RU2774761C1 - Method for obtaining a bimetallic ingot - Google Patents
Method for obtaining a bimetallic ingot Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774761C1 RU2774761C1 RU2022106000A RU2022106000A RU2774761C1 RU 2774761 C1 RU2774761 C1 RU 2774761C1 RU 2022106000 A RU2022106000 A RU 2022106000A RU 2022106000 A RU2022106000 A RU 2022106000A RU 2774761 C1 RU2774761 C1 RU 2774761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- layer
- steel
- bimetallic
- slag
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 38
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 38
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 10
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 7
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- -1 titanium and niobium Chemical compound 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L Calcium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, конкретнее к производству с использованием электрошлаковой технологии биметаллических слитков, состоящих из основного слоя из углеродистой, низколегированной или легированной стали и наплавленного слоя из коррозионностойкой стали, предназначенных для последующей прокатки на биметаллические полосы или листы. Важными требованиями к таким слиткам являются высокая прочность и гарантированная сплошность соединения слоев, равномерность толщины наплавленного слоя и его высокая коррозионная стойкость при удовлетворительном качестве поверхности и низкой стоимости листов. Прочность соединения слоев оценивается при испытаниях на срез плакирующего слоя по ГОСТ-10885. Условием высокой прочности соединения слоев, гарантирующей отсутствие их расслоения в процессе различных технологических переделов двухслойных слитков и листов, является значение сопротивления срезу не менее 350 МПа. Сплошность соединения слоев оценивается методами ультразвукового контроля (УЗК) по ГОСТ-22727, по результатам которого листу присваивается один из классов сплошности: 0, 1, 2 или 3. Наиболее высокая сплошность соединения характерна для класса 0. С повышением класса сплошности возрастают размеры допустимых дефектов. Коррозионная стойкость наплавленного слоя в слитках и в полученных из них листах определяется химическим составом стали, в частности содержанием хрома, никеля и титана в соответствии с ГОСТ-5632, его чистотой по примесям - сере и кислороду, а также его толщиной. При этом в качестве элемента, стабилизирующего содержание углерода в стали плакирующего слоя, для обеспечения ее стойкости против межкристаллитной коррозии (МКК), предпочтительнее использование титана, а не ниобия, что приводит к снижению стоимости листов. The invention relates to the field of special electrometallurgy, more specifically to the production using electroslag technology of bimetallic ingots, consisting of a base layer of carbon, low alloy or alloy steel and a deposited layer of corrosion-resistant steel, intended for subsequent rolling into bimetallic strips or sheets. Important requirements for such ingots are high strength and guaranteed continuity of the layer connection, uniform thickness of the deposited layer and its high corrosion resistance with satisfactory surface quality and low cost of sheets. The bonding strength of the layers is evaluated during shear tests of the cladding layer according to GOST-10885. The condition for the high strength of the connection of the layers, which guarantees the absence of their delamination in the process of various technological stages of two-layer ingots and sheets, is the shear resistance value of at least 350 MPa. The continuity of the connection of layers is assessed by ultrasonic testing (UT) according to GOST-22727, according to the results of which one of the continuity classes is assigned to the sheet: 0, 1, 2 or 3. The highest continuity of the connection is typical for class 0. With an increase in the continuity class, the sizes of permissible defects increase. . The corrosion resistance of the deposited layer in the ingots and in the sheets obtained from them is determined by the chemical composition of the steel, in particular the content of chromium, nickel and titanium in accordance with GOST-5632, its purity in terms of impurities - sulfur and oxygen, as well as its thickness. At the same time, it is preferable to use titanium rather than niobium as an element that stabilizes the carbon content in the steel of the cladding layer, to ensure its resistance to intergranular corrosion (ICC), which leads to a decrease in the cost of sheets.
