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

Сравнение плотности кованого металла обычной выплавки (8,0099 г/см) с металлом, выплавляемым в ЭЛП (8,0186 г/см), показало, что, несмотря на выплавку в глубоком вакууме и меньший уков (соответственно 11,0 и 6,0), металл, полученный в ЭЛП, имеет большую плотность.

При плавке в ЭЛП происходит интенсивное испарение элементов. Содержание марганца и меди снижается на 50%, свинца, висмута, сурьмы и олова -более чем в два раза, серы и фосфора -на 30-40%, хрома -на 5%i, молибдена-на 4%- Содержание углерода, кремния, никеля и ниобия практически не изменилось. Аналогичные результаты были получены нами, а также в работе [155] при переплаве стали Х18Н10Т. В работе [156] показано, что распределение кремния, никеля и молибдена по сечению и высоте слитка равномерное, степень ликвации углерода, фосфора, серы, титана и меди не превышает 15%. При ЭЛП уменьшается содержание газов в нержавеющих сталях: кислорода -па 40-90%, водорода - в два-три раза, азота -на 50-60% в стали 1Х13С2М2 и на 10-20%- в сталях Х18Н10Т и Х21Н5Т. Соответственно снижается загрязненность стали неметаллическими включениями в четыре-восемь раз. Так, например, в стали lX13C2iVl2 открытой дуговой плавки оксиды и силикаты оцениваются до балла 4,0, глобули -до балла 3,5, после ЭШП соответственно баллы 2,0 и 3,0, после ВДП баллы 1,0 и 2,0 и после ЭЛП баллы 0,5 и 1.

В нержавеющих сталях, стабилизированных титаном, после выплавки в ЭЛП карбонитридные включения существенно не снижаются, но находятся в более мелкодисперсном виде и распределены по объему металла более равномерно по сравнению с металлом дуговой плавки.

Имеющийся промышленный опыт говорит о том, что наряду с повышением пластичности большинства аустенитных сталей возможно снижение пластичности ферри-то-аустенитных сталей после выплавки в ЭЛП. Это вызвано существенным увеличением двухфазности металла вследствие угара хрома. Некоторые качественные характеристики нержавеющих сталей, выплавленных в ЭЛП, освещены в работе [154].

Область применения сталей, прошедших электроннолучевой переплав, еще недостаточно определена. С повышением мощности и работоспособности печей, удешевле-

нием стоимости переплава, несомненно, возрастет выплавка стали в ЭЛП.

Заканчивая рассмотрение выплавки нержавеющих сталей под вакуумом (ВИП, ВДП, ЭЛП), следует отметить, что эти методы неприменимы для получения сталей, легированных марганцем и азотом. Улучшение качества сталей этого класса возможно при электрошлаковой и плазменно-дуговой плавке. При последнем способе за счет создания повышенного давления азота возможно легирование стали этим элементом по ходу плавки.

6. ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Среди новых рафинирующих переплавов электрошлаковый переплав (ЭШП) (рис. 63) получил наибольшее развитие благодаря несложности необходимого оборудования и высокому качеству переплавленного металла при относительно небольших затратах на переделе. Созданный в институте электросварки им. Е. О. Патона и впервые опробованный на заводе «Днепроспецсталь» ЭШП за 15 лет сделал гигантский скачок: от слитка массой 0,2-0,4 т в промышленности перешли к массовому производству слитков круглого, квадратного и прямоугольного сечения массой до 40 т (проектируются печи для слитков массой 150-200 г).

Значительно развита технология переплава, широко внедрено производство литых расходуемых электродов, расширился сортамент переплавляемой стали. Направленная кристаллизация слитка в сочетании с рафинированием металла шлаком позволили повысить такие качественные характеристики стали, как плотность и однородность структуры, чистота по неметаллическим включениям и газам, пластические свойства, особенно в поперечном направлении и др.

