RU2567408C2 - Method for manufacturing multilayered ingots - Google Patents
Method for manufacturing multilayered ingots Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567408C2 RU2567408C2 RU2013149710/02A RU2013149710A RU2567408C2 RU 2567408 C2 RU2567408 C2 RU 2567408C2 RU 2013149710/02 A RU2013149710/02 A RU 2013149710/02A RU 2013149710 A RU2013149710 A RU 2013149710A RU 2567408 C2 RU2567408 C2 RU 2567408C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ingot
- slag
- bath
- middle layer
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрометаллургии, в частности, к способам получения многослойных слитков импульсно-электрошлаковым переплавом.The invention relates to electrometallurgy, in particular, to methods for producing multilayer ingots by pulse electroslag remelting.
Известен способ получения многослойного слитка переменно-дискретного состава в процессе электрошлаковой плавки, при котором во время переплава расходуемого электрода через определенный промежуток времени подают некоторое количество FeS в шлаковую ванну без отключения питающего напряжения [1].A known method of producing a multilayer ingot of variable-discrete composition in the process of electroslag melting, in which during remelting of the consumable electrode after a certain period of time serves a certain amount of FeS in the slag bath without turning off the supply voltage [1].
Недостатком данного способа является то, что в процессе образования многослойной структуры не происходит формирования четкой границы между слоями. Это связано с тем, что при отсутствии отключения питающего напряжения в ванну расплавленного металла вместе с FeS продолжают поступать капли металла расходуемого электрода. В результате сложно получить требуемый характер распределения добавок в образующемся объеме и четкие границы между слоями слитка.The disadvantage of this method is that in the process of forming a multilayer structure does not occur the formation of a clear border between the layers. This is due to the fact that, in the absence of a disconnection of the supply voltage, drops of the metal of the consumable electrode continue to flow into the molten metal bath together with FeS. As a result, it is difficult to obtain the required character of the distribution of additives in the resulting volume and clear boundaries between the layers of the ingot.
Известны способы получения многослойных слитков электрошлаковым переплавом, при которых ввод легирующих элементов в плавильное пространство осуществляется во время отключения питающего напряжения через периоды времени, равные Δτ=0,2·m/V, где m - масса жидкой металлической ванны в стационарные периоды плавки, кг; V - скорость наплавления слитка, кг/с. Способы обеспечивают послойное распределение легирующих элементов в слитке при порционной подаче их в шлаковую ванну [2, 3].Known methods for producing multilayer ingots by electroslag remelting, in which the alloying elements are introduced into the melting space during the disconnection of the supply voltage through time periods equal to Δτ = 0.2 · m / V, where m is the mass of the liquid metal bath during stationary periods of melting, kg ; V is the ingot deposition rate, kg / s. The methods provide a layer-by-layer distribution of alloying elements in the ingot by portioning them into a slag bath [2, 3].
Недостатком известных способов является ограниченность длительности интервала времени, в течение которого отключают питающее напряжение, обусловленная необходимостью формирования поверхности выплавляемых слитков требуемого качества.A disadvantage of the known methods is the limited duration of the time interval during which the supply voltage is turned off, due to the need to form the surface of the melted ingots of the required quality.
Известны также способы получения многослойных по высоте слитков методом электрошлакового переплава путем введения легирующих элементов в зону плавления в соответствии с требуемой долей участия легирующих элементов, входящих в слиток, или использования специальных комбинированных расходуемых электродов для получения двухслойных или многослойных заготовок [4, 5, 6].There are also known methods of producing multilayer ingots with height by the method of electroslag remelting by introducing alloying elements into the melting zone in accordance with the required share of alloying elements included in the ingot, or using special combined consumable electrodes to produce bilayer or multilayer billets [4, 5, 6] .
Важным показателем качества материала многослойного слитка электрошлакового переплава, наплавленного из разнородных марок сталей, является протяженность переходной зоны вокруг границы слоев, которая характеризуется значительным изменением в ней концентраций химических элементов как по высоте слитка, так и вдоль поперечного сечения. Проведенные эксперименты показывают, что при получении многослойного слитка способами [4, 5] вокруг границы его разнородных частей образуется указанная зона значительной протяженности. Так, при получении многослойного слитка диаметром 160 мм из стали 45 (верхний и нижний слои) и стали ЭИ993 (средний слой) известным способом с использованием комбинированных расходуемых электродов высота зоны с существенным изменением концентрации химических элементов составляет 1,2 диаметра кристаллизатора.An important indicator of the quality of the material of a multilayer ingot of electroslag remelting deposited from dissimilar steel grades is the length of the transition zone around the layer boundary, which is characterized by a significant change in the concentration of chemical elements both along the height of the ingot and along the cross section. The experiments show that upon receipt of a multilayer ingot by methods [4, 5], a specified zone of considerable length is formed around the boundary of its heterogeneous parts. So, upon receipt of a multilayer ingot with a diameter of 160 mm from steel 45 (upper and lower layers) and steel EI993 (middle layer) in a known manner using combined consumable electrodes, the height of the zone with a significant change in the concentration of chemical elements is 1.2 times the diameter of the mold.