Известен способ получения двух- и трехслойных заготовок электрошлаковой наплавкой коррозионностойкой стали на заготовку основного слоя под флюсом, содержащим CaO, CaF2, SiO2, Аl2О3 и MgO, в котором для снижения содержания кислорода в наплавленном слое рекомендуется поддерживать значение коэффициента относительной химической активности не более 0,07, а при наплавке использовать форсированные режимы с повышенными скоростями формирования наплавленного слоя (Родионова И.Г., Шарапов А.А., Липухин Ю.В. и др. Влияние свойств шлака на качество наплавленного слоя из коррозионностойкой стали. Сталь. − 1990. − № 12. − С.28-30). Этот способ обеспечивает высокую прочность сцепления слоев и удовлетворительное качество поверхности. Однако форсированные режимы наплавки приводят к увеличению как абсолютных значений глубины проплавления основного слоя, так и к ее повышенной неравномерности. Глубокое проплавление основы приводит также к существенному разбавлению коррозионностойкой стали сталью основы и к соответствующему снижению коррозионной стойкости. Кроме того, низкая химическая активность флюса приводит, главным образом, к снижению содержания кислорода и в меньшей степени серы, в то время как для повышения коррозионной стойкости во многих средах более важно рафинирование наплавленного слоя по сере, чем по кислороду. Следует также отметить, что описанная в способе сталь плакирующего слоя не содержит элементов, позволяющих обеспечить стабилизацию углерода, а именно титана и ниобия, что не предупреждает ее склонности к МКК. То есть рассматриваемый способ не обеспечивает высокой коррозионной стойкости наплавленного слоя.A known method for producing two- and three-layer workpieces by electroslag surfacing of corrosion-resistant steel on a workpiece of the main layer under a flux containing CaO, CaF 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 and MgO, in which to reduce the oxygen content in the deposited layer, it is recommended to maintain the value of the coefficient of relative chemical activity is not more than 0.07, and when surfacing, use forced modes with increased rates of formation of the deposited layer (Rodionova I.G., Sharapov A.A., Lipukhin Yu.V. and others. Influence of slag properties on the quality of the deposited layer of corrosion-resistant steel Steel, 1990, No. 12, pp. 28-30). This method provides high adhesion of layers and satisfactory surface quality. However, forced surfacing modes lead to an increase in both the absolute values of the penetration depth of the base layer and its increased non-uniformity. Deep penetration of the base also leads to a significant dilution of the corrosion-resistant steel by the base steel and to a corresponding decrease in corrosion resistance. In addition, the low chemical activity of the flux leads mainly to a decrease in the content of oxygen and, to a lesser extent, sulfur, while refining the deposited layer with sulfur rather than oxygen is more important to improve corrosion resistance in many environments. It should also be noted that the steel of the cladding layer described in the method does not contain elements that allow stabilization of carbon, namely titanium and niobium, which does not prevent its tendency to ICC. That is, the considered method does not provide high corrosion resistance of the deposited layer.
Для повышения коррозионной стойкости сталей аустенитного класса в виде монометалла, получаемого путем электрошлакового переплава (ЭШП), или в виде плакирующего слоя двухслойной стали, получаемой методом электрошлаковой наплавкой (ЭШН), при снижении затрат на производство, возможно использование технологических приемов, направленных на обеспечение требуемого содержания титана в стали наплавленного слоя. Проведенный анализ показал, что для получения в процессе ЭШП коррозионностойкой стали аустенитного класса, легированной титаном, и/или при получении методом ЭШН биметалла с плакирующим слоем из такой стали, используют три основных подхода.To increase the corrosion resistance of austenitic steels in the form of a monometal obtained by electroslag remelting (ESR), or in the form of a cladding layer of two-layer steel obtained by electroslag surfacing (ESW), while reducing production costs, it is possible to use technological methods aimed at ensuring the required titanium content in the steel of the deposited layer. The performed analysis showed that three main approaches are used to obtain corrosion-resistant austenitic steel alloyed with titanium in the ESR process and/or to obtain a bimetal with a cladding layer from such steel by the ESR method.
Первый подход заключается в выборе оптимального химического состава стали для расходуемых электродов, наличие в составе стали элементов, обладающих более высоким сродством к кислороду, чем титан. К таким химическим элементам относятся кальций, магний, алюминий и цирконий, что может быть учтено в качестве одного из возможных приемов при разработке технологии ЭШН сталей с титаном. Так, в работе (Патент RU2578879, МПК H05B 7/07, C22B 9/18, C22C 38/50 Опубл. 27.03.2016) предложено обеспечивать соотношение содержания титана к алюминию в электроде в пределах 6,0-9,0, при этом содержание титана в электроде должно быть выше требуемого содержания титана в готовой стали на величину его угара при переплаве, который определяют по зависимости: ΔTi = 37Ti + 35Ti × D / (63+35D), где ΔTi - средний угар титана, полученный при проведении плавок в кристаллизаторы различного профилеразмера с одинаковым коэффициентом заполнения, %; Ti - содержание титана в готовом металле, %; D - диаметр кристаллизатора. Это позволяет получить качественный металл с гарантированным содержанием титана и с равномерным его распределением по объёму выплавляемого слитка. Однако повышенное содержание указанных выше элементов, а также самого титана в стали расходуемых электродов неизбежно приводит к повышению стоимости двухслойных листов.The first approach is to choose the optimal chemical composition of steel for consumable electrodes, the presence in the steel of elements that have a higher affinity for oxygen than titanium. These chemical elements include calcium, magnesium, aluminum and zirconium, which can be taken into account as one of the possible methods in the development of the ESP technology of steels with titanium. So, in the work (Patent RU2578879, IPC H05B 7/07, C22B 9/18, C22C 38/50 Published on March 27, 2016) it is proposed to ensure the ratio of titanium to aluminum content in the electrode within 6.0-9.0, while the titanium content in the electrode must be higher than the required titanium content in the finished steel by the value of its waste during remelting, which is determined by the dependence: ΔTi = 37Ti + 35Ti × D / (63+35D), where ΔTi is the average titanium waste obtained during melting into molds of various profile sizes with the same fill factor, %; Ti - titanium content in the finished metal, %; D is the diameter of the mold. This makes it possible to obtain high-quality metal with a guaranteed titanium content and with its uniform distribution over the volume of the cast ingot. However, the increased content of the above elements, as well as titanium itself in the steel of consumable electrodes, inevitably leads to an increase in the cost of two-layer sheets.
