SU859019A1

SU859019A1 - Method of centrifugal casting of large-dimension bimetallic tube blanks

Info

Publication number: SU859019A1
Application number: SU792859613A
Authority: SU
Inventors: Глеб Самсонович Акубов; Николай Никитьевич Александров; Евгений Васильевич Герливанов; Юрий Григорьевич Драгунов; Николай Иванович Ермаков; Меер Меерович Комаров; Владимир Михайлович Львов; Генрих Сергеевич Мирзоян; Геннадий Михайлович Слепнев; Геннадий Сергеевич Стрижов; Иван Михайлович Тюльпин
Original assignee: Научно-производственное объединение по технологии машиностроения ЦНИИТМАШ
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1981-08-30

Description

;54) СГЮСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПИТЬЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК; 54) CENTRIFUGAL DRINK PLUG FOR LARGE-SIZE BIMETALLIC PIPE PREPARATIONS

tt

Изобретение относитс к литейному производству, в частности к способам центробзжногослить биметаллических крупногабаритных трубных заготовок.The invention relates to foundry, in particular, to centrifugally melt bimetallic large-sized pipe blanks.

Бурное развитие энергетики, особенно атомной, ставит перед машиностроител ми р д задач, св занных с разработкой прогрессивных, менее трудо емких технологических процессов получени арматуры (труб, тройников, отводов ) , обладающих высокой прочностью и коррозионной СТОЙКОСТЬЮ вThe rapid development of power engineering, especially nuclear, poses a number of tasks for machine builders related to the development of progressive, less labor-intensive technological processes for producing fittings (pipes, tees, outlets) with high strength and corrosion resistance.

агрессивных средах. Сочетание этих свойств возможно только в биметалле. В насто щее врем бесшовные биметаллические трубы, предназначенные дл нужд энергетики,работающие при высоких температурах и давлени х в агрессивных средах, изготовл ютс из сталей: наружной - углеродистой низколегированной , перлитного класса,внутренней - коррозионностойкой, аустенитного класса. При этом соединение двух деталей по всей длине отливки должно быть прочньв, так чтобы при последующей деформации - их изгибе (изготовление отводов) или боковом прессовании (изготовление тройников) не произошло расслоени по зоне сварки и не образовались трещины в наружном и внутреннем слое.aggressive environments. The combination of these properties is possible only in bimetal. At present, seamless bimetallic pipes intended for the needs of energy, operating at high temperatures and pressures in aggressive environments, are made of steels: outer - carbon low-alloyed, pearlitic class, internal - corrosion-resistant, austenitic class. At the same time, the connection of two parts along the entire length of the casting must be sturdy, so that during subsequent deformation — bending (making bends) or side pressing (making tees), there is no separation in the weld zone and cracks in the outer and inner layers.

Известен способ центробежного лить биметаллических трубньгх заготовок , включающий поочередную заливку через определенный период времени под слоем синтетического флюса двух сталей различных по химическому составу . Врем между заливками определ to етс исход из того, что внутренн поверхность наружного металла имеет температуру на 100-350°С ниже температуры его солидуса Г13 There is a method of centrifugal casting bimetallic tubular blanks, including alternate casting after a certain period of time under a layer of synthetic flux of two steels of different chemical composition. The time between fillings is determined based on the fact that the inner surface of the outer metal has a temperature of 100-350 ° C below its solidus temperature G13

Биметаллические трубы, отлитые 15 данным способом, имеют столбчатую структуру в радиальном направлении:у наружной стали не по всему сечению, а у внутренней (аустени- ной) по всей толщине сло , так как она более Bimetallic pipes cast by this method have a columnar structure in the radial direction: in outer steel not in the whole section, but in the inner (austenitic) in the entire thickness of the layer, since it is more

20 склонна к траскристаллизации, чем нерлитна сталь.20 is prone to trans-crystallization than non-alloy steel.

