а,
>.
к К Hi н
Конференции, совещания
УДК 621.73
МЕТАЛЛУРГИЯ XXI ВЕКА - ПРОИЗВОДСТВУ УНИКАЛЬНЫХ ПОКОВОК
© В.А.Тюрин, Московский государственный институт стали и сплавов
XV Всемирный съезд мастеров кузнечного дела (1РМ-2003) проходил под девизом "Ковочная технология - опора всех промышленных производств" в г.Кобе (Япония). На 7 секциях, 12 сессиях было представлено 90 докладов, на пленарном заседании - 6 обзорных докладов по 11 странам мира, на сессиях - в том числе о способах выплавки и разливки стали, производстве слитков, горячей обработке давлением, поковкам для энергетического машиностроения, прецизионным сплавам и специальным сталям, валковым и инструментальным сталям, моделированию производственных процессов.
Одной из самых важных металлургических проблем в производстве крупных поковок для изделий ответственного назначения остаются технологические свойства сплавов, склонных к ликвации.
Специалисты из университета Британской Колумбии (Канада) сравнили по параметрам ликвации качество металла, полученного вакуумной дуговой электроплавкой, электрошлаковым переплавом, с электрошлаковым обогревом прибыльной части слитка, а также некоторыми другими способами.
Зачастую требования, предъявляемые к поковкам, плохо сочетаются с технологическими ограничениями: соотношением высоты и диаметра слитка, скоростью затвердевания стали и мощностью ковочного оборудования. Компромиссное решение при этом не является лучшим как для сталеплавильного, так и для ковочного переделов. Эти ограничения относятся к хро-момолибденованадиевым и никельхромомолибде-нованадиевым сталям. Для сплавов на никелевой основе главным фактором становится "тепловой удар" -термические напряжения, из-за которых приходится ограничивать верхний предел габаритных размеров изделия при термообработке. В результате конструкторам машин приходится не только выбирать состав материала, но и учитывать особенности производства слитка и его ковки.
Как известно, качество крупных стальных изделий зависит от однородности металла слитка и интенсивной деформационной проработки структуры при ковке. Однако даже при использовании ковочного оборудования большой мощности, высоких коэффициентах укова выход годного остается небольшим (60-70%).
Наиболее крупная вакуумная дуговая печь для производства слитков диаметром 1500 мм обеспечивает удовлетворительное качество слитков из простых углеродистых сталей, но не позволяет свести к миниму-
му дефекты ликвационной природы из-за прерывистого характера дуги электродов большого поперечного сечения. Применение трех электродов в трехфазной электропечи частично решает задачу удовлетворительного управления дугой. Однако вопрос выплавки высокохромистых сталей в таких печах остается открытым. Требуют решения также вопросы удаления неметаллических включений, управления тепловым состоянием слитка для подавления микроликвационных процессов, при отсутствии условий для значительного роста дендритов. Попытки применить магнитное перемешивание и ультразвуковую обработку не увенчались успехом. Вакуумная дуговая плавка позволяет получить хороший слиток диаметром не более 1000 мм из ликвационно-чувствительных сталей.
Слитки диам. более 2000 мм возможно получить электрошлаковым переплавом. Однако при этом лик-вационные процессы более развиты.
Выход годного можно повысить, применив электрошлаковый обогрев прибыльной части слитка расходуемым и нерасходуемым электродами. Ключевым является вопрос скорости расплавления электрода, решив который, можно точно регулировать процесс кристаллизации слитка. Однако проблема ликвации и в этом случае полностью не решается.
Следует отметить, что рассматривая альтернативные решения, канадские специалисты ссылаются на работы российских и украинских металлургов, в частности, на использование электрошлакового способа для заполнения высверленной осевой зоны слитка, соединения двух кованых заготовок, электрошлакового обогрева прибыльной части слитка.
Результаты многочисленных исследований позволяют рекомендовать электрошлаковый обогрев прибыли крупных слитков из ликвационно-чувствительных сталей. Специалисты фирмы "JCFC" (Япония) таким способом получили 106-т слитки из высокохромистой (12%) стали, легированной бором. Основная трудность состояла в сохранении содержания бора в стали и максимально возможном равномерном распределении его по объему слитка.
Сталь выплавляли в 100-т электродуговой печи, рафинировали в агрегате ковш-печь емкостью 150 т и разливали сифонным способом. После разливки сразу же добавляли расплавленный шлак в прибыльную надставку, выложенную огнеупорным кирпичом. Затем в шлак опускали электроды и начинали процесс нагрева, чтобы поддерживать температуру шлака выше температуры ликвидус. Когда содержание легирующих эле-
ментов в жидкой фазе превосходило определенный предел, расходуемый электрод расплавляли. По качеству сталь соответствовала полученной электрошлаковым переплавом. Однако при электрошлаковом переплаве трудно управлять содержанием бора в высокохромистой стали. При электрошлаковом обогреве прибыли эту задачу удалось решить - в слитках массой 50 и 62 т содержание бора находилось на заданном уровне - 0,005% (масс.) с отклонением распределения его по высоте 0,0002%.