Протяженность зоны с существенным изменением концентрации химических элементов вблизи границы разнородных слоев слитка зависит не только от изменения состава химических элементов по высоте переплавляемого электрода, но и от глубины жидкой металлической ванны.The length of the zone with a significant change in the concentration of chemical elements near the boundary of the heterogeneous layers of the ingot depends not only on the change in the composition of chemical elements along the height of the remelted electrode, but also on the depth of the liquid metal bath.
В известном способе [6] для снижения протяженности зоны с существенным изменением концентрации химических элементов вокруг границы разнородных слоев слитка уменьшают глубину и объем ванны жидкого металла путем снижения скорости наплавления слитка. Для этой цели используется флюс с пониженным тепловым КПД. При этом без ухудшения качества поверхности слитка снижается скорость его наплавления и тем самым уменьшается объем жидкой металлической ванны. Это приводит к сокращению протяженности указанной переходной зоны вокруг границы слоев слитка, но одновременно снижается не только интенсивность обработки жидкого металла шлаком в процессе переплава, но и равномерность распределения легирующего элемента по сечению многослойного слитка. Кроме того, недостатком известного способа является необходимость применения флюса с пониженным тепловым КПД и дополнительного нерасходуемого электрода.In the known method [6], to reduce the extent of the zone with a significant change in the concentration of chemical elements around the boundary of the heterogeneous layers of the ingot, the depth and volume of the molten metal bath are reduced by reducing the rate of deposit ingot. For this purpose, a flux with reduced thermal efficiency is used. In this case, without deterioration of the surface quality of the ingot, the rate of its deposition is reduced and thereby the volume of the liquid metal bath is reduced. This leads to a decrease in the length of the transition zone around the boundary of the ingot layers, but at the same time not only the intensity of the processing of liquid metal by slag during the remelting process decreases, but also the uniform distribution of the alloying element over the cross section of the multilayer ingot. In addition, the disadvantage of this method is the necessity of using a flux with reduced thermal efficiency and an additional non-consumable electrode.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения слоистых слитков импульсно-электрошлаковым переплавом с использованием комбинированных расходуемых электродов, включающий переплав расходуемого электрода с модуляцией теплового потока шлаковой и металлической ванн, отличающийся тем, что переплавляют комбинированный расходуемый электрод, состав которого регулируют по длине в зависимости от химического состава слитка по высоте, и осуществляют в процессе его переплава модуляцию теплового потока, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка, с периодом времени, равным постоянной времени теплового процесса шлаковой ванны, и скважностью, равной двум [7].Of the known methods, the closest in technical essence to the claimed one is a method for producing layered ingots by pulsed electroslag remelting using combined consumable electrodes, including remelting a consumable electrode with modulation of the heat flow of slag and metal baths, characterized in that the combined consumable electrode is remelted, the composition of which is regulated in length depending on the chemical composition of the ingot in height, and t pilaf flow directed from the slag bath through the solidification front of the ingot in the body, with a time period equal to the time constant of the thermal process the slag bath, and a duty ratio equal to two [7].
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает получение многослойных слитков с высокой плотностью материала и равномерным распределением легирующего элемента по объему среднего слоя, применяемых для изготовления элементов различных машиностроительных изделий, например валов.The disadvantage of this method is that it does not provide multilayer ingots with a high density of material and a uniform distribution of the alloying element over the volume of the middle layer used for the manufacture of elements of various engineering products, such as shafts.
Использование импульсно-электрошлакового процесса [8], кроме изменения температурного режима переплава, вызывает механические колебания поверхности жидкой металлической ванны вследствие наличия электрокапиллярной вибрации. Когда частота модуляции электротеплового режима близка к собственной частоте колебаний поверхности жидкой металлической ванны, то в ней наблюдаются резонансные колебания. При этом резко возрастает амплитуда колебаний поверхности жидкого металла, что способствует интенсивному перемешиванию жидкого металла, выравниванию химического состава по объему жидкой металлической ванны, уменьшению сегрегации, формированию более плоского фронта кристаллизации, а также при достижении определенных скоростей (ускорений) движения жидкого металла разрушению первичных дендритов, которые впоследствии могут становиться центрами кристаллизации. Указанные явления существенно расширяют возможности управления процессом формирования структуры получаемых отливок.The use of a pulsed electroslag process [8], in addition to changing the temperature regime of remelting, causes mechanical vibrations of the surface of the liquid metal bath due to the presence of electrocapillary vibration. When the modulation frequency of the electrothermal regime is close to the natural frequency of oscillations of the surface of the liquid metal bath, then resonant vibrations are observed in it. At the same time, the amplitude of oscillations of the surface of the liquid metal sharply increases, which contributes to intensive mixing of the liquid metal, equalization of the chemical composition in terms of the volume of the liquid metal bath, reduction of segregation, the formation of a flatter crystallization front, and also when certain velocities (accelerations) of the movement of the liquid metal are reached, destruction of the primary dendrites , which subsequently can become centers of crystallization. These phenomena significantly expand the ability to control the process of forming the structure of the obtained castings.