Основные вопросы ЭШП изложены в монографиях [157-160]. Для переплава нержавеющих и жаропрочных сталей (0Х18Н9, ЭИ961, Х17Н2 и др.) применяют флюс системы СаРг - AI2O3. Переплав сталей, легированных титаном, бором, ванадием, производят под шлаком с пониженным содержанием глинозема или на чистом СаРг. При ЭШП титанистых сталей во флюс добавляют титановую губку и иногда предварительно восстанавливают окислы титана. Флюсы должны содержать

минимум непрочных окислов (FeO, ЗЮз). Переплав ведется в атмосфере аргона. При переплаве пизкоуглеродистых нержавеющих сталей (менее 0,02% С) даже при содержании во флюсе 0,03% С в металле после ЭШП наблюдается рост углерода на 0,002% (с 0,018 до 0,020%). При производстве крупных слитков нержавеющих сталей необходимо ограничивать скорость наплавления с целью обеспечения минимальной ликвации при кристаллизации и исключения образования поверхностных дефектов (за-ливин) на слитках.

В настоящее время накоплено достаточно данных о влиянии ЭШП на качество нержавеющих сталей. Макроструктура слитков ЭШП характеризуется высокой плотностью и однородностью, что, естественно, обеспечивает высокое качество деформированного металла даже при малых степенях деформации. Наличие послойной кристаллизации в структуре не является браковочным признаком и отражает прерывистый характер кристаллизации. Проведенные нами исследования подтвердили высокое качество металла с послойной кристаллизацией [161]. Для слитка ЭШП характерно очень равномерное и дисперсное распределение второй фазы, например, первичного феррита, боридной или карбидной эвтектики в аустенитной основе. Например, если в обычном слитке аустенито-ферритной стали содержание феррита по мере приближения к центру слитка возрастает с 20 до 30-32%, а выделения феррита имеют грубый характер, то в слитке ЭШП строение феррита более тонкое, а разница его содержания по сечению слитка не превышает 5%.

Плотность заготовки из стали Х18Н9ТШ составляет 7,921 г/сжз, а этой же исходной стали 7,825 г/сж.

Плотная структура слитков ЭШП характерна и для таких сталей, как Х8, ЭИ961, ЭИ481, которые склонны к образованию осевых дефектов (трещин) в обычных слитках. Однако следует отметить, что с переходом к производству крупных слитков .(более 10 г) необходимо особенно тщательно разрабатывать и соблюдать технологию ЭШП, ибо вследствие увеличения теплового сопротивления при кристаллизации могут возникать ликвационные явления. Поэтому важно обеспечить осевую или радиаль-но-осевую направленность кристаллов, что достигается в первую очередь регулированием скорости наплавления металла.

Отсутствие поверхностных и внутренних дефектов в слитке, повышение его однородности и плотности благоприятно сказываются на качестве макроструктуры деформированного металла. В металле ЭШП отсутствуют такие дефекты, как «ликвационный квадрат» (сталь 1 - 2X13, Х18Н10Т), «паукообразный растрав» (сталь Х8, Х8ВФ, 1X13), краевые загрязнения и титановая пористость (сталь Х18Н10Т), интеркристаллитные трещины (сталь ЭИ481) и многие другие, характерные для металла из обычных слитков. Полностью устраняется брак по внутренним дефектам, выявленным при ультразвуковом контроле. Многолетняя практика завода «Днепроспецсталь» показала 100%-ную годность металла ЭШП при ультразвуковом контроле.

Нами исследована химическая ликвация в слитках массой 0,7 г стали 0Х16Н15МЗБ и Х18Н10Т, а также в слитках около 10 г стали Х18Н10Т и Х15Н5Д2Т. Установлено, что почти все химические элементы распределены равномерно, отклонения находятся в пределах точности химического анализа (всюду применяли затравки той же марки стали). Отмечено неравномерное распределение титана, кремния и алюминия. Эти элементы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях металла со шлаком.

При ЭШП стали типа Х18Н10Т наблюдается в нижней части слитка угар титана и пригар кремния и алюминия. В дальнейшем, т.е. в остальных частях слитка, положение стабилизируется и характеризуется лишь стабильным угаром титана. Степень угара титана, а при его отсутствии кремния, бора, алюминия, марганца, а также снижение содержания серы характеризуются данными, приведенными в табл. 25. Угар указан по максимальному значению.