Второй подход заключается в обоснованном выборе состава флюса и, соответственно, шлака для проведения процессов ЭШП и ЭШН стали с титаном. В частности, отмечалось, что добавление в шлак небольшого количества двуокиси титана также смещает равновесие реакций окисления титана и снижает потери легирующего элемента. Оптимизации состава шлака для ЭШП стали, легированной титаном, посвящено множество исследований, результаты которых в основном сводятся к рекомендациям по присутствию в нем двуокиси титана, а также в минимальном содержании в нем SiO2 и FeO. Так, авторами (А.с. СССР №534097, МПК С21С5/54. Опубл. 15.05.1994) предложен флюс для электрошлакового переплава, содержащий окись алюминия, окись кальция, двуокись титана, фтористый кальций, которые взяты в следующем соотношении, мас. %: окись алюминия 5-19, окись кальция 1-15, двуокись титана 0,5-5, фтористый кальций - остальное. При этом следует учитывать, что шлак в процессе ЭШП и ЭШН выполняет целый ряд функций, и оптимизация его состава с целью снижения угара титана не должна снижать его другие функциональные характеристики. Повышенное содержание в шлаке двуокиси титана при получении биметалла методом ЭШН может приводить к повышению жидкотекучести шлака, что, в свою очередь, может привести к его утечкам в процессе ЭШН и сделать невозможным получение качественного соединения и равномерной толщины наплавленного слоя по всей площади двухслойных заготовок и листов.The second approach consists in a reasonable choice of the composition of the flux and, accordingly, the slag for carrying out the ESR and ESR processes of steel with titanium. In particular, it was noted that the addition of a small amount of titanium dioxide to the slag also shifts the equilibrium of titanium oxidation reactions and reduces the loss of the alloying element. The optimization of the composition of slag for ESR steel alloyed with titanium is the subject of many studies, the results of which are mainly reduced to recommendations for the presence of titanium dioxide in it, as well as the minimum content of SiO 2 and FeO in it. Thus, the authors (A.S. USSR No. 534097, IPC S21S5 / 54. Publ. 05.15.1994) proposed a flux for electroslag remelting containing aluminum oxide, calcium oxide, titanium dioxide, calcium fluoride, which are taken in the following ratio, wt. %: aluminum oxide 5-19, calcium oxide 1-15, titanium dioxide 0.5-5, calcium fluoride - the rest. It should be taken into account that the slag in the ESR and ESR process performs a number of functions, and the optimization of its composition in order to reduce titanium waste should not reduce its other functional characteristics. An increased content of titanium dioxide in the slag during the production of bimetal by the ESP method can lead to an increase in the fluidity of the slag, which, in turn, can lead to its leakage during the ESP process and make it impossible to obtain a high-quality joint and a uniform thickness of the deposited layer over the entire area of two-layer blanks and sheets .
