- о

§

1 ё

о g .

е- -3

т • щ со о

«сто

в?. U Й

> . >, ш

а со о со с; f-. Ш с со

ности нержавеющих сталей после ВДП, наличие плотного однородного слитка позволяют существенно повысить служебные свойства металла. Так, например, относительное удлинение нержавеющей стали типа 2Х11НМВФ увеличивается после ВДП с 2 до 18%, а сужение поперечного сечения -с 1,2 до 32,5% [153]. Для переплава сталей с титаном, предназначенных для полированных изделий, важно использовать электроды с минимальным содержанием азота, которые обычно получают после плавки в ВИП.

Преимуществом металла, выплавленного в ВДП, является однородность свойств по сечению изделия. Высокая плотность стали в больших сечениях позволяет исключить течь из систем в условиях больших давлений и натекание в условиях глубокого вакуума.

Влияние различных способов переплава на структуру и механические свойства нержавеющей аустенитпой стали (1Х18Н8 и 06Х18Н9Б) изучено в работе [154]. После выплавки в ВДП повышается изотропность металла. Нержавеющие стали, выплавленные ВДП, широко используются в авиационной технике, атомной теплоэнергетике, приборостроении и других важных отраслях.

Электроннолучевой переплав сочетает в себе возможности вакуумной дуговой плавки с нагревом металла до высокой температуры и более глубоким вакуумом 1,33-• 10-3- 1,33-10-2 12 (10-5 10-4 мм рт. ст.). Принцип метода состоит в том, что пучок электронов высокой мощности бомбардирует и расплавляет электрод, капли с которого падают в медный водоохлаждаемый кристаллизатор. Слиток вытягивается с помощью возвратно-поступательного движения штока (с поддоном). Предусмотрено вращение электрода.

Существуют два основных типа печей: с вертикальным и горизонтальным расположением электродов. Одна из схем электроннолучевой печи приведена на рис. 63. Благодаря тому, что электронный луч греет и металл в кристаллизаторе, т. е. имеется возможность выдерживать жидкий металл при любой температуре в глубоком вакууме длительное время, обеспечиваются благоприятные условия для дегазации и рафинирования стали.

Действующие электроннолучевые печи (ЭЛП) для плавки нержавеющих и других сталей и сплавов мощностью от 60 до 1700 кет позволяют получать слитки массой от 100 кг до 12 т.

Сложность конструкции печей, высокая себестоимость металла, низкая стойкость электронных пушек, связанная с большим газовыделением прн переплаве стали, ограничивают широкое промышленное применение этого метода. Но в настоящее время проведено немало исследований по электроннолучевой плавке нержавеющей стали. Нами изу- \ чался электроннолучевой пе- ; реплав нержавеющей стали ; на печи У-270М конструк- ? ций института электросвар- ки им. Е. О. Патона в кристаллизаторы диаметром ь

120, 150 и 200 жж. "С

В качестве объекта ис- *,

следования выбрали наибо-

лее характерные нержавею-

щие стали: аустенитные

0Х18Н10Т и 00Х16Н15МЗБ, феррито-аустенитную

1Х21Н5Т и феррито-мар-

тенситную 1Х13С2М2, пред-

назначенные для сорта, ли- /

ста и труб.

Исследовали макроструктуру слитков, химический состав, содержание газов, неметаллические включения, макро- и микроструктуру кованых заготовок и физико-механические свойства.

На рис. 64 приведена мак- - , - ,

роструктура слитка стали

00Х16Н15МЗБ Рнс. 64. Макроструктура слнтка ста-

uuiuilioi 10U. 0ОХ16Н15МЗБЭЛП (d=200 мм)

Характерным в структуре является наличие у поверхности слоя мелких кристаллов толщиной 4-5 мм, усадочной раковины, расположенной на глубине 30- 2,Ъмм от верхней кромки слитка, зоны выведения усадочной раковины с наличием мелких равноосных кристаллов. В нижней половине слитка столбчатые кристаллы расположены вдоль оси слитка, в верхней - под углом 35° к оси слитка.