Трубы, полученные этим способом, можно использовать только в пр момPipes produced by this method can only be used directly.

25 виде. Изготавливать отводь и тройники из таких биметаллических трубных заготовок нельз , из-за низкого коэффициента анизотропии механических свойств сталей. Особенно чувствительна к по влению трещин наружна сталь.25 form. It is impossible to make diversion and tees from such bimetallic tubular billets, due to the low anisotropy coefficient of the mechanical properties of steels. Particularly sensitive to the appearance of cracks in external steel.

Дл изготовлени отводов и тройников из этих биметаллических трубных заготовок путем гибки и бокового прессовани необходимо иметь коэффициенты анизотропии механических свойств данных сталей близких к единице . Это можно достичь дл наружной (низколегированной) углеродистой стали путем деформации или длительной термообработки при высоких температурах , а дл аустенитной - только пластической деформацией - раскаткой,Раскатка в данном случае способствует рекристаллизации, т,е.превращению столбчатой структуры в равноосную, молко зернистую и тем самым повышает коэффициент анизотропии механических свойств слалей, приближа его к единице, а у нержавеющей аустенитной стали еще к тому же повышаетс стойкость против межкристаллической коррозии .To manufacture taps and tees from these bimetallic billets by bending and side pressing, it is necessary to have anisotropy coefficients of the mechanical properties of these steels close to unity. This can be achieved for the outer (low-alloyed) carbon steel by deformation or long-term heat treatment at high temperatures, and for austenitic - by plastic deformation only - rolling, Rolling in this case promotes recrystallization, t, e., The transformation of the columnar structure into equiaxial, milky, and This increases the coefficient of anisotropy of the mechanical properties of the slides, bringing it closer to unity, while resistance to intercrystalline corrosion also increases in austenitic stainless steel.

Таким образом, недостаток данного ,способа состоит в том, что он требует дополнительного технологического процесса (раскатки), который соответственно требует дополнительного дорогосто щего оборудовани и энергозатрат . Кроме того, отечественна прокатна промышленность в насто щее врем может раскатывать трубы ограниченного сортамента до диаметра 550 мм.Thus, the disadvantage of this method is that it requires an additional process (rolling), which accordingly requires additional expensive equipment and energy costs. In addition, the domestic steel industry can now roll out pipes of a limited range to a diameter of 550 mm.

Наиболее блн:п им к предлагаемому вл етс способ центробежного лить крупногабарит.чых биметаллических трубных заготовок, включающий последовательную заливку во вращаемую форму металла основного сло с синтетическим флюсом и плакирующего сло , при этом по достижении внутренней поверхностью металла основного сло температуры на 100-200с ниже его температуры солидуса ,Б форму заливают определенное количество никел ,по окончании заливки которого в противополом ном направлении заливают металл плакирующего сло , при этом одновременно с началом заливки .никел увеличивают скорость вращени формы на 30-40% от начальной ее скорости Гз .Most blu: The proposed method is a centrifugal casting of large-sized bimetallic billets, including sequential pouring of a base layer with synthetic flux and a cladding layer into a rotating metal shape, while the inner layer of the base layer reaches the temperature below 100-200s its solidus temperatures, B form, pour a certain amount of nickel, after casting it in the opposite direction, the metal of the cladding layer is poured, while with the beginning of the filling of the nickel, the speed of rotation of the form increases by 30-40% of its initial velocity Gs.

способ позвол ет получать крупногабаритные трубные заготовки с высоким коэффициентом анизотропии механических свойств только наружной перлитной стали благодар последующей длительной высокотемпературной термообработки. Из труб, полученных данным способом, можно изготавливать отводы с максимальным углом загиба 90°, при радиусе 1,5 м, но нельз получить тройник методом бокового прессовани , так как при данном технологическом процессе возникают большие напр жени и плакирующий слой не выдерживает, т.е. нарушаетс его целостность. The method allows to obtain large-sized pipe blanks with a high anisotropy coefficient of the mechanical properties of only outer pearlitic steel due to subsequent long-term high-temperature heat treatment. The pipes obtained by this method can be used to make bends with a maximum bend angle of 90 °, with a radius of 1.5 m, but a tee cannot be obtained by side pressing, since this process produces large stresses and the cladding layer does not withstand, t. e. its integrity is violated.