И третий подход к удержанию титана в процессе ЭШП и ЭШН заключается в разработке оптимальной системы раскисления и регулирования состава металла и шлака по ходу процесса путем введения различных присадок, в частности, содержащих алюминий, титан, а возможно и некоторые другие элементы, позволяющие стабилизировать его функциональные характеристики. Этот подход представляется наиболее приемлемым при получении биметалла с плакирующим слоем из стали, легированной титаном, при использовании электрощлаковой технологии, однако требует определения оптимального расхода указанных элементов и способов их введения, особенно при получении двухслойных листов больших размеров и массы. And the third approach to the retention of titanium in the process of ESR and ESR is to develop an optimal system for deoxidation and control of the composition of the metal and slag during the process by introducing various additives, in particular, containing aluminum, titanium, and possibly some other elements that make it possible to stabilize its functional characteristics. This approach seems to be the most acceptable when producing a bimetal with a cladding layer of titanium-alloyed steel using electroslag technology, however, it requires determining the optimal consumption of these elements and methods for their introduction, especially when obtaining two-layer sheets of large sizes and mass.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения биметаллического слитка, включающий размещение металлической заготовки, являющейся основным слоем биметаллического слитка, с зазором от стенки кристаллизатора, установку в этом зазоре расходуемого электрода из коррозионностойкой стали, наведение шлаковой ванны и переплав в ней расходуемого электрода с формированием наплавленного слоя при регламентированных значениях скорости формирования и электросопротивления шлаковой ванны, на заготовке основного слоя толщиной 150-300 мм (Но) при ширине 1000-1600 мм формируют наплавленный слой, толщина которого составляет 5-30% от общей толщины слитка, со скоростью, назначаемой в соответствии с соотношениемThe closest analogue of the claimed invention is a method for producing a bimetallic ingot, which includes placing a metal billet, which is the main layer of a bimetallic ingot, with a gap from the wall of the mold, installing a consumable electrode made of corrosion-resistant steel in this gap, inducing a slag bath and remelting the consumable electrode in it to form a deposited layer at regulated values of the rate of formation and electrical resistance of the slag bath, on the workpiece of the main layer with a thickness of 150-300 mm (Ho) with a width of 1000-1600 mm, a deposited layer is formed, the thickness of which is 5-30% of the total thickness of the ingot, at a speed specified in according to the ratio
Vн=(1150-20D)±200, кг/ч, (1)V n \u003d (1150-20D) ± 200, kg / h, (1)
где Vн - скорость формирования наплавленного слоя, кг/ч,where V n - the rate of formation of the deposited layer, kg / h,
D - толщина наплавленного слоя, % от общей толщины слитка,D is the thickness of the deposited layer, % of the total thickness of the ingot,
при значении электросопротивления шлаковой ванны в интервале 3,5-5,0 мОм, под шлаком, содержащим, маc. %:at the value of the electrical resistance of the slag pool in the range of 3.5-5.0 mOhm, under the slag containing, wt. %:
СаО - 20-30CaO - 20-30
SiO2 - 10-30SiO 2 - 10-30
Аl2О3 - 2-15Al 2 O 3 - 2-15
MgO - 2-5MgO - 2-5
CaF2 и примеси - ОстальноеCaF 2 and impurities - The rest
причем основность шлака, вычисляемая по уравнению:moreover, the basicity of the slag, calculated by the equation:
О = (0,018CaO + 0,015MgO + 0,006CaF2)/(0,017SiO2 + 0,005Al2O3),O \u003d (0.018CaO + 0.015MgO + 0.006CaF 2 ) / (0.017SiO 2 + 0.005Al 2 O 3 ),
соответствует условию: 1,5<O<3. (Патент RU2193071 РФ, МПК C22B 9/20. Опубл. 20.11.2002 – данная работа является прототипом)corresponds to the condition: 1.5<O<3. (Patent RU2193071 RF, IPC C22B 9/20. Published 11/20/2002 - this work is a prototype)
Способ обеспечивает высокую прочность сцепления и гарантированную сплошность соединения слоев, равномерность толщины наплавленного слоя при удовлетворительном качестве поверхности при наплавке заготовок больших размеров и массы. В то же время, этот способ позволяет получить двухслойную сталь с плакирующим слоем из аустенитной хромо-никелевой стали, легированной ниобием, но не позволяет получить биметалл с плакирующим слоем из аустенитной хромо-никелевой стали, легированной титаном, что неизбежно приводит к повышению затрат на производство. Кроме того, это сужает области применения производимого биметалла из-за более низкой коррозионной стойкости в некоторых средах стали, легированной ниобием, по сравнению со сталью, легированной титаном.The method provides high adhesion strength and guaranteed continuity of the connection of layers, uniformity of the thickness of the deposited layer with a satisfactory surface quality when surfacing workpieces of large dimensions and mass. At the same time, this method makes it possible to obtain a two-layer steel with a cladding layer of austenitic chromium-nickel steel alloyed with niobium, but does not allow obtaining a bimetal with a cladding layer of austenitic chromium-nickel steel alloyed with titanium, which inevitably leads to an increase in production costs. . In addition, this narrows the scope of the produced bimetal due to the lower corrosion resistance in some environments of steel alloyed with niobium compared to steel alloyed with titanium.
Задача, решаемая с помощью данного изобретения, заключается в обеспечении высокого качества биметаллических слитков определенного размерного сортамента, в том числе предназначенных для последующей прокатки на листы: высокой прочности и гарантированной сплошности соединения слоев, равномерной толщины, высокой коррозионной стойкости и удовлетворительного качества поверхности наплавленного слоя, при сравнительно низкой себестоимости биметаллических заготовок и листов.The problem solved with the help of this invention is to provide high quality bimetallic ingots of a certain size range, including those intended for subsequent rolling into sheets: high strength and guaranteed continuity of the connection of layers, uniform thickness, high corrosion resistance and satisfactory surface quality of the deposited layer, at a relatively low cost of bimetallic blanks and sheets.
