Дурынин Виктор Алексеевич

Создание интегральной технологии изготовления

крупных слитков и поковок из них для повышения ресурса и конкурентоспособности ответственных изделий

Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2007 г.

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «ОМЗ-Спецсталь» (в прошлом металлургический комплекс ОАО «Ижорских заводов») и Открытом акционерном обществе «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ЦНИИТМАШ)

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, Вертман Александр Абрамович

Академик РАН, доктор технических наук, профессор Банных Олег Александрович

Доктор технических наук, профессор Сёмин Александр Евгеньевич

Ведущая организация – ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина», г. Москва

Защита состоится « 29 » октября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д217.042.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (ЦНИИТМАШ) по адресу:

115088, г.Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4, комн. 403

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»

Автореферат разослан «___ » ___________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор И.В.Валисовский

Актуальность работы. Прогресс современного машиностроения во многом опирается на развитие металлургии и металловедения. Создание новых материалов и разработка передовых технологий их производства дает возможность создавать новые, не имеющие аналогов механизмы. Разработка новых материалов и технологий стимулирует появление новых технических идей и проектов.

Увеличение единичной мощности крупных энергоагрегатов, в том числе АЭС и химических установок требует, для изготовления необходимых им деталей, получение слитков и поковок большой массы, которые должны обладать необходимым уровнем свойств и качества, гарантирующих максимальную надежность при эксплуатации изделий. Вместе с тем, с повышением массы слитка увеличивается дендритная и зональная ликвации, укрупняются неметаллические включения, изменяется макроструктура, что приводит к снижению стабильности свойств по сечению поковок. Поэтому для обеспечения надежности и долговечности работы крупногабаритных изделий актуальным является получение крупных слитков высокого качества. Необходимо отметить, что многие дефекты стальных слитков, образуются не только при кристаллизации, но и закладываются уже в жидком металле.

До недавнего времени к крупным слиткам относили слитки массой до 100 т. Однако в настоящее время для нужд специального машиностроения необходимы слитки массой более 400 т., которые обладали бы максимальной равномерностью по составу, качеству и отсутствием дефектов.

До настоящего времени в отечественной литературе отсутствуют комплексные исследования, направленные на совершенствование технологии производства и повышение ресурса ответственных изделий большой массы. В России и СНГ подобные исследования возможно проводить только на предприятии ООО «ОМЗ-Спецсталь», обладающим необходимым оборудованием для производства особо крупных слитков.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являлось исследование и совершенствование качества металла особо крупных слитков массой более 400т и изготавливаемых из них ответственных изделий. Для решения поставленной задачи произведен выбор основных факторов, влияющих на качество крупных слитков и поковок из легированных конструкционных сталей. Учитывая важную роль неметаллических включений, особое внимание уделено управлению их морфологией за счет оптимизации технологии раскисления стали, включая углеродное и бескремнистое раскисление, применения модификаторов. Показана, за счет внепечной обработки в агрегате «ковш-печь»(УВРВ), возможность повышения качества стали при производстве крупных поковок для энергомашиностроения. Разработана технология рафинирования жидкой стали за счет продувки аргоном и вакуумирования.

Исследовано влияние осевой и внеосевой зональной ликвации на качество крупных слитков и разработаны мероприятия по их устранению.

Исследовано влияние термомеханической обработки на структуру и свойства крупных поковок и разработана технология ее применения.

Разработана технология ковки и термической обработки обечаек стали 15Х2НМФА и слитка массой 360т для корпуса атомного реактора.

Исследовано влияние технологических факторов производства на качество металла заготовок роторов турбогенераторов из стали 26ХН3М2ФА, 35ХН3МФА и 30ХН3М1ФА.

Проведено исследование и разработана технология производства заготовок из стали SA336F11cl 2, для изделий ответственного назначения. Проведен анализ природы тепловой хрупкости и оценка сопротивления стали тепловому охрупчиванию после отпуска по режиму Step cooling.

Исследовано качество металла поковок стали 15Х3МФ. Определен сдвиг критической температуры хрупкости после теплового охрупчивания. Определена температура нулевой пластичности ТNDT и проведены испытания на вязкость разрушения при низких температурах.

Научная новизна результатов работы состоит в следующем:

Разработаны научные основы технологических процессов выплавки, внепечной обработки, разливки, деформации и термообработки сталей специального назначения, позволившие впервые в практике отечественной металлургии получить сверхкрупные слитки высокого качества для изделий атомного, энергетического и тяжелого машиностроения.

Предложена оригинальная технология, вакуумного углеродного раскисления стали, позволившая, в процессе рафинирования на установке внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ), снизить содержание кислорода до 40 ppm, водорода менее 1,5 ppm.

Установлены закономерности и экспериментально подтверждено влияние химического состава металла и шлака на процесс вакуумирования при внепечной обработке сталей на УВРВ. Установлена количественная зависимость степени обезводородораживания металла от интенсивности перемешивания.

Разработаны принципы раскисления металла для получения мелких глобулярных неметаллических включений, равномерно распределенных по сечению слитка с применением вакуумного углеродного раскисления при разливке стали.

На основе большого количества экспериментальных результатов выявлено, что коллекторы водорода являются основным очагом образования флокенов. Микрофлокены размером менее 1мм могут сливаться в единую обширную трещину. Флокены, образующиеся при механических испытаниях, имеют одинаковые с обычными флокенами микрофрактографические признаки и могут служить причиной образования очагов разрушения при эксплуатации.

Оптимизирована конфигурации крупных и сверхкрупных кузнечных слитков, позволившие получить заданное строение структуры, минимальное развитие физико-химической неоднородности и создать рациональную технологию пластической деформации слитка.