Таким образом, данный способ имеет р д недостатков: длительный высокотемпературный режим термообработки; низкий коэффициент анизотропии механических свойств плакирующего сло и, как следствие этого, невозможность изготовлени тройников; дополнительный расход никел дл образовани промежуточного сло - диффузионного барьера.Thus, this method has several disadvantages: long-term high-temperature heat treatment; the low anisotropy coefficient of the mechanical properties of the cladding layer and, as a consequence, the impossibility of making tees; additional consumption of nickel to form an intermediate layer - a diffusion barrier.

Известны способы получени однослойных трубных заготовок методом центробежного лить без последующей дополнительной деформации при минимальном (по времени) режиме термообработки с равноосной и мелкозернистой структурой по всему сечению заготовки , включающие псгдачу на струю металла модификаторов различного рода, которые вл ютс либо уже готовыми центрами кристаллизагдии, либо измен ют межфазное нат жение на границе расплав-кристалл в процессе кристаллизации . Как правило надежные, стабильные результаты при центробежном литье дают модификаторы первого рода , т.е. введение дополнительных центров кристаллизации (введение металлического порошка как отдельно, так и совместно с флюсом) ГзЗ и k.Known methods for producing single-layer pipe blanks by centrifugal casting without subsequent additional deformation with minimal (in time) heat treatment mode with equiaxial and fine-grained structure throughout the cross section of the blank, including psgdacha on the metal stream of various kinds of modifiers, which are either already ready crystalline centers, or change the interfacial tension at the melt-crystal interface during crystallization. As a rule, reliable, stable results in centrifugal casting are given by modifiers of the first kind, i.e. the introduction of additional centers of crystallization (the introduction of metal powder, both separately and together with the flux) ГЗЗ and k.

Использование модификаторов второго рода дл получени высокой физической и химической однородности по всему сечению центробежных однослойных трубных заготовок имеет р д недостатков , св занных со строгим контролем технологических температурных режимов лить , т.е. в данном случае неоходима минимальна температура заливки металла и минимальное врем вовлечени заливаемого металла во вращение . Кроме того, расплавы, обработанные модификаторами второго рода, не позвол ют отливать прот женные однослойные центробежные трубные заготовки из-за плохой жидкотекучести металла , ;The use of modifiers of the second kind to obtain high physical and chemical homogeneity over the entire cross section of centrifugal single-layer pipe blanks has a number of drawbacks associated with strict control of technological casting temperature conditions, i.e. in this case, the minimum temperature of pouring metal and the minimum time of engaging the poured metal in rotation is necessary. In addition, melts treated with modifiers of the second kind do not allow casting of single-layer centrifugal tubular billets due to the poor flowability of the metal,;

Цель изобретени - повышение прочности и равномерности сваривани двух металлов по всей длине заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов с однородной и мелкозернистой структурой при одновременном сокращении технологического цикла изготовлени .The purpose of the invention is to increase the strength and uniformity of welding of two metals along the entire length of the billet of steels of pearlite and austenitic classes with a uniform and fine-grained structure while reducing the production cycle.

