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

Неметаллические включения в стали 14ГНМА, выплавленной в ОМП и ОМП-УВРВ

выплавки Количество неметаллических включений различного размера (мкм) на площади 80 см2 Всего

4-8 8-16 16-32 >32

ОМП 871 240 58 12 1181

ОМП-УВРВ 539 86 21 - 646

Основным технологическим фактором, определяющим степень обезводороживания металла при вакуумировании, является интенсивность вакуумно-углеродного раскисления, которая в свою очередь определяется окисленностью металла и шлака

(FeO + MnO), а также содержанием в металле углерода.

За это время удаляется до 80 % всего удаляемого водорода, т. е. до 3,5ррm.

Удаление водорода в этот период идет в основном путем его диффузии в пузырьки образующегося СО. На это указывает ~идентичность регистрограмм, характеризующих состав и скорость удаления этих газов в период вакуумно-углеродного раскисления Многочисленные анализы промышленных плавок показали, что при вакуумировании нераскисленной или слабо раскисленной стали концентрация водорода в конце вакуумирования [Н]К не зависит от начальной [Н]Н, а степень обезводороживания характеризуется только степенью приближения [Н]К к равновесному значению.

Глубина обезводороживания связана с интенсивностью перемешивания металла, которая определяется количеством окисленного углерода (рис. 6).

Глава 4. Разработка технологии отливки крупных кузнечных слитков ответственного назначения.

Для крупных слитков характерно скопление застывших примесей, обогащающих расплав между дендритами, называемое ликвационной зоной. Различают две главные разновидности химической неоднородности – осевую (V - сегрегацию) и внецентренную (?- сегрегацию)

Внецентренная ликвация в виде шнуров поражает значительную часть тела слитка. Зону внецентренной ликвации нельзя удалить в процессе ковки, как поступают с прибыльной частью и иногда с осевой зоной. В целях минимизации отрицательного влияния зоны шнуров на качество изделий, необходима количественная информация о степени ее развития и возможностях управления параметрами зоны. Наиболее достоверной гипотезой об образовании шнуров является гипотеза зонной плавки (ЗПТГ), развитая в работах В.С.Дуба с сотрудниками. Суть ее состоит в следующем. Имеется твердый образец с жидкой зоной (начальная зона). Начальная зона обогащена примесями и поэтому находится в жидком состоянии. Вдоль образца устанавливается температурный градиент в результате чего температуры границ зоны разные. Такое распределение температур приводит к тому, что на "горячей" границе начинается растворение твердого металла, а у "холодной" границы - затвердевание, сопровождающееся накоплением в этой области ликвирующих элементов. Таким образом, зона как бы продвигается по температурному градиенту. Образующаяся в процессе затвердевания, обогащенная ликвирующими элементами жидкость может перемещаться по механизму ЗПТГ, оставляя след – шнур внецентренной ликвации.

Кремний способствует образованию зоны внецентренной химической неоднородности. Применение вакуумно-углеродного раскисления стали с пониженным содержанием кремния (менее 0,1%) обеспечивает значительное снижение химической неоднородности слитка. Увеличение содержания углерода, серы и фосфора также способствует развитию внецентренной ликвации. Снижение отношения высоты к диаметру слитка позволяет уменьшить развитие внецентренной ликвации.

Методика прогнозирования развития зоны внецентренной ликвации разработана ЦНИИТМАШ в совместных исследованиях с ОАО «Ижорские заводы».

В ее основу положена теория образования шнуров по механизму ЗПТГ. Полученная модель оказалась адекватной с надежностью 0,95. Анализ возможностей методики прогнозирования внецентренной ликвации позволил выделить направления ее использования при разработке технологии, исключающей или снижающей отрицательное влияние зоны шнуров на качество поковок. Методика позволяет осуществить разработку формы слитка, параметров оснастки и технологии разливки при заданных содержаниях примесей. Пример расчетов представлен на рис. 7. Приведенные графики позволяют в зависимости от содержания кремния определить протяженность зоны шнуров и координаты ее границ на любом горизонте слитка. Данная методика может быть использована для расчета параметров зоны шнуров в слитке с целью оптимизации технологии пластической деформации.