Техническим результатом данного изобретения является повышение коррозионной стойкости наплавленного слоя биметаллических слитков и листов, а также снижение их себестоимости, при сохранении высокой прочности и сплошности соединения слоев и технологичности.The technical result of this invention is to increase the corrosion resistance of the deposited layer of bimetallic ingots and sheets, as well as to reduce their cost, while maintaining high strength and continuity of the connection layers and manufacturability.
Технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллического слитка, включающем размещение металлической заготовки, являющейся основным слоем биметаллического слитка, с зазором от стенки кристаллизатора, установку в данном зазоре расходуемого электрода из коррозионностойкой стали, наведение шлаковой ванны и переплав в ней расходуемого электрода с формированием наплавленного слоя толщиной 5-30% от общей толщины слитка на заготовке основного слоя, толщиной 150-300 мм, шириной 1000-1600 мм, согласно изобретению в процессе переплава производят равномерное добавление в металлическую ванну алюминия и титана с расходом не менее 6 и 3 г на 1 кг наплавляемого металла соответственно, а переплав проводят при значении электросопротивления шлаковой ванны в интервале 3,3-3,9 мОм. Technical result is achieved by the fact that in the method for producing a bimetallic ingot, which includes placing a metal billet, which is the main layer of a bimetallic ingot, with a gap from the wall of the mold, installing a consumable electrode made of corrosion-resistant steel in this gap, inducing a slag pool and remelting the consumable electrode in it with the formation of a deposited layer with a thickness of 5-30% of the total thickness of the ingot on the billet of the main layer, with a thickness of 150-300 mm, a width of 1000-1600 mm, according to the invention, during the remelting process, aluminum and titanium are uniformly added to the metal bath with a consumption of at least 6 and 3 g per 1 kg of deposited metal, respectively, and remelting is carried out at the value of the electrical resistance of the slag pool in the range of 3.3-3.9 mOhm.
Суть предложения заключается в следующем.The essence of the proposal is as follows.
Как и в прототипе, значение толщины заготовки основного слоя от 150 до 300 мм при ширине 1000-1600 мм и толщине наплавленного слоя 5-30% от общей толщины слитка обеспечивает сечение биметаллического слитка (160-430)х(1000-1600) мм, которое является подходящим сечением исходных заготовок, предназначенных для прокатки на листы на многих прокатных станах, производящих листовой прокат. При значениях толщины слитка более 430 мм и при ширине менее 1000 мм для получения листа требуемого размера может потребоваться промежуточная прокатка, которая является дополнительной операцией, что снижает технологичность и приводит к увеличению стоимости проката. При толщине слитка менее 160 мм и его ширине более 1600 мм из-за разницы термических коэффициентов линейного расширения слоев при охлаждении после наплавки происходит значительный изгиб слитка, что затрудняет его дальнейший передел, то есть также снижает технологичность.As in the prototype, the value of the thickness of the workpiece of the main layer from 150 to 300 mm with a width of 1000-1600 mm and a thickness of the deposited layer of 5-30% of the total thickness of the ingot provides a cross section of the bimetallic ingot (160-430)x(1000-1600) mm, which is a suitable section of the original blanks intended for rolling into sheets in many rolling mills producing sheet products. For ingot thicknesses greater than 430 mm and widths less than 1000 mm, intermediate rolling may be required to obtain a sheet of the required size, which is an additional operation, which reduces manufacturability and leads to an increase in the cost of rolled products. When the thickness of the ingot is less than 160 mm and its width is more than 1600 mm, due to the difference in thermal coefficients of linear expansion of the layers during cooling after surfacing, a significant bending of the ingot occurs, which complicates its further processing, that is, it also reduces manufacturability.
Указанные в формуле изобретения значения толщины наплавленного слоя обеспечивают оптимальную долю слоя из коррозионностойкой стали в биметаллических листах: от 5 до 30% общей толщины. При меньшей доле наплавленного слоя в листе в некоторых агрессивных средах возможны его сквозные коррозионные повреждения. То есть коррозионная стойкость наплавленного слоя, определяемая не только его химическим составом и чистотой по примесям, но и его толщиной, может быть недостаточной. При толщине наплавленного слоя более 30% от общей толщины слитка наблюдается значительный изгиб слитков и листов, то есть снижается технологичность. Кроме того, повышенный расход коррозионностойкой стали в этом случае приводит к увеличению стоимости металлопродукции.The values of the thickness of the deposited layer indicated in the claims provide the optimal proportion of the layer of corrosion-resistant steel in bimetallic sheets: from 5 to 30% of the total thickness. With a smaller proportion of the deposited layer in the sheet in some aggressive environments, its through corrosion damage is possible. That is, the corrosion resistance of the deposited layer, determined not only by its chemical composition and purity by impurities, but also by its thickness, may be insufficient. When the thickness of the deposited layer is more than 30% of the total thickness of the ingot, a significant bending of the ingots and sheets is observed, that is, the manufacturability decreases. In addition, the increased consumption of corrosion-resistant steel in this case leads to an increase in the cost of steel products.