Изменение содержания других элементов при ЭШП практически не наблюдается (содержание азота при концентрациях до 0,8% остается стабильным). Изменение содержания цветных металлов и газов приведено в табл.25.

При электрошлаковом переплаве значительно снижается загрязненность металла неметаллическими включениями и полностью устраняются скопления включений, являющихся источником макродефектов (волосовин, загрязнений в изломе и т. п.).

Нами проведены исследования влияния ЭШП на ка-

Таблица 25 Изменение химического состава металла при ЭШП

Примечание. Угар серы во всех случаях составлял О начальном содержании 0,010% (меньшее значение в атмосфере а

,002-0,005 при ргоиа).

чество нержавеющих сталей 0Х16Н15МЗБ, Х18Н10Т ЭП184, Х21Г7АН5, ЭП381, ЭИ481, 1-2X13, ЭИ654, ЭИ961, ДИ1, 1Х17Н2, ЭП56 и др. Как показали эти исследования, а также данные [159], при ЭШП имеет место существенное снижение количества неметаллических включений и газов.

Одним из важных преимуществ металла ЭШП перед другими переплавами является значительная десульфу-рация металла и уменьшение сульфидных включений. В тесной связи с рафинированием металла от включений находится и снижение содержания газов: кислорода и водорода. Содержание азота заметно снижается в сталях, легированных кремнием и алюминием, несколько снижается в хромистых сталях и сохраняется на прежнем уровне в сталях, легированных титаном, ниобием и цирконием.

Эффективность процесса ЭШП во многом зависит от технологии и особенно конечного раскисления исходного металла, а такл<е состава флюса, скорости наплавления и некоторых других параметров ЭШП. Проведенные с нашим участием исследования по стали 00Х16Н15МЗБ показали необходимость ввода в исходный металл определенного содержания алюминия. Исходный металл получали методом сплавления в основной индукционной

печи (варианты А -В) и методом продувки кислородом углеродистого железа с последующим легированием в дуговой печи (вариант Г, см. табл. 26). Особенности вариантов выплавки в индукционной печи были следующие:

A) раскисление шлака порошком алюминия (10- 25 мин) в количестве 2-4 кг/т;

Б) раскисление шлака порошком алюминия по расплавлении шихты 2,5 кг/т, после обновления шлака (30- 50 мин) 5,5-7,5 кг/т. Перед выпуском в металл вводили кусковый первичный алюминий (0,8 кг/т);

B) раскисление шлака порошком алюминия по расплавлении шихты 3-3,5 кг/т, после обновления шлака 4 5 кг/т. Первичный алюминий в кусках вводили также и по расплавлении шихты (0,5-0,8 кг/т).

Электрошлаковый металл оценивали металлографическим методом по шкале ГОСТ 1778-62, а также по специально разработанной методике ЦНИИЧМ, предусматривающей подсчет количества кислородных включений (при увеличении 170) по размерным группам: от 7 до 14 мкм (I группа), от 14-21 мкм (II группа), от 21 до 28 мкм (III группа). Полученные результаты приведены в табл. 26.

Таким образом, при разработке технологии ЭШП необходимо учитывать и корректировать технологию выплавки исходного металла.

Электрошлаковый металл имеет более высокие значения относительного удлинения и сужения, ударной вязкости, в особенности в поперечных образцах. Последнее обеспечивает значительное уменьшение анизотропии механических свойств (с 1,7-3,0 до 1,2-1,6).

Аналогичные данные получены при кратковременных испытаниях механических свойств при повышенных температурах. Для электрошлакового металла в то же время характерно небольшое снижение прочностных свойств. На рис. 65 приведены полученные нами данные по влиянию ЭШП на горячую пластичность некоторых нержавеющих сталей, оцененную методом горячего скручивания. Полученные данные, а также производственный опыт показывают, что электрошлаковый металл имеет более высокую горячую пластичность и шире интервал температур удовлетворительной пластичности, что связано с повышением чистоты и гомогенности металла. В частности, в работе [162] было установлено, что иглы феррита в микроструктуре отожженных сталей ЭИ961