Указанна цель достигаетс тем, что в способе центробежного лить биметаллических трубных заготовок,включающем последовательную заливку во еращаемую форму металла основного сло и металла плакирующего сло ,заЛИВ .КУ плакирующего слои производ т при температуре на ЗО-ЗО С выше температуры его ликвидуса по достижении внутренней поверхностью металла основного сло температуры на 30-70с ниже его температуры солидуса, при этом при заливке металла основного сло на его струю подают механическую смесь железного порошка и синтетического флюса в количестве соответственно 0,6 - 0,8% и 0,75-0,85% от его массы, а при заливке металла пла кирующего сло на его струю подают порошкообразный силикокальций в коли честве 0,2-0,35% от его массы. Предлагаемый способ позвол ет получать крупногабаритные центробежные биметаллические трубные заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов с равномерным и прочньв«1 свариванием двух металлов по всей длине заготовки, с высоким коэффициентом анизотропии механических свойств дву сталей, при одновременном сокращении технологического цикла изготовлени Подача на струю основного металла порошкообразной механической , состо щей из 0,75-0,85% синтетическо го флюса и 0,6-0,8% железного порошка , обеспечивает получение коэффициента анизотропии механических свойств основного сло в литье, равного 0,90, при одновременном увеличении механических характеристик. При уменьшении количества вводимого железного порошка меньше 0,6% от мас сы основного сло резко уменьшаетс коэффициент анизотропии механических свойств. При увеличении количества вводимого железного порошка больше 0,8% от массы основного сло с одина ковым количеством синтетического флю са,равного 0,75-0,85%, уве личиваетс з агр зненность металла неметалличес кими включени ми. Данное количество синтетического флюса, равное 0,75-0,85% от массы основного сло , достаточно рафинирует его от неметаллических включений и обеспечивает надежную защиту внутренней поверхности основного металла от окислени и вторичного фронта кристаллизацик. Порошкообразный модификатор - силикокальций марки КаСи 30, введенный на старую плакирующего сло в количестве 0,2-0,35%, способствует введени в расплав 0,06%-0,10% Са (поверхност но-активного элемента), обеспечивающего равноосную и мелкозернистую структуру по всей толщине плакирующе го сло и коэффициент анизотропии механических свойств, равный 0,95, при этом температура заливки металла должна быть минимальной и составл ть 30-50с выше температуры его ликвидуса . При превьлшении температуры заливки выше, чем на 50°С температуры его ликвидуса, пропадает эффект модифицировани ,а при понижении ниже температуры, чем на 30°С превышающую температуру его ликвидуса, ухудшаетс жидкотекучесть расплава.Уменьшение количества подаваемого модификатора ниже 0,20% от массы плакирующего сло или увеличение выше 0,35% приводит к пропаданию эффекта модифи цировани . Температурный интервал внутренней поверхности основного сло , равный 30-70 С, ниже его температуры солидуса при температуре заливки плакирующего сло , равном на 30-50°С выше температуры его ликвидуса, выбран исход из того, что при температуре внутренней поверхности основного металла ниже 70°С его температуры солидуса происходит плохое сваривание двух металлов по всей длине заготовки , а при темлературе до 30°С ниже температуры солидуса основного металла происходит частичное его расплавление в зоне падени струи плакирующего металла в форму, в результате чего образуетс нечетка граница сваривани . Пример. Отливку биметаллических трубных заготовок осуществл ют на центробежной валковой машине в изложницу диаметром 265 мм и длиной 1500мм. Основной металл выплавл ют в дуговой печи ДСП-05, а плакирующий слой - в ИСЧ-015. В качестве основного сло используют сталь 10ГН2МФА, а в качестве плакирующего сло - аустенитную сталь марки 08Х18Н10Т. В качестве синтетического флюса используют флюс следующего состава, %: NaF 25, Si , 10, 23, CaO 32, a в качестве модификатора первого рода; дл основного сло используют железный порошок марки ПЖ-1К, дл плакирующего сло - порошкообразный силикокальций марки СаСи 30. Заливку металлов в форму осуществл ют последовательно с двух концов. Заливку основного металла производ т при гравитационном коэффициенте на наружной поверхности .,равным 105 (на внутренней поверхности основного сло с гравитационным коэффициентом, равным 0). Температура заливки основного металла составл ет 1560-1580°С, плакирующего сло 1490-1510°С. Интервал между заливкой основного и плакирующего слоев составл ет 9,5-10,0 мин. На струю основного сло , спуст 5 с с начала его заливки, подают порошкообразную механическую смесь из синтетического флюса в количестве 0,75-0,85% и железного порошка в количестве 0,6-0,8% от массы основного металла. При заливке плакирующего сло на его струю присаживают порошкообразный силикокальций из расчета введени в расплав 0,06-0,1% Са,при этом одновременно с началом заливки плакирующего сло увеличивают скорость вращени формы на 30% по сравнению с первоначальной, т.е.