Равномерное добавление в металлическую ванну алюминия с расходом не менее 6 г и титана с расходом не менее 3 г на 1 кг наплавляемого металла является необходимым условием обеспечения требуемого содержания титана в стали наплавленного слоя. При меньшем расходе указанных компонентов содержание титана в стали наплавленного слоя будет ниже предъявляемых требований. Uniform addition of aluminum to the metal bath at a rate of at least 6 g and titanium at a rate of at least 3 g per 1 kg of deposited metal is a necessary condition for ensuring the required titanium content in the steel of the deposited layer. With a lower consumption of these components, the titanium content in the steel of the deposited layer will be lower than the requirements.
Обеспечение равномерной толщины, химического состава (содержания хрома и никеля в стали наплавленного слоя) и высоких прочности и сплошности соединения слоев в биметаллическом слитке рассматриваемого сечения достигается путем обеспечения определенной и равномерной глубины проплавления стали основного слоя, преимущественно от 5 до 15 мм. Основным параметром электрошлакового переплава, определяющим глубину проплавления заготовки основного слоя, является электросопротивление шлаковой ванны, оптимальное значение которого должно быть согласовано с составом шлака. Учитывая, что добавление в металлическую ванну титана приведет к некоторому переходу в шлак двуокиси титана, может произойти снижение температуры плавления и вязкости шлака. Поэтому при использовании такого шлака целесообразно назначать сравнительно низкие значения электросопротивления шлаковой ванны. При заданных геометрических параметрах заготовки основного слоя и толщины наплавленного слоя для обеспечения равномерной глубины проплавления электросопротивление шлаковой ванны, содержащей двуокись титана должно находиться в пределах от 3,3 до 3,9 мОм. При более низком значении электросопротивления возрастает неравномерность распределения тепла в шлаковой ванне, что приводит к появлению дефектов в виде расслоений на границе раздела слоев, выявляемых ультразвуковым контролем (УЗК). При значении электросопротивления выше 3,9 мОм увеличивается глубина проплавления основного слоя, а, следовательно, и степень разбавления коррозионностойкой стали сталью основы, снижается содержание хрома и никеля в стали наплавленного слоя, что отрицательно влияет на коррозионную стойкость. Ensuring a uniform thickness, chemical composition (chromium and nickel content in the steel of the deposited layer) and high strength and continuity of the connection of layers in a bimetallic ingot of the considered section is achieved by providing a certain and uniform depth of penetration of the steel of the main layer, mainly from 5 to 15 mm. The main parameter of electroslag remelting, which determines the depth of penetration of the workpiece of the main layer, is the electrical resistance of the slag bath, the optimal value of which must be consistent with the composition of the slag. Considering that the addition of titanium to the metal bath will lead to some transition of titanium dioxide into the slag, a decrease in the melting temperature and viscosity of the slag can occur. Therefore, when using such slag, it is advisable to assign relatively low values of the electrical resistance of the slag pool. Given the geometric parameters of the workpiece of the base layer and the thickness of the deposited layer, to ensure a uniform depth of penetration, the electrical resistance of the slag pool containing titanium dioxide should be in the range from 3.3 to 3.9 mOhm. At a lower value of electrical resistance, the uneven distribution of heat in the slag bath increases, which leads to the appearance of defects in the form of delaminations at the interface between the layers, which are detected by ultrasonic testing (UT). At a value of electrical resistance above 3.9 mOhm, the depth of penetration of the base layer increases, and, consequently, the degree of dilution of corrosion-resistant steel with base steel, the content of chromium and nickel in the steel of the deposited layer decreases, which negatively affects corrosion resistance.