Высокохромистые стали - перспективный материал для конструкторов энергетических машин и для ис-следователей-сталеплавильщиков. Для получения слитков стали с 12% хрома, легированной азотом, был разработан способ разливки с вакуумной дегазацией струи металла и реализован также фирмой "JCFC".
Сталь с содержанием хрома 10% и азота примерно 400 ррт применяют для производства валов роторов паровых турбин, где требуется повышенная прочность при высоких температурах, и турбин геотермальных станций, где требуется высокая коррозионная стойкость. Фирма "JCFC" усовершенствовала процесс вакуумной дегазации струи металла при разливке непосредственно из ковша в изложницу, исключив промежуточный ковш. Это позволило контролировать содержание азота в стали, а отказ от промежуточного ковша позволил повысить чистоту стали. Расчетное и фактическое содержания азота в стали после дегазации хорошо совпадают. Так, при заданном содержании азота 400 ррт фактическое составило 426 ррт при содержании фосфора 0,006% и серы 0,001%.
Фирма "INTECO" (Австрия) представила результаты своих работ по управлению процессом кристаллизации слитка при электрошлаковом переплаве. Ранее установлено, что при переплаве с расходуемым электродом скорость расплавления (кг/ч) в числовом выражении должна составлять 70% диаметра слитка (в мм). В этом режиме глубина ванны жидкого металла составит 55-60%, слиток получается свободным от ликвации и с хорошим состоянием поверхности. Для независимого управления температурой шлака и скоростью расплавления электрода фирма предложила конструкцию то-копроводящей изложницы. При этом скорость расплавления - значительно ниже, чем при обычном электрошлаковом переплаве, что обусловливает отличное качество поверхности слитка.
Самый крупный в мире слиток (масса 50 т, диам. 1300 мм) из сплава на никелевой основе получен электрошлаковым переплавом фирмой "Saarschmiede GmbH Freiformschmiede" (Германия). Сталь с содержанием 12% хрома удалось переплавить в 165-т слиток (диам. 2300 мм). Успех объясняется предварительными расчетами и последующим контролем (почти непрерывным) состава шлака и стали, процесса раскисления стали.
Эта же немецкая фирма сделала большие капиталовложения в строительство новой вакуумной-индукционной печи для выплавки сплавов на основе никеля
с кобальтом. Емкость печи - 8/16т. В печи можно выплавлять сталь и разливать в изложницы для получения электродов диам. 350-1000 мм для последующего переплава в вакуумной дуговой печи и диам. от 500 до 1300 мм для электрошлакового переплава. Фирма уже получила в новой печи вольфрамохромосодержащую сталь для подшипников, работающих в высокотемпературных условиях (авиастроение). Примечательно, что электроды представляют собой слитки круглого поперечного сечения с малой конусностью и соотношением высоты к диаметру около 10. Поскольку слитки предназначены для последующего переплава, об их структуре ничего не сообщено.
Изучению причин и предсказанию возможности появления "черных оспин" в сплаве на никелевой основе посвящена совместная работа японских ("Shibukawa Plant") и американских специалистов ("Special Metals Corporation"). Однако, по мнению автора обзора, наиболее интересные результаты - геометрические модели макростроения слитков диам. 457 мм электродуговой вакуумной плавки. На продольных темплетах выявлено расположение зон транскристаллизации и ориентация в них столбчатых кристаллов - дендритов, занимающих все сечение слитка. Эти модели окажутся весьма полезными при разработке технологии ковки.
Отдельное сообщение о нетрадиционных формах слитка представили специалисты МИСиС (технологический университет). Три новых конфигурации поперечного сечения слитков позволили успешно решить задачу подавления образования зон внеосевой и осевой ликвации, обеспечить повышение уровня местных деформаций в осевой зоне в 8 раз при ковке сплошных валов (уков всего 1,5) и задачу гарантированного отсутствия ликвитов ("шнуров") в области ступиц цельнокованых железнодорожных колес.
Второе важное направление обработки давлением -прокатное производство, в котором, в свою очередь, важную роль играет валковое хозяйство. В связи с гигантскими объемами перерабатываемого в мире металла (десятки и сотни миллионов тонн) стойкость валков является первоочередной статьей оценки их качества.
При прокатке бесшовных труб валки прошивного стана являются самыми нагруженными. Кованые валки с пониженной твердостью и повышенным содержанием углерода показывают в несколько раз большую стойкость, чем обычные литые стальные валки. Японская фирма "Pacific Steel Mfq" выяснила, что на стойкость валков влияет комбинация трех факторов: фер-ритная составляющая и сфероидальные карбиды в микроструктуре стали, а также оксидная пленка, которая образуется на поверхности валка в процессе прокатки. Фирма провела обширные исследов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.