Delist.ru

Создание интегральной технологии изготовления крупных слитков и поковок из них для повышения ресурса и конкурентоспособности ответственных изделий (07.09.2007)

Автор: Дурынин Виктор Алексеевич

Выявлены основные параметры (температура и содержание легирующих элементов в жидком металле) и их влияние на степень неоднородности крупных слитков, полученных при многоковшевой разливке.

Развита и экспериментально подтверждена модель, которая позволяет прогнозировать протяженность и расположение зоны шнуров внцентренной ликвации, что обеспечивает оптимизацию схемы деформации и необходимое качество ответственных изделий.

Достоверность. Результаты исследований и испытаний получены с использованием современного испытательного оборудования. Параметры, разработанных технологических процессов, установлены на основании использования современных методик моделирования металлургических процессов, анализа большого массива экспериментальных данных, теоретически обоснованы. Контроль качества металла заготовок, изготовленных по разработанным технологическим регламентам, для конкретных промышленных заказов, установил его соответствие самым высоким требованиям, подтвердив достоверность результатов выполненных разработок в условиях их промышленного внедрения

Практическая значимость и реализация результатов работы. Полученные результаты и технические решения успешно реализованы в фактических результатах работы, выполненных в ОАО «Ижорские заводы» и ООО «ОМЗ – Спецсталь».

К ним относятся:

разработка научных основ, технологических принципов проектирования сквозных технологических процессов производства крупных слитков легированных марок стали и поковок из них, для изделий ответственного назначения;

установление и внесение в технологические инструкции, параметров внепечной обработки стали;

внедрение усовершенствованного способа раскисления металла, позволившего снизить содержание и осуществить значительное измельчение оксидных неметаллических включений;

с целью снижения развития ликвационных процессов при отливке сверхкрупных слитков из нескольких ковшей оптимизирован температурно-скоростной режим разливки металла и дифференцированно содержание углерода и молибдена в каждом ковше; применение вакуумного раскисления углеродом в вакуумной камере во время заливки слитка;

впервые в практике отечественной металлургии, разработка конструкции изложницы и отливка сверхкрупных слитков, легированной стали, массой до 420т. Проведенные испытания подтвердили получение металла заготовок высокого качества, удовлетворяющего требованиям технических условий в полном объеме;

оптимизация химического состава стали по содержанию вредных и цветных примесей на основе оценки коэффициента охрупчивания и сдвига критической температуры хрупкости;

разработка температурно-временных режимов ковки и термической обработки крупных поковок из легированных марок стали ответственного назначения;

на основании выполненных исследований в «ОМЗ – Спецсталь» разработана и внедрена нормативно-техническая документация производства стальных заготовок из крупных слитков на всех технологических этапах изготовления;

По разработанным технологическим режимам на «ОМЗ – Спецсталь» организовано промышленное производство крупных слитков и поковок из конструкционных хромоникелевых сталей для ответственных изделий по заказам энергетики и нефтепереработки.

Поковки из крупных слитков, изготовленные в «ОМЗ – Спецсталь», соответствуют самым высоким требованиям, в том числе и по международным стандартам.

Конкурентоспособность. Впервые в отечественной практике произведены слитки массой 420 тонн для ответственных заказов энергетики. Использование разработанных и внедренных на ООО «ОМЗ-Спецсталь» технологий позволило существенно повысить эффективность производства крупных слитков. Так при производстве поковок из слитков массой 205-420 тонн расход металла снизился на 7-10%, энергозатраты снизились на 5-10%, трудозатраты на 15-20%. За счет коренного повышения металлургического качества слитков существенно повысились эксплуатационные характеристики изделий производимых из этих слитков.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технических советах ОАО «Ижорские заводы», ООО «ОМЗ-Спецсталь» в 1985-2005г.г., представлялись на II конгрессе сталеплавильщиков в Липецке в 1993, на III конгрессе сталеплавильщиков Москве в 1995, на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы металлургического производства в Волгограде в 2002, на XII научно-технической Международной конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов» в Санкт-Петербурге 2006г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 1 монография, 41 печатная работа, включая 16 авторских свидетельств и патентов.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 8 глав и основных выводов. Она изложена на 230 страницах, содержит 86 рисунков и 72 таблицы. Список литературы содержит 165 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении кратко описано современное состояние проблемы технологии производства поковок большой массы ответственного назначения, необходимых для изготовления крупных энергоагрегатов и химических установок. Обоснована актуальность работы, выделены основные параметры, определяющие повышение качества стали и ресурса изделий. На основании этого определена цель работы, показана научная новизна ее результатов и их практическая значимость. Показано, что резкое увеличение массы поковок требует комплексного подхода к решению задачи повышения их качества за счет оптимизации технологии плавки, разливки металла, его ковки и термической обработки.

Глава 1. Аналитический обзор путей оптимизации технологии плавки.