Техническим результатом, достигаемым заявленным способом, является:The technical result achieved by the claimed method is:
- повышение качества металла многослойного слитка за счет сокращения протяженности приграничных областей с повышенным градиентом концентраций элементов смежных слоев вдоль оси слитка и снижения в них градиента концентраций элементов по сечению слитка без уменьшения производительности электрошлакового процесса переплава;- improving the quality of the metal of the multilayer ingot by reducing the length of the border regions with an increased concentration gradient of elements of adjacent layers along the axis of the ingot and reducing the concentration gradient of elements along the cross section of the ingot without reducing the performance of the electroslag remelting process;
- интенсификация усвоения легирующего элемента и равномерное его распределение по объему среднего слоя и приграничных областей слоев слитка;- intensification of assimilation of the alloying element and its uniform distribution over the volume of the middle layer and the border regions of the ingot layers;
- повышение интенсивности обработки жидкого металла шлаком и плотности слитка.- increasing the intensity of the processing of liquid metal by slag and the density of the ingot.
Этот технический результат достигается тем, что при получении многослойных слитков импульсным электрошлаковым переплавом комбинированного расходуемого электрода, выполненного с участками, имеющими различный химический состав, который задают в зависимости от требуемого химического состава стали на заданном участке слитка, осуществляют выплавку нижнего и верхнего слоев слитка модуляцией теплового потока шлаковой и металлической ванн, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка, с периодом времени, равным постоянной времени теплового процесса шлаковой ванны, и скважностью, равной двум, в соответствии с заявляемым изобретением дополнительно осуществляют выплавку среднего слоя на частоте резонансных колебаний жидкой металлической ванны.This technical result is achieved by the fact that upon receipt of multilayer ingots by pulsed electroslag remelting of a combined consumable electrode made with sections having different chemical composition, which is set depending on the required chemical composition of steel in a given section of the ingot, the lower and upper layers of the ingot are smelted by modulating thermal the flow of slag and metal baths directed from the slag bath through the crystallization front into the body of the ingot, with a period of time equal thermal time constant of the process the slag bath, and a duty ratio equal to two, in accordance with the present invention further comprises smelting the middle layer at the frequency of resonance oscillations of the liquid metal bath.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ получения электрошлакового многослойного слитка отличается от известного тем, что в заявляемом способе импульсно-электрошлаковый процесс получения среднего слоя слитка осуществляют импульсной модуляцией режима переплава на частоте резонансных колебаний жидкой металлической ванны.A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed method for producing electroslag multilayer ingot differs from the known one in that the inventive method for the pulsed electroslag process for producing the middle layer of the ingot is carried out by pulse modulation of the remelting mode at the frequency of resonant vibrations of the liquid metal bath.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна». Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».These differences allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "Novelty." Signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype, are not identified in other technical solutions in the study of this and related areas of technology and, therefore, provide the claimed technical solution according to the criterion of "inventive step".
На фиг.1 представлены направления движения жидкого шлака и колебания поверхности металлической ванны в круглом кристаллизаторе в процессе импульсно-электрошлакового переплава на интервале:Figure 1 shows the direction of movement of liquid slag and the surface oscillations of the metal bath in a round mold during pulsed electroslag remelting in the interval:
а) подачи питающего напряжения (протекания тока в электроде);a) supply voltage (current flow in the electrode);
б) отключения питающего напряжения (отсутствия тока в электроде).b) disconnecting the supply voltage (lack of current in the electrode).
На фиг.2 представлена зависимость частоты резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны от диаметра кристаллизатора Dкр, м.Figure 2 presents the dependence of the frequency of the resonant vibrations of the surface of the liquid metal bath from the diameter of the mold D cr , m
На фиг.3 представлено распределение углерода вдоль оси многослойного слитка диаметром 160 мм, нижний и верхний слои которого выполнены из стали 45, а средний слой - из стали ЭИ993, при непрерывном режиме переплава.Figure 3 shows the carbon distribution along the axis of a multilayer ingot with a diameter of 160 mm, the lower and upper layers of which are made of steel 45, and the middle layer is made of steel EI993, with a continuous mode of remelting.
