RU1788028C - Способ получени стали и сплавов дуплекс процессом - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : способ получени  стали и сплаьов дуплекс процессом включает выплавку металла в электропечи, отливку электрода в изложнице и его последующий переплав в слиток, причем после заливки металла в изложницу его охлаждают в защитной среде аргона со скоростью 200 - 400°/час и производ т механическое встр хивание металла в изложнице в интервале температур двухфазной области кристаллизации . 2 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к металлургии, а именно к производству сложнолегирован- ных сталей и сплавов дуплекс процессом, включающим выплавку исходного металла, отливку расходуемого электрода, его последующую подготовку к переплаву и рафинирующий переплав в слиток.

Традиционные способы получени  сталей и сплавов дуплекс процессом, состо щим из выплавки исходного материала в вакуумной индукционной печи и последующего вакуумного дугового переплава расходуемого электрода в слиток (ВИП + ВДП) включает в качестве одной из основных технологических операций отливку электрода в вакууме или атмосфере инертного газа, его охлаждение в камере вакуумной индукционной печи и последующую подготовку к пере- плаву (обдирку или зачистку, нарезку хвостовика и т.д.). Наиболее широко примен емый прием получени  при ВИП литых расходуемых электродов заключаетс  в том, что после окончани  слива металла в изложницы, установленные в плавильной

камере, его там выдерживают до полного затвердевани  слитка, а затем передают в камеру изложниц и извлекают из печи (Производство стали и сплавов в вакуумных индукционных печах Окороков Г.Н., Шалимов Ал.Г., Антипов В.М.О, Тулин Н.А.,,М., Металлурги , 1972, с.151). Однако выдержка кристаллизующего слитка в плавильной камере требует значительного времени, которое соизмеримо по продолжительности с самой плавкой. Это негативно отражаетс  на производительности промышленных печей и  вл етс  нетехнологичным при получении металлопродукции дуплекс процессом (ВИП + ВДП).-..-.;, .-.-,

Цель изобретени  -увеличение выхода годного при передоле слитка за счет формировани  нитридной фазы в электроде, удал емой при последующем переплаве в слиток.

Цель достигаетс  тем, что по известному способу получени  расходуемого электрода в вакуумной индукционной печи после заливки металла в изложницу производ т

ел С

S,

г

vj 00 00

о ю

00

его охлаждение в защитной среде аргона со скоростью 200 - 400°С и механически встр хивают металл в изложнице в интервале температур двухфазной области кристаллизации .

На чертеже представлено распределение фаз в литом сплаве ЭК 151 различных варианте отливки электродов: а) скорость охлаждени  менее 200°/час (крупные нитриды привод т к дефекту корона при ВДП); б) скорость р хл а ждени  200 - 400°/час с механическимГ встр хиванием при охлаждении электрода в изложнице (легкоплавкие фазы с нитридами удал ютс  при ВПД, за вл емый вариант технологии); в) скорость охлаждени  более 400°/час (мелкие нитриды, практически нёудал емые при ВДП). Съемка произведена на микроанализаторе COMEBAX-SX50 во вторичных электронах.

Проведение охлаждени  в среде аргона со скоростью 200 - 400°/час отлитого в изложницу электрода позвол ет стабилизировать процессы формировани  и роста кристаллов и нитридной фазы в литом металле из расплава. Нар ду с получением плотной структуры литого электрода достигаетс  укрупнение и локализаци  нитридов вместе с легкоплавкими фазами в ассоциированных группах, располагающих по границам первичных зерен. Это достигаетс  за счет оптимального температурного режима охлаждени  металла в защитной атмосфере с посто нной теплопроводностью. Охлаждение со скоростью менее 200°С/час приводит к ликвидационным дефектам в отливаемом электроде, которые не исправл ютс  при последующем переплаве его в слиток и  вл ютс  причиной низкой технологической пластичности при переделе слитка в заготовку. Увеличение скорости охлаждени  свыше 400°/час ведет к образованию термическихтрещин и такие электроды бракуютс . Регулирование скорости охлаждени  электродов после отливки производитс  давлением аргона в камере вакуумной индукционной печи, которое находитс  в пределах 75 - 95 мм. рт. ст.