на двигателе до 1000 об/ мин. После отливки трубные биметаллические заготовки извлекаютс из формы при 800-850 С и загружаютс в термическую печь, где они термообрабатываюто по режиму: гомогенизир1 -ющий отжиг при 970-1000°С в течение 2 ч с последующим охлаждением отли-This goal is achieved by the fact that in the method of centrifugal casting of bimetallic billets, including sequential pouring of the expandable form of the metal of the main layer and the metal of the cladding layer, the cladding layer is baked at the ZO-ZO C above its liquidus temperature upon reaching the inner surface. The temperature of the metal of the main layer is 30-70 ° below its solidus temperature, and when pouring the metal of the main layer, a mechanical mixture of iron powder and synthetic film is fed to its stream luce in the amount of 0.6–0.8% and 0.75–0.85% of its mass, respectively, and when pouring the metal of the coating layer, powdered silicocalcium is fed to its stream in the amount of 0.2–0.35% of his masses. The proposed method allows to obtain large-sized centrifugal bimetallic tubular billets made of perlitic and austenitic steels with uniform and durable "1" welding of two metals along the entire length of the billet, with a high anisotropy factor of the mechanical properties of the two steels, while reducing the technological cycle of manufacturing. powdered mechanical, consisting of 0.75-0.85% of synthetic flux and 0.6-0.8% of iron powder, provides the coefficient of aniso tropium of the mechanical properties of the main layer in casting, equal to 0.90, while simultaneously increasing the mechanical characteristics. When the amount of iron powder injected is less than 0.6% of the mass of the base layer, the anisotropy coefficient of the mechanical properties decreases sharply. With an increase in the amount of injected iron powder more than 0.8% of the mass of the base layer with the same amount of synthetic flux equal to 0.75-0.85%, the aggravation of the metal by non-metallic inclusions increases. This amount of synthetic flux, equal to 0.75-0.85% of the mass of the base layer, sufficiently refines it from non-metallic inclusions and provides reliable protection of the inner surface of the base metal from oxidation and the secondary front of crystallization. The powdered modifier — silicocalcium brand KACI 30, introduced onto the old cladding layer in an amount of 0.2-0.35%, promotes the introduction of 0.06% -0.10% Ca (surfactant element) into the melt, which ensures equiaxial and fine-grained structure over the entire thickness of the cladding layer and the anisotropy coefficient of mechanical properties, equal to 0.95, while the pouring temperature of the metal should be minimal and be 30-50 s above its liquidus temperature. When the pouring temperature is higher than 50 ° C of its liquidus temperature, the effect of modification disappears, and when lowering the temperature than 30 ° C higher than its liquidus temperature, the fluidity of the melt deteriorates. Decrease in the amount of modifier supplied below 0.20% by weight cladding layer or an increase above 0.35% leads to the disappearance of the effect of modification. The temperature interval of the inner surface of the main layer, equal to 30-70 ° C, is lower than its solidus temperature at a pouring temperature of the cladding layer 30-50 ° C higher than its liquidus temperature, based on the fact that at a temperature of the inner surface of the base metal below 70 ° From its solidus temperature, poor welding of two metals along the entire length of the workpiece occurs, and at temperatures up to 30 ° C below the solidus temperature of the base metal, its partial melting occurs in the falling zone of the stream of the cladding metal in yoke, thereby forming a blurred weld. Example. The casting of bimetallic billets is carried out on a centrifugal roller machine into a mold with a diameter of 265 mm and a length of 1500 mm. The base metal is smelted in a DSP-05 arc furnace, and the cladding layer is produced in the ISCh-015. Steel 10GN2MFA is used as the base layer, and austenitic steel 08X18H10T is used as the cladding layer. As a synthetic flux, use a flux of the following composition,%: NaF 25, Si, 10, 23, CaO 32, a as a modifier of the first kind; For the base layer, iron powder grade PJ-1K is used; for the cladding layer, powdered silicocalcium grade CaCi 30 is used. Pouring metals into the mold is carried out sequentially from two ends. The base metal is poured with a gravitational coefficient on the outer surface equal to 105 (on the inner surface of the base layer with a gravitational coefficient equal to 0). The pouring temperature of the base metal is 1560-1580 ° C, the cladding layer 1490-1510 ° C. The interval between pouring the base and cladding layers is 9.5-10.0 minutes. After 5 seconds from the beginning of its pouring, a powdery mechanical mixture of synthetic flux in the amount of 0.75-0.85% and iron powder in the amount of 0.6-0.8% by weight of the base metal is supplied to the stream of the main layer. When the cladding layer is poured onto the stream, powdered silicocalcium is applied at the rate of introducing 0.06-0.1% Ca into the melt, and simultaneously with the start of the cladding pouring, the mold rotation speed is increased by 30% compared to the initial one, i.e. engine up to 1000 rpm After casting, bimetallic pipe billets are removed from the mold at 800-850 C and loaded into a heat-treatment furnace, where they are heat-treated according to the following mode: homogenizing-1 annealing at 970-1000 ° C for 2 hours, followed by cooling to