На фиг.4 представлено распределение углерода вдоль оси многослойного слитка диаметром 160 мм, нижний и верхний слои которого выполнены из стали 45, а средний слой - из стали ЭИ993, при импульсно-электрошлаковом переплаве нижнего и верхнего слоев с частотой модуляции теплового потока, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка, равной 0,005 Гц; а среднего слоя - с частотой резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны, равной 2,8 Гц.Figure 4 shows the distribution of carbon along the axis of a multilayer ingot with a diameter of 160 mm, the lower and upper layers of which are made of steel 45, and the middle layer is made of steel EI993, with pulsed electroslag remelting of the lower and upper layers with a modulation frequency of the heat flux directed from a slag bath through the crystallization front into the body of the ingot, equal to 0.005 Hz; and the middle layer with a frequency of resonant vibrations of the surface of the liquid metal bath equal to 2.8 Hz.
На фиг.5 представлено распределение твердости HRСЭ вдоль оси многослойного слитка диаметром 110 мм, нижний и верхний слои которого выполнены из стали У8, а средний слой - из сплава стали У8 и карбида вольфрама при импульсно-электрошлаковом переплаве нижнего и верхнего слоев с частотой модуляции теплового потока, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка, равной 0,04 Гц, а среднего слоя - с частотой резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны, равной 3,4 Гц.Figure 5 shows the distribution of hardness HRC E along the axis of a multilayer ingot with a diameter of 110 mm, the lower and upper layers of which are made of U8 steel, and the middle layer is made of an alloy of U8 steel and tungsten carbide during pulsed electroslag remelting of the lower and upper layers with a modulation frequency heat flow directed from the slag bath through the crystallization front into the body of the ingot equal to 0.04 Hz, and the middle layer with a frequency of resonant vibrations of the surface of the liquid metal bath equal to 3.4 Hz.
На фиг.1а, б приняты следующие обозначения:On figa, b adopted the following notation:
1 - верхний уровень шлаковой ванны; 2 - направление циркуляции шлака в шлаковой ванне; 3 - уровень конической части металлической ванны; 4 - жидкая металлическая ванна.1 - the upper level of the slag bath; 2 - the direction of circulation of the slag in the slag bath; 3 - level of the conical part of the metal bath; 4 - liquid metal bath.
На фиг.3 и 4 приняты следующие обозначения кривых распределения хрома: 1 - на поверхности слитка; 2 - вдоль оси слитка.Figure 3 and 4 adopted the following notation for the distribution curves of chromium: 1 - on the surface of the ingot; 2 - along the axis of the ingot.
Способ получения многослойного слитка импульсно-электрошлаковым переплавом реализуется следующим образом.A method of obtaining a multilayer ingot pulse-electroslag remelting is implemented as follows.
В процессе переплава нижнего слоя осуществляют модуляцию теплового потока, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка на частоте меньше десятых долей герц. При выплавке среднего слоя слитка модуляцию процесса переплава выполняют на частоте резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны, которая на несколько порядков выше частоты модуляции теплового потока. А с верхней границы среднего слоя переплав вновь осуществляют на частоте модуляции теплового потока. Скважность в обоих режимах модуляции равна двум.In the process of remelting the lower layer, the modulation of the heat flux directed from the slag bath through the crystallization front to the ingot body at a frequency of less than tenths of a hertz is carried out. When the middle layer of the ingot is smelted, the remelting process is modulated at the frequency of resonant vibrations of the surface of the liquid metal bath, which is several orders of magnitude higher than the frequency of modulation of the heat flux. And from the upper boundary of the middle layer, remelting is again carried out at the modulation frequency of the heat flux. The duty cycle in both modulation modes is two.
При осуществлении модуляции на частоте резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны наблюдаются вертикальные колебания поверхности шлаковой ванны с амплитудой до 20 мм (фиг.1, а). Наблюдения за процессом позволили установить, что колебание поверхности шлаковой ванны имеет пульсирующий характер, а амплитуда пульсаций зависит от частоты и скважности импульсной модуляции режима. Совместный анализ результатов плавки и визуальных наблюдений за процессом плавки позволил установить предполагаемый характер движения жидкого шлака.When modulation is performed at the frequency of the resonant vibrations of the surface of the liquid metal bath, vertical vibrations of the surface of the slag bath with an amplitude of up to 20 mm are observed (Fig. 1, a). Observations of the process made it possible to establish that the fluctuation of the surface of the slag bath has a pulsating character, and the amplitude of the pulsations depends on the frequency and duty cycle of the pulse modulation mode. A joint analysis of the results of smelting and visual observations of the smelting process made it possible to establish the expected nature of the movement of liquid slag.