Экспериментально установлено, что минимальна  ликвидаци  элементов и анизотропи  свойств готового металла имеет место при проведении механического встр хивани  литого электрода в двухфазной области температур кристаллизующегос  металла. Если механическое встр хивание производить при температурах, выход щих из интервала двухфазной зоны, то в случае превышени  температуры точки ликвидус образуютс  гор чие предельные трещины на электроде, а при температурах

ниже температуры точки солидус встр хивание неэффективно, так как неоднородна  структура металла и нитриды в нем уже сформированы и их морфологи  в дальнейшем не может быть изменена. По за вл емому способу при относительно медленном охлаждении металла в защитной атмосфере и механическим встр хиванием металла в изложнице нар ду с формированием достаточно плотной структуры электрода дл  ВДП происходит укрупнение нитридов и их коагул ци  с легкоплавкими фазами по диффузионному механизму. При последующем ВДП такие включени  практически полностью удал ютс  из металла, и остаточный азот находитс  в растворенном состо нии, а не в виде нитридов в готовом металле после ВДП, что улучшает качество сталей и сплавов и повышает выход годного металла .

Определение пределов по скорости охлаждени  отлитого электрода в аргоне произведены опытным путем при получении электродов из сталей ЭП 844, ЭК 99, Св01Х20Н14МЗТ , никелевых сплавов ЭП 99, ЭП 742, ЭК 102, ЭК 151. Типоразмер электродов: диаметр 250 - 380 мм, масса 870 - 2520 кг. Данные табл.1 иллюстрируют технологический выбор параметров охлаждени -при отливке электродов жаропрочного сплава ЭК 151, содержащего (мас.%):

С Si Mn S P W Cr V Mo Ti

0,064 0,15 0,01 0,0060.005 2,92 11.330,524,462,67

0,073 0,17 0,02 0,0080,006 2.93 11,500.534.512.70

A MbCo Fe NiВ La Ce Sc

3,713,2214,64 0,38 Осно-по расчету

3,873,3515,00 0,62 ва0,010 0,055 0.010 0,05

Указанный сплав выбран в качестве объекта исследовани  в св зи с тем,что в нем содержатс  элементы,склонные к дендритной ликвации: хром-межосный, вольфрам- внутриосной ликвации; незначительные

изменени  которой оказывают резкоотри- цательное вли ние на механические свойства и технологическую пластичность сплава при получении заготовки с ультрамелкозернистой структурой,

Выплавку стали ЭК 151 проводили в промышленной вакуумной индукционной печи емкостью 2,5 т. В качестве шихты использовали металлические материалы, отходы и марочную лигатуру, Подготовку

шихтовых материалов, подготовку печи и все операции плавки производили согласно существующей технологической инструкции на выплавку сплавов аналогичного назначени . Разливку металла осуществл ли в атмосфере аргона в изложницы дл  электродов диаметров 250 мм через промежуточную воронку. Дл  предотвращени  попадани  в электрод экзогенных неметаллических включений примен ли керамические фильтры при разливке сплава. В зависимости от варианта отливки электродов измен ли давление аргона в печном котле так, чтобы получать скорость охлаждени  электрода в изложнице от значений, выход щих и соответствующих за вл емым пределам . Температуру электрода при его формировании измер ли термопарами, вставленными в изложницу и прибыльную надставку на различных уровн х. По показани м термопар определ ли среднюю температуру жидкого и твердого металла, to есть фактически определ ли изменение температуры металла при его охлаждении и фиксировали температуру двухфазной области кристаллизации металла. Механическое встр хивание металла производили в интервале температур двухфазной области кристаллизации.

На каждой плавке отливали по три электрода дл  получени  полной информации о вариантах технологии.

Так экспериментально были определены параметры способа получени  заданной структуры литого расходуемого электрода при его охлаждении в вакуумной индукционной печи.