Рис. 7 Расположение зоны внецентренной ликвации в слитке массой 137,4 т

стали 15Х2НМФА:

а – схема серного отпечатка; б – расположение границ зоны шнуров; 1 – содержание кремния 0,17%; 2 – содержание кремния 0,35%

На ОАО «Ижорские заводы» разработанный метод был использован при оптимизации технологии ковки деталей атомных реакторов из стали 15Х2НМФА с целью устранения выхода на поверхности этих деталей длинных протяженных шнуров.

При использовании скрещивающихся бойков, находящиеся в теле металла шнуры закручиваются относительно оси поковки и не попадают целиком на свободные поверхности поковок. Кроме того, применение скрещивающихся бойков приводит к повышению механических свойств металла в тангенциальном направлении, в результате чего снижается коэффициент анизотропии.

При исследовании осевой ликвации различают отрицательную ликвацию в донной части слитка и положительную ликвацию в подприбыльной зоне. Неравномерность распределения примесей оценивают коэффициентом ликвации К, представляющим отношение фактического содержания элемента в данном месте слитка Сф к его содержанию в маркировочной пробе См: К= Сф/См.

Степень развития ликвационного процесса по высоте слитка может достигать таких размеров, что химический состав прибыльной и донной частей тела слитка можно рассматривать, как две разные марки стали.

Согласно полученным экспериментальным данным с увеличением массы слитков степень зональной ликвации возрастает.

Выбор параметров слитка массой 420т производился с целью обеспечения плотной структуры и минимального развития ликвации. Исследования, проведенные на ОАО «Ижорские заводы» показали, что с увеличением массы слитка целесообразно соблюдать отношение H/D, близким к единице.

Крупные слитки с малым отношением H/D имеют более здоровую осевую зону и их использование более предпочтительно для изготовления поковок роторов, испытывающих большие напряжения.

С увеличением конусности слитка его строение становится более однородным.

Принятая конструкция слитка массой 420т представлена на рис.8. Слиток 24-х гранный; высота годной части слитка 4030мм, из которых верхняя часть (1200мм) цилиндрическая, а нижняя часть (2830мм) коническая с конусностью на обе стороны 14,1%. Верхний диаметр слитка принят 3600мм; нижний диаметр - 3260мм, что дает отношение Н/Дср=1,15.

При принятых размерах слитка масса годной части составляет 275т, что соответствует 65,5% от общей массы слитка 420т, масса прибыли 119т, донной части 26т.

Прибыльная часть слитка должна обеспечивать питание тела слитка и выведение усадочной раковины в прибыль. Жидкая сталь в прибыли теряет тепло вверх через зеркало металла, вниз в тело слитка и в радиальном направлении через огнеупорную футеровку и кожух прибыльной надставки. Конструкция надставки должна обеспечивать максимальную передачу тепла в тело слитка и минимум потерь в окружающую среду.

Для надежного питания слитка в течение всего периода затвердевания должны быть приняты меры для снижения потерь тепла из прибыли вверх, через зеркало металла, и в стороны через футеровку и кожух надставки. Поэтому футеровать прибыльную надставку следует с обязательным применением между кожухом и огнеупорной футеровкой изоляционного кирпича с минимальной теплопроводностью и теплоемкостью, зеркало металла в прибыли по окончании заливки должно быть защищено слоем вермикулита, а сама надставка должна закрываться утепляющей крышкой.

Отливка слитков производилась в вакуумной камере в следующей последовательности: 1 ковш - из кислой мартеновской печи КМП (ОМП-УВРВ-КМП) 135 т; 2 ковш –(ОМП-УВРВ) 145 т; 3 ковш –(ОМП-УВРВ) 140 т.

Плавки имели следующий среднеслиточный состав, %: С=0,17; Mn=0,84; Si=0,33; P=0,006; S=0,006; Ni=1,06; Mo=0,51.

С целью снижения ликвации углерода по высоте тела слитка предусматривалось дифференцация содержания углерода и молибдена по ковшам: в первом ковше выше, а во втором и третьем концентрацию этих элементов уменьшали.

Химический состав плавок одного из слитков массой 420 т стали 16ГНМА приведен в табл.6.

Таблица 6

Химический состав плавок слитка стали 16ГНМА массой 420т,%

Температура

выпуска,°С

1 0,20 0,85 0,36 0.005 0,006 0.27 1,10 0,56 1625

загрузка...