На интервале протекания тока периода модуляции из-за резкого увеличения амплитуды колебаний поверхности жидкой металлической ванны поток шлака направляется вверх от электрода к внутренней стенке кристаллизатора, затем вниз вдоль этой стенки и поднимается вверх под рабочей поверхностью электрода [8, 9].In the interval of the current flow of the modulation period, due to a sharp increase in the amplitude of oscillations of the surface of the liquid metal bath, the slag flow is directed upward from the electrode to the inner wall of the mold, then down along this wall and rises up under the electrode working surface [8, 9].
На интервале отсутствия тока (фиг.1, б) амплитуда колебаний поверхности жидкой металлической ванны уменьшается, вследствие этого направление движения шлака изменяется на противоположное. Изменением частоты импульсно-электрошлакового переплава можно управлять амплитудой колебания поверхности жидкой металлической ванны.In the absence of current interval (Fig. 1, b), the amplitude of oscillations of the surface of the liquid metal bath decreases, as a result of which the direction of movement of the slag is reversed. The change in the frequency of the pulsed electroslag remelting can be controlled by the amplitude of the oscillation of the surface of the liquid metal bath.
Исследование общих закономерностей плавления электродов с импульсной модуляцией на частотах, близких к частоте резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны, показало, что пульсирующий характер движения шлаковой ванны и резонансные колебания металлической ванны оказывают влияние на формирование оплавляемой поверхности электрода. При малой скорости подачи электрода его оплавление происходит в верхней части шлаковой ванны и оплавленная поверхность торца имеет вогнутую форму. Такая форма торца электрода возможна только в том случае, если увеличивается тепловой поток на оплавляемую поверхность за счет изменения характера конвективных потоков в шлаковой ванне.The study of the general laws of melting of electrodes with pulsed modulation at frequencies close to the frequency of resonant vibrations of the surface of a liquid metal bath showed that the pulsating nature of the movement of the slag bath and the resonant vibrations of the metal bath affect the formation of the fused electrode surface. At a low feed rate of the electrode, its melting occurs in the upper part of the slag bath and the molten end surface has a concave shape. This shape of the electrode end is possible only if the heat flux to the surface to be melted increases due to a change in the nature of convective flows in the slag bath.
С увеличением скорости подачи оплавляющийся конец электрода приобретает выпукло-коническую форму со следами отрыва капель, расположенными вдоль от вершины конуса, что связано с принудительным многокапельным переносом жидкого металла. Следовательно, форма оплавляемого торца электродов косвенно подтверждает характер движения шлака, связанный с колебанием поверхности жидкой металлической ванны.With an increase in the feed rate, the melting end of the electrode acquires a convex-conical shape with traces of droplet separation located along from the top of the cone, which is associated with forced multi-drop transfer of liquid metal. Therefore, the shape of the melted end of the electrodes indirectly confirms the nature of the movement of slag associated with the oscillation of the surface of the liquid metal bath.
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.
Пример 1. Получение многослойного слитка, верхний и нижний слои которого состоят из стали 45, а средний слой - из стали ЭИ993, осуществляли на установке электрошлакового переплава А-550У. В качестве расходуемых электродов использовали прокат этих же сталей с диаметром 60 мм (на фиг.2: 2 - сталь 45, 3 - сталь ЭИ993, 4 - сталь 45). Переплав проводили в кристаллизаторе с диаметром 160 мм под флюсом марки АНФ-6, напряжение и ток переплава в импульсном режиме составляли 54-56 В и 3,6-3,8 кА соответственно.Example 1. Obtaining a multilayer ingot, the upper and lower layers of which consist of steel 45, and the middle layer of steel EI993, was carried out on the installation of electroslag remelting A-550U. As consumable electrodes, rolled steel of the same steel with a diameter of 60 mm was used (in FIG. 2: 2 - steel 45, 3 - steel EI993, 4 - steel 45). The remelting was carried out in a mold with a diameter of 160 mm under an ANF-6 grade flux, the voltage and remelting current in a pulsed mode were 54-56 V and 3.6-3.8 kA, respectively.
Частота импульсно-электрошлаковой выплавки верхнего и нижнего слоев составляла 0,025 Гц, а среднего слоя - 2,8 Гц. Такое сочетание режимов импульсного переплава позволило сократить протяженность среднего участка от 0,192 м (фиг.5, прототип) до 0,072 м (фиг.4).The frequency of pulsed electroslag smelting of the upper and lower layers was 0.025 Hz, and the middle layer was 2.8 Hz. This combination of pulsed remelting modes allowed to reduce the length of the middle section from 0.192 m (figure 5, prototype) to 0.072 m (figure 4).
После выплавки слитки разрезали по высоте для исследования распределения регулируемого элемента.After smelting, the ingots were cut in height to study the distribution of the adjustable element.