Неметаллические включения играют важную роль в формировании структуры и свойств слитков и поковок. Управление природой неметаллических включений позволяет получать стали с заданными свойствами, улучшать их качество, повышать надежность и долговечность металла. Для улучшения качества металла снижают общее количество включений и проводят их глобуляризацию путем модифицирования.

Содержание неметаллических включений в слитках конструкционных сталей составляет всего по объему 0,1-0,3%, а по массе – в 1,5-2,0 раза меньше. Тем не менее неметаллические включения оказывают весьма существенное влияние на комплекс физико-механических свойств стали, особенно на ударную вязкость и склонность к хрупкому разрушению. Это объясняется тем, что вблизи включений происходит концентрация напряжений, в результате чего вокруг этих частиц образуются области сосредоточенной пластической деформации. Величина этих напряжений зависит от химического состава, формы и размера включений, а также от характера и величины приложенной к металлу внешней нагрузки.

В окрестностях неметаллических включений происходит наиболее сильное коррозионное разрушение. Профилографирование поверхности протравленных образцов стали 27ГЛ показало, что в результате травления в течение 15мин на месте включений образуются кратеры глубиной 0,30мкм (рис.1).

Рис.1 Профилограмма поперечного разреза

рельефа в окресности неметаллического

включения после травления

и электрополирования.

В зависимости от химического состава и характера раскисления в стали могут образовываться сульфиды трех типов (по Симсу и Далю):

I тип – мелкие глобулярные сульфиды и оксисульфиды, которые выделяются в сталях в междуветвиях дендритов аустенита в виде капель высокосернистой жидкости при раздельном или кооперативном монотектическом превращении. Эти капли при дальнейшем охлаждении затвердевают в виде сульфида марганца или оксисульфидных включений. Такой тип включений характерен для сталей, содержащих малые количества алюминия;

II тип характерен для хорошо раскисленных сталей, но содержащих малые количества избыточного алюминия. К этому типу относятся эвтектические сульфиды, образующиеся при кооперативной (совместной) эвтектической кристаллизации. Они имеют вид пленок, расположенных по границам зерен, что приводит к резкому ослаблению межкристаллитных связей и существенному снижению пластических и вязких свойств стали.

Количество остаточного алюминия, при котором образуются сульфиды второго типа, часто называют «критической концентрацией». Точные границы критических концентраций алюминия зависят от конкретного химического состава стали.

III тип – ограненные якореобразные и дендритные сульфиды, образующиеся в условиях раздельной эвтектической кристаллизации при дальнейшем увеличении концентрации алюминия. Сульфиды этого типа сравнительно крупные, неправильной остроугольной формы частиц. Они в меньшей мере снижают качество стали, чем включения второго типа, но все же в большей степени ухудшают свойства металла, чем включения первого типа.

В последние годы широкое применение при производстве сталей для слитков и отливок получили ЩЗМ и РЗМ. Благотворное влияние этих элементов на механические и эксплуатационные свойства связывают с их высокой раскислительной способностью, рафинирующим эффектом и глобуляризацией неметаллических включений. Однако применение этих элементов эффективно после предварительного раскисления алюминием. ЩЗМ и РЗМ обладают высоким химическим сродством к кислороду и сере. Поэтому в случае недостаточной раскисленности стали они расходуются не на модифицирование и десульфурацию, а на раскисление.

Из рис.2 следует, что при концентрации остаточного алюминия в стали 0,02% наблюдается минимальная ударная вязкость, связанная с образованием пленок сульфидных эвтектик (II тип включений). Обработка стали силикокальцием малоэффективна в связи с тем, что основная его часть расходуется на раскисление и незначительно уменьшает загрязненность ее пленочными сульфидами. Значительное повышение ударной вязкости стали, обработанной ЩЗМ, наблюдается при относительно высоких (? 0,03%) концентрациях алюминия. В этом случае кальций принимает активное участие в формировании оксисульфидных глобулярных включений и кроме того вызывает значительное снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшение их размеров.

Эффективное очищение стали от вредных примесей и газов достигается при использовании установок внепечного рафинирования и вакуумирования (УВРВ). В них наводится высокоактивный шлак, применяется вакуумное раскисление углеродом и дегазация.

В табл.1 приведены некоторые показатели выплавки толстолистовой высокопрочной среднелегированной стали марки 35Х2Н4МДФА по двум вариантам. Первый вариант предусматривал обработку полупродукта на УВРВ с применением РЗМ, вакуумирование, раскисление кремнием на 0,15-0,18% и окончательное раскисление алюминием из расчета 0,3кг/т с введением РЗМ в количестве также 0,3кг/т. Второй вариант предусматривал обычную мартеновскую выплавку с раскислением, аналогичным первому варианту.

Таблица 1

Содержание кислорода, серы и неметаллических включений

загрузка...