Пример конкретного выполнения способа An example of a specific implementation of the method
Наплавку заготовок основного слоя из стали 09Г2С с химическим составом, представленным в таблице 1, толщиной 250 мм, шириной 1470 мм при заданной толщине наплавленного слоя 40 мм вели на специально созданных для электрошлаковой наплавки установках наклонного типа.. В зазор между поверхностью заготовки основного слоя и кристаллизатором вводили расходуемые электроды из сталей типа 08Х18Н10Т (варианты 1-6) и типа 08Х18Н10Б (вариант 7) с химическим составом, также представленным в таблице 1, в виде отдельных пластин толщиной 35 мм, перекрывающих не менее 80% ширины заготовки. В полость между заготовкой и кристаллизатором заливали жидкий шлак марки АНФ-29 и в полученной шлаковой ванне вели электрошлаковый переплав расходуемых электродов с формированием наплавленного слоя при различных значениях электросопротивления шлаковой ванны.Surfacing of blanks of the base layer of steel 09G2S with a chemical composition presented in Table 1, 250 mm thick, 1470 mm wide with a given thickness of the deposited layer of 40 mm, was carried out on inclined-type installations specially designed for electroslag surfacing .. In the gap between the surface of the base layer blank and consumable electrodes from steels of type 08Kh18N10T (options 1-6) and type 08Kh18N10B (option 7) with a chemical composition also presented in Table 1 were introduced into the mold in the form of separate plates 35 mm thick, covering at least 80% of the workpiece width. Liquid slag grade ANF-29 was poured into the cavity between the billet and the mold, and electroslag remelting of consumable electrodes was carried out in the resulting slag pool with the formation of a deposited layer at various values of the electrical resistance of the slag pool.
Полученные биметаллические слитки прокатывали на листы толщиной 20 мм. The resulting bimetallic ingots were rolled into sheets 20 mm thick.
Таблица 1Table 1
Химический состав сталей основного слоя марки 09Г2С и расходуемых электродов из сталей типа 08Х18Н10Т и 08Х18Н10Б, мас.%Chemical composition of steels of the main layer of grade 09G2S and consumable electrodes of steels of the type 08Kh18N10T and 08Kh18N10B, wt.%
В таблице 2 приведены опробованные варианты параметров ЭШН, в том числе для вариантов 1-6 - расход алюминия и титана в г на 1 кг наплавляемого металла и сопротивление шлаковой ванны, для варианта 7 – сопротивление шлаковой ванны, а также характеристики двухслойных заготовок и листов, в том числе содержание титана, хрома и никеля в стали плакирующего слоя, класс сплошности двухслойных листов по результатам УЗК, а также прочность соединения слоев при испытаниях на срез плакирующего слоя по ГОСТ-10885. Table 2 shows the tested options for ESP parameters, including for options 1-6 - the consumption of aluminum and titanium in g per 1 kg of deposited metal and the resistance of the slag pool, for option 7 - the resistance of the slag pool, as well as the characteristics of two-layer blanks and sheets, including the content of titanium, chromium and nickel in the steel of the cladding layer, the continuity class of two-layer sheets according to the results of ultrasonic testing, as well as the bonding strength of the layers during shear tests of the cladding layer in accordance with GOST-10885.
Таблица 2table 2
Свойства биметаллических слитков и листовProperties of bimetallic ingots and sheets
11,09.0-
11.0
Как видно из таблицы 2, содержание Ti, Cr и Ni соответствует требованиям ГОСТ-5632 к стали 08Х18Н10Т только для первого и второго вариантов, так как расход Al и Ti и электросопротивление шлаковой ванны соответствуют формуле изобретения, кроме того, в обоих случаях отсутствуют дефекты в виде расслоений на границе раздела слоев. Для третьего и четвертого вариантов расход Al и Ti оказался ниже, чем указано в формуле изобретения, поэтому содержание Ti оказалось ниже, чем требуемое по ГОСТ 5632. Для варианта 5 расход алюминия и титана соответствовал формуле изобретения, но электросопротивление шлаковой ванны оказалось ниже заявленного, поэтому местами не было проплавления основного слоя. В результате образовались дефекты в виде расслоений на границе раздела слоев, выявленные УЗК, что позволило отнести лист только к классу сплошности 1, а не к классу сплошности 0. Для варианта 6 электросопротивление шлаковой ванны было выше верхней допустимой границы по формуле изобретения, поэтому содержание Cr и Ni не соответствовало ГОСТ 5632. Для получения наплавленного слоя варианта 7 использовали сталь, легированную ниобием, что привело к более высокой себестоимости, по сравнению с остальными вариантами. As can be seen from Table 2, the content of Ti, Cr and Ni meets the requirements of GOST-5632 for steel 08X18H10T only for the first and second options, since the consumption of Al and Ti and the electrical resistance of the slag pool correspond to the claims, in addition, in both cases there are no defects in in the form of bundles at the interface between the layers. For the third and fourth options, the consumption of Al and Ti turned out to be lower than indicated in the claims, so the content of Ti turned out to be lower than required according to GOST 5632. For option 5, the consumption of aluminum and titanium corresponded to the claims, but the electrical resistance of the slag bath turned out to be lower than stated, therefore in places there was no penetration of the main layer. As a result, defects were formed in the form of delaminations at the interface between the layers, detected by ultrasonic testing, which made it possible to attribute the sheet only to continuity class 1, and not to continuity class 0. For option 6, the electrical resistance of the slag pool was higher than the upper allowable limit according to the claims, so the Cr content and Ni did not comply with GOST 5632. To obtain the deposited layer of option 7, steel alloyed with niobium was used, which led to a higher cost compared to other options.