Контроль распределения регулируемого элемента проводили методом точечного спектрального анализа осевого продольного сечения слитка. Интервал между контролируемыми точками не превышал 2 мм, в осевом и поперечном направлениях, что для участка площадью 50 см2 составляло 90-100 точек. Представленные на фиг.3 и 4 результаты распределения показывают уменьшение разницы концентраций углерода по радиусу слитка на высоте 0,14 м с 0,15% до 0%.The distribution of the controlled element was controlled by the method of point spectral analysis of the axial longitudinal section of the ingot. The interval between the controlled points did not exceed 2 mm, in the axial and transverse directions, which for a plot of 50 cm 2 was 90-100 points. Presented in figures 3 and 4, the distribution results show a decrease in the difference in carbon concentrations over the radius of the ingot at a height of 0.14 m from 0.15% to 0%.
Пример 2. Переплав стали У8А осуществляли в кристаллизатор с диаметром 110 мм под флюсом АНФ-6. В качестве расходуемых электродов использовали прокат диаметром 40 мм. Для формирования среднего слоя по высоте слитка по ходу переплава электрода из стали У8А в шлаковую ванну вводили карбид вольфрама. При этом получение однородной равновесной структуры и сокращение протяженности среднего слоя, а также протяженности переходных зон вокруг него обеспечивалось переходом от импульсного режима переплава нижнего и верхнего слоев с частотой модуляции теплового потока, равной 0,04 Гц, к импульсному режиму переплава среднего слоя на частоте резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны, равной 3,3 Гц. Одновременно при выплавке среднего слоя обеспечивались более высокие равномерность распределения карбида вольфрама по его сечению, плотность слоя и более интенсивная обработка жидкого металла шлаком. Переплав вели при токе электрода 2,8 кА под флюсом АНФ-6, а напряжение на шлаковой ванне в импульсном режиме составляло 46-48 В. При выплавке среднего слоя многослойного слитка на резонансной частоте металлической ванны достигается более равномерное распределение твердости в нем (фиг.5).Example 2. Remelting steel U8A was carried out in a mold with a diameter of 110 mm under the flux ANF-6. 40 mm diameter rolled products were used as consumable electrodes. To form the middle layer along the height of the ingot along the remelting of the electrode from U8A steel, tungsten carbide was introduced into the slag bath. In this case, obtaining a uniform equilibrium structure and reducing the length of the middle layer, as well as the length of the transition zones around it, was ensured by the transition from the pulsed mode of remelting the lower and upper layers with a modulation frequency of the heat flux equal to 0.04 Hz to the pulsed mode of remelting the middle layer at a resonance frequency oscillations of the surface of a liquid metal bath equal to 3.3 Hz. At the same time, when the middle layer was smelted, higher uniformity of distribution of tungsten carbide over its cross section, layer density, and more intensive processing of liquid metal by slag were ensured. The remelting was carried out at an electrode current of 2.8 kA under the ANF-6 flux, and the voltage on the slag bath in the pulsed mode was 46-48 V. When the middle layer of the multilayer ingot is smelted at the resonant frequency of the metal bath, a more uniform distribution of hardness in it is achieved (Fig. 5).
После литья металл слитка отжигали по следующему режиму: нагрев до температуры 800±20°С, выдержка 3,5-4,2 часа, охлаждение в печи до 200°С со скоростью 30-50°С/час и окончательное охлаждение на воздухе. При этом твердость металла в нижнем и верхнем слоях снижается до,1 НКСЭ, а в среднем слое слитка - до 10 НRСЭ. После механической обработки нагрев под закалку осуществляли в тщательно раскисленной бурой хлорбариевой ванне до 1200°С, а охлаждение - в масле. Структура заготовки становится мелкозернистой, твердость в среднем слое достигает не менее 64-66 НRСЭ, а у исходной стали (сталь У8А) не более 55-60 HRСЭ.After casting, the metal of the ingot was annealed in the following mode: heating to a temperature of 800 ± 20 ° С, holding for 3.5–4.2 hours, cooling in an oven to 200 ° С at a rate of 30–50 ° С / hour and final cooling in air. When the hardness of the metal in the lower and upper layers is reduced to,
Проведенные эксперименты доказывают промышленную применимость данного способа. Слитки, полученные экспериментальным путем, имели послойную структуру с четким распределением легирующих элементов в слоях и без дефектов слоистой структуры, возникающих при появлении электрической дуги.The conducted experiments prove the industrial applicability of this method. The ingots obtained experimentally had a layered structure with a clear distribution of alloying elements in the layers and without defects in the layered structure that occur when an electric arc appears.
Использование предлагаемого способа получения многослойного слитка импульсно-электрошлаковым переплавом обеспечивает следующие преимущества.Using the proposed method for producing a multilayer ingot by pulsed electroslag remelting provides the following advantages.