SDK с печью ДО 150-2О(fc,далее отливки проход т нормализацию при 900--920 С с последующим высокотемпературньа отпуском при 650-660 0 в течение 10 ч. Биметаллические центробежнолитые труб-ные заготовки отлитые по предлагаемому способу и термообработайные по данному режиму имеют равномерное , прочное сваривание по всей длине заготовок,равноосную и мелкозернистую структуру по всему сечению заготовок с коэффициентом анизотропии механических свойств дл основного сло , ранишь 0,95-0,97, а дл плакирующего сло 0,95.SDK with furnace UP 150-2O (fc, then castings are normalized at 900--920 C, followed by high-temperature tempering at 650-660 0 for 10 hours. Bimetallic centrifugally cast billets molded according to the proposed method and heat-treated in this mode have a uniform, strong welding along the entire length of the blanks, equi-axial and fine-grained structure over the entire cross section of the blanks with an anisotropy coefficient of mechanical properties for the base layer, hitting 0.95-0.97, and for the cladding layer 0.95.

В насто щее врем предлагаемый способ нАходитс Е на стадии лабораторных испытаний.At present, the proposed method is at the stage of laboratory tests.

Предлагаемый способ позвол ет получать крупногабаритные биметаллические трубные заготовки из сталей перлитного и аустенитногО классов с , прочным и равномерным свариванием двух металлов по всей длине заготовки при одновременном сокращении технологического цикла и улучшении качества издели путе.м повышени коэффициента анизотропии механических свойств основного и плакируюц его металлов.The proposed method allows to obtain large-sized bimetallic tubular billets of pearlite and austenitic grades with durable and uniform welding of two metals along the entire length of the billet while reducing the production cycle and improving the quality of the product by increasing the anisotropy coefficient of the mechanical properties of the base metal and the plaques of its metals.

Claims

1. Authors certificate of the USSR 358074, cl. In 22 About 13/00, 1970.

2. USSR author's certificate on application no. 2559868 / 22-02, 02.12.77.

3. Author's testimony of the USSR № 445514, cl. In J22 O 13/00, 1973.

4. USSR author's certificate No. 608602, cl. B 22 D 13/00, 1976.