В табл,2 приведены данные о вли нии режима охлаждени  и механического встр хивани  при отливке электрода на распределение легирующих, механические свойства и рафинирование от нитридов сплава ЭК 151-ИД. Изтабл.1 и 2 следует, что изотропные свойства и чистота от нитридов сплава значительно улучшаютс  при использовании предлагаемого способа получени  металла дуплекс процессом, включающим регламентированное охлаждение в аргоне литого электрода с одновременным механическим встр хиванием при кристаллизации. За вл емый режим позвол ет сформировать наиболее благопри тную дл  последующего рафинировани  структуру литого металла и морфологию нитридной фазы (чертеж). Нитриды, легкоплавкие фазы и прочие вредные примеси наход тс  в форме компактных ассоциированных групп по границам первичных зерен (чертеж, б). При последующем вакуумном дуговом переплаве такого электрода вредные примеси в виде таких образований

полностью удал ютс  из металла, В наплавл емом слитке максимальный размер нитридов не превышает 10 мкм, что в 2 - 4 раза меньше, чем при других вариантах технологий . Это гарантирует отсутствие в конечном

металле дефекта корона. В металле, полученном по разработанному способу отмечено снижение в 2 - 3 раза коэффициента дендритной ликвации хрома и вольфрама, а коэффициент анизотропии механических

свойств сплава уменьшилс  на 14 отн.%. Достигнуто также улучшение прочностных и в зкостных характеристик сплава. При кратковременных испытани х пределы прочности увеличены на 2 - 8 отн.% при

одновременном повышении пластичности на 8-26 отн.%.

Дл  заготовки сплава ЭК 151-ИД, полученной по за вл емому способу характерна высока  стабильность и однородность

свойств, о чем свидетельствует низка  степень дендритной ликвации, котора  характеризуетс  отсутствием значительных локальных концентраций хрома, вольфрама и нитридообразующих элементов в матрице

твердого раствора.

В конечном итоге, это способствовало улучшению технологической пластичности сплава и повысило выход годного почти на 5 абс.% по сравнению с известными вариантами технологий,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  стали и сплавов дуплекс процессом, включающий выплавку металла в электропечи, отливку электрода в изложнице и его последующий переплав в слиток, отличающий с   тем, что, с целью увеличени  выхода годного при переделе слитка, за счет формировани  нитридной

   фазы в электроде, удал емом при последу- . ющем переплаве в слиток, металл после заливки в изложницу охлаждают в защитной среде аргона со скоростью 200 - 400°С/ч, и механически встр хивают в изложнице в интервале температур двухфазной области кристаллизации.

   Таблица 1

   0

   0

   OQ

   Отдельные продольные гор чие трещины на поверхности электродов. Электроды забракованы ОТК,

   135,3Ю0,2 13,5 16,6 45 18 15,0 3,7 187 15,5 3,5 162 13,0 3,0 б1)

   на поверхности электродов в подворотниковой ОТК.

   17,045 187 16,5 40 18 15,3 3,5 165 13,5 3,0 73

   Гор чие продольные трещины по всей поверхности электродов, забракованы ОТК,

   137,8 101,3 14°17,5 45 187 135,6 100,5 13,8 16,8 45 187 135,2 100,0 13,5 16,0 3,7 187 128,1 31,2 10,6 13,8 3,0 38

   135,898,6 13,2 135,0 98,2 13,0 115,3 90,1 0,2 Сетка продольных трещин Электроды забракованы 136,6 101,0 13,7 135, 100,1 13,6 135,1 98,0 13,1 125.3 90,6 10,3

   Таблица 2

   Соотв. Соота. Соотв. Брак по свойствам

   Соотв.

   Соотв.

   Соотв.

   Брак по свойствам

   Соотв.

   COUId.

   Соотв.

   Врак по свойствам

   96,3

   12,8

   .3

   3,7

   Примечание. 1) Режим термообработки образцов, Закалка: 1150°С, выдержка А ч, охлаждение воздух; I.Старение ii50°C выдержка 6 ч, охлаждение воздух; II Старение 7&0°С выдержка 3 час., охлаждение воздух.

   2) Коэффициент анизотропии п . ГУ ич. p°t, 1

   U lWp anon.pj1

   3) Рассчитан по данным микрорентгеноспектрального анализа участков площадью 25&х256 мкм на установке Comebax-SX50 ;

   Ч - повышение концентрации в межосном участке; - повышение концентрации в ос х дендритов.

   )) Норм - Ьез трещин на поверхности, 5) 1 за вл емые пределы.

   63

   0,018

   zo

   Соотв.

   jlOO

   50