1. Снижается протяженность приграничных областей с повышенным градиентом концентраций элементов смежных слоев вдоль оси слитка, что положительно сказывается при его последующей деформации.1. The length of the border areas with an increased concentration gradient of elements of adjacent layers along the axis of the ingot is reduced, which positively affects its subsequent deformation.
2. Позволяет программировать многослойные слитки с заданными границами среднего слоя.2. Allows you to program multilayer ingots with specified boundaries of the middle layer.
3. Более равномерное распределение твердости в среднем слое на резонансной частоте металлической ванны.3. A more uniform distribution of hardness in the middle layer at the resonant frequency of the metal bath.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретебнияSources of information taken into account when drawing up the description and claims
1. Влияние коэффициента заполнения кристаллизатора на электрошлаковый переплав сталей. Ямагучи К., Фунацу М., Ишихара Т. Электрошлаковый переплав. Вып.3. Киев: Наукова думка, 1975. C.111-118.1. The effect of the fill factor of the mold on electroslag remelting of steels. Yamaguchi K., Funatsu M., Ishihara T. Electroslag remelting.
2. Способ получения многослойных слитков электрошлаковым переплавом. В.И. Чуманов, В.Е. Рощин, И.В. Чуманов, Ю.Г. Кадочников. Патент РФ №2163268, МКИ С22В 9/18. 3аявл.08.06.1999.2. A method for producing multilayer ingots by electroslag remelting. IN AND. Chumanov, V.E. Roshchin, I.V. Chumanov, Yu.G. Kadochnikov. RF patent №2163268, MKI C22B 9/18. Dec. 3, 08/08/1999.
3. Способ получения многослойных слитков электрошлаковым переплавом. Кадочников Ю.Г., Сафиуллин М.Р., Растегаев Е.Н., Бирт Ю.В. Патент РФ №2242526, МКИ С22В 9/18. Заявл. 30.07.2004.3. A method for producing multilayer ingots by electroslag remelting. Kadochnikov Yu.G., Safiullin M.R., Rastegaev E.N., Birt Yu.V. RF patent No. 2242526, MKI C22B 9/18. Claim 07/30/2004.
4. Способ изготовления расходуемых электродов для выплавки стали. Умеда Иоити. (Сумитому киндзоку коге кабусики кайся) Японск. пат. Кл. 10А31, №1641, заяв. 5.09.64. Опубл. 26.01.67.4. A method of manufacturing consumable electrodes for steelmaking. Umeda Ioichi. (To the sumptuous kinzoku koge kabushiki repent) Japanese. US Pat. Cl. 10A31, No. 1641, application. 5.09.64. Publ. 01/26/67.
5. Новожилов Н.М. Изготовление и применение в машиностроении сплавов переменного состава. - М.: Машиностроение, 1987. - 80 с.5. Novozhilov N.M. Production and use in engineering of alloys of variable composition. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 80 p.
6. Проскуровский В.К. и др. Некоторые особенности выплавки стали ЭШП с переменным химическим составом / В сб. Специальные вопросы электротермии. - Чебоксары: Чуваш, ун-т, 1981. - С.35-40.6. Proskurovsky V.K. and others. Some features of steel smelting ESR with variable chemical composition / In sb. Special Electrothermal Issues. - Cheboksary: Chuvash, un-t, 1981. - S.35-40.
7. Способ получения слоистых слитков импульсно-электрошлаковым переплавом. Абрамов А.В., Ильгачев А.Н., Михадаров Д.Г. Патент РФ №2432406, МКИ С22В 9/18. Заявл. 14.09.2009. Опубл. 20.03.2011.7. A method for producing layered ingots by pulsed electroslag remelting. Abramov A.V., Ilgachev A.N., Mikhadarov D.G. RF patent No. 2432406, MKI C22B 9/18. Claim 09/14/2009. Publ. 03/20/2011.
8. Абрамов А.В., Лоскутов В.И., Ковалев В.Г. Электротехнические особенности импульсно-электрошлакового процесса // Современные проблемы электрометаллургии стали / Тр. Седьмой всесоюзн. научной конференции. - Челябинск, 1990. - с.99.8. Abramov A.V., Loskutov V.I., Kovalev V.G. Electrotechnical features of pulsed electroslag process // Modern problems of steel electrometallurgy / Tr. Seventh All-Union. scientific conference. - Chelyabinsk, 1990 .-- p.99.