Таким образом, только для вариантов, соответствующих формуле изобретения, по сравнению с прототипом, получено повышение коррозионной стойкости, при снижении себестоимости, при сохранении высокой прочности и сплошности соединения слоев и технологичности.Thus, only for variants corresponding to the claims, in comparison with the prototype, an increase in corrosion resistance was obtained, while reducing the cost, while maintaining high strength and continuity of the connection of layers and manufacturability.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774761C1 true RU2774761C1 (en) | 2022-06-22 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792018C1 (en) * | 2022-08-10 | 2023-03-15 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Method for producing bimetallic ingot |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1986006415A1 (en) * | 1985-04-26 | 1986-11-06 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky, Proektno-Konst | Method and device for making hollow blanks by electroslag remelting |
| SU534097A1 (en) * | 1975-09-08 | 1994-05-15 | Челябинский металлургический завод | Flux for electric-slag remelting |
| US5311655A (en) * | 1990-10-05 | 1994-05-17 | Bohler Edelstahl Gmbh | Method of manufacturing titanium-aluminum base alloys |
| RU2193071C2 (en) * | 2000-06-05 | 2002-11-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Method of producing bimetallic ingot |
| RU2578879C1 (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-27 | ООО "Златоустовский электрометаллургический завод" | Method for production of titanium-corrosion-resistant steel by electroslag remelting |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU534097A1 (en) * | 1975-09-08 | 1994-05-15 | Челябинский металлургический завод | Flux for electric-slag remelting |
| WO1986006415A1 (en) * | 1985-04-26 | 1986-11-06 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky, Proektno-Konst | Method and device for making hollow blanks by electroslag remelting |
| US5311655A (en) * | 1990-10-05 | 1994-05-17 | Bohler Edelstahl Gmbh | Method of manufacturing titanium-aluminum base alloys |
| RU2193071C2 (en) * | 2000-06-05 | 2002-11-20 | Открытое акционерное общество "Северсталь" | Method of producing bimetallic ingot |
| RU2578879C1 (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-27 | ООО "Златоустовский электрометаллургический завод" | Method for production of titanium-corrosion-resistant steel by electroslag remelting |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792018C1 (en) * | 2022-08-10 | 2023-03-15 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Method for producing bimetallic ingot |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2625366C2 (en) | High impact steel sheet with high stability to delayed failure and low-temperature shock viscosity, and high impact part, manufactured with its use | |
| EP2584059B1 (en) | Hot-dip al-coated steel sheet with excellent thermal blackening resistance and process for production of same | |
| CA1326143C (en) | Ferritic stainless steel and processing therefore | |
| EP0826436A1 (en) | Ultra-thin sheet steel and method for manufacturing the same | |
| CN111057903B (en) | Large-size titanium alloy locking ring and preparation method thereof | |
| CN101798660B (en) | Method for refining, metamorphosing and casting cold roll steel by casting instead of forging | |
| JP5382203B2 (en) | Steel for thermal cutting using oxygen | |
| RU2774761C1 (en) | Method for obtaining a bimetallic ingot | |
| CN112672845A (en) | Brazing sheet and method for manufacturing same | |
| RU2774689C1 (en) | Method for producing a corrosion-resistant bimetallic ingot | |
| JP4849910B2 (en) | Flux cored wire | |
| US12116656B2 (en) | Ti-containing Fe—Ni—Cr alloy having superior quality on slit cut surface | |
| RU2780082C1 (en) | Method for producing bimetallic ingot with cladding layer from corrosion-resistant steel | |
| RU2786101C1 (en) | Method for production of bimetal ingot | |
| US4394560A (en) | Covered electrode containing zirconium for shielded metal arc welding | |
| RU2193071C2 (en) | Method of producing bimetallic ingot | |
| JP2007332417A (en) | Steel sheet for nitriding treatment | |
| RU2255994C1 (en) | Method of production of bimetallic ingot (versions) | |
| JP2009046721A (en) | Steel sheet for heat treatment | |
| JP2007283342A (en) | Butt-welded metal plate | |
| JP2009007598A (en) | Integral crankshaft | |
| JP4360295B2 (en) | Seamless steel pipe | |
| JP3307737B2 (en) | Steel plate for cans with excellent corrosion resistance and its manufacturing method | |
| JP2003041351A (en) | High chromium steel and manufacturing method therefor | |
| JP7158618B1 (en) | Austenitic Fe-Ni-Cr alloy with excellent oxidation resistance and method for producing the same |