9. Абрамов А.В., Лоскутов В.И., Ковалев В.Г. Новая технология электрошлаковой выплавки инструментальных заготовок // Проблемы спецэлектрометаллургии. Киев: Наукова думка, 1993. Вып.4. с.10-12.9. Abramov A.V., Loskutov V.I., Kovalev V.G. New technology for electroslag smelting of tool blanks // Problems of special electrometallurgy. Kiev: Naukova Dumka, 1993.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149710/02A RU2567408C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Method for manufacturing multilayered ingots |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013149710/02A RU2567408C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Method for manufacturing multilayered ingots |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013149710A RU2013149710A (en) | 2015-05-20 |
| RU2567408C2 true RU2567408C2 (en) | 2015-11-10 |
Family
ID=53283657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013149710/02A RU2567408C2 (en) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | Method for manufacturing multilayered ingots |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2567408C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167472U1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | ELECTRODE FOR PRODUCING VARIABLE ALLOYS ALLOY |
| RU2628720C1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-08-21 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Electrode to produce alloy of variable composition |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108411120A (en) * | 2018-04-04 | 2018-08-17 | 马鞍山华盛冶金科技发展有限公司 | A method of improving electroslag remelting steel ingot Solidification Quality |
| CN112746176B (en) * | 2020-12-29 | 2024-03-22 | 常州中钢精密锻材有限公司 | Method for controlling trace element distribution in ESR cast ingot and application thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2525133A (en) * | 1945-06-22 | 1950-10-10 | Kellogg M W Co | Manufacture of composite metal articles |
| RU2163269C1 (en) * | 1999-06-08 | 2001-02-20 | Чуманов Валерий Иванович | Method for making laminate ingots by electroslag refining |
| RU2242526C2 (en) * | 2002-07-30 | 2004-12-20 | Кадочников Юрий Геннадьевич | Method for producing of multilayer ingots by electroslag remelting process |
| RU2432406C2 (en) * | 2009-09-14 | 2011-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Procedure for manufacture of layered ingots by pulse-electro-slag re-melt |
-
2013
- 2013-11-06 RU RU2013149710/02A patent/RU2567408C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2525133A (en) * | 1945-06-22 | 1950-10-10 | Kellogg M W Co | Manufacture of composite metal articles |
| RU2163269C1 (en) * | 1999-06-08 | 2001-02-20 | Чуманов Валерий Иванович | Method for making laminate ingots by electroslag refining |
| RU2242526C2 (en) * | 2002-07-30 | 2004-12-20 | Кадочников Юрий Геннадьевич | Method for producing of multilayer ingots by electroslag remelting process |
| RU2432406C2 (en) * | 2009-09-14 | 2011-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Procedure for manufacture of layered ingots by pulse-electro-slag re-melt |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167472U1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | ELECTRODE FOR PRODUCING VARIABLE ALLOYS ALLOY |
| RU2628720C1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-08-21 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Electrode to produce alloy of variable composition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013149710A (en) | 2015-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rodrigues et al. | Ultracold-Wire and arc additive manufacturing (UC-WAAM) | |
| RU2567408C2 (en) | Method for manufacturing multilayered ingots | |
| TWI541088B (en) | Production method of forged steel roll | |
| CN204474736U (en) | A kind of acceleration condensation crystallizer | |
| JP2015098635A (en) | Electrode for electroslag re-melting and method of producing high-nitrogen-content steel | |
| JP4762409B2 (en) | Articles nucleated and cast from clean metal | |
| JP2011177792A (en) | Method for producing hollow ingot, and production system therefor | |
| JP7132717B2 (en) | Method for producing ingot made of titanium alloy | |
| RU2328538C1 (en) | Method of production of multylayer ingots by electroslag remelting | |
| RU2413016C1 (en) | Procedure for fabrication of hollow ingot by electric-slag re-melting | |
| RU2163269C1 (en) | Method for making laminate ingots by electroslag refining | |
| JP6994392B2 (en) | Ingot made of an alloy containing titanium as the main component, and its manufacturing method | |
| CN103769551B (en) | The production technology of a kind of aluminium silicon magnesium system Birmasil | |
| RU2432406C2 (en) | Procedure for manufacture of layered ingots by pulse-electro-slag re-melt | |
| RU2736949C2 (en) | Method of ingot forming in crystallizers of special-metallurgical furnaces | |
| CS209655B1 (en) | Method of making the metal hollow casting with the bottom | |
| RU2695682C2 (en) | Method of manufacturing ingot from low-alloy steel | |
| RU2209841C2 (en) | Metal pouring method | |
| RU2397851C1 (en) | Electroslag hard-facing of flat surfaces | |
| CN219218115U (en) | Online adjusting device of electroslag furnace composition | |
| RU2403120C2 (en) | Plant to cast metal blanks | |
| RU2429939C2 (en) | Manufacturing method of tube billets for thin-wall high-strength housings | |
| JP2022020460A (en) | Method for manufacturing steel ingot for roll and steel ingot for roll | |
| Medovar et al. | Novelty in the ESR process of making large hollow ingots | |
| RU155761U1 (en) | NON-CONSUMABLE ELECTRODE ELECTRIC SLAG REMOVING FURNACE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161107 |