СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K25/00 

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к технологии электрошлаковой наплавки, и может быть использовано для получения двухслойной заготовки для последующей горячей листовой прокатки.

Технология производства горячекатаных биметаллических листов системы углеродистая сталь коррозионно-стойкая сталь включает электрошлаковую наплавку на одну из граней сляба слоя коррозионно-стойкой стали и последующую его прокатку в линии непрерывного широкополосного стана до конечной толщины. Для получения качественного листа необходимо иметь бездефектную двухслойную заготовку, не имеющую искажений формы вследствие наплавки.

Известны способы электрошлаковой наплавки деталей плоской формы с предварительным их подогревом, равномерным по объему детали.

Однако равномерно разогретая заготовка в процессе наплавки приобретает неравномерное температурное поле и значительные внутренние механические напряжения. Это приводит к дефектам в наплавленном слое и искажениям формы заготовки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ электрошлаковой наплавки на плоскую заготовку из углеродистой стали слоя коррозионно-стойкой стали аустенитного класса, согласно которому осуществляют предварительный равномерный подогрев заготовки и последующую наплавку одной из ее сторон. Температура подогрева зависит от состава сталей и может изменяться от 180-200 до 400^oC (см. Технология электрической сварки плавлением под редакцией Б. Е. Патона, М. Машгиз, 1962, с. 625-627).

Недостатки известного способа состоят в следующем. В процессе электрошлаковой наплавки слоя коррозионно-стойкой стали на равномерно разогретую плоскую заготовку, в зоне наплавленного слоя имеет место повышение температуры и появление значительных механических напряжений. Заготовка приобретает искажение формы. Это ухудшает качество наплавленной заготовки, т.к. при последующей ее горячей прокатке не исключены отслоения направленного слоя, снижается точность прокатки и плоскостность листов.

Цель предлагаемого изобретения состоит в повышении качества заготовки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электрошлаковой наплавки на плоскую заготовку из углеродистой стали слоя коррозионно-стойкой стали аустенитного класса, включающем подогрев заготовки и последующую наплавку одной из ее сторон, согласно предложению, подогрев осуществляют со стороны, противоположной наплавляемой, при этом подогрев ведут до температуры наплавляемой поверхности 300-450^oC с ее увеличением по толщине заготовки с температурным градиентом 5,5-8,7^oC/см.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Получение слоистой заготовки электрошлаковой наплавкой позволяет сформировать на слябе массой 15-20 т слой коррозионно-стойкой стали с толщиной 5-15% от толщины основы. При температуре наплавляемой поверхности сляба из углеродистой стали, равной 300-450^oC, исключается образование горячих и холодных трещин, температурный градиент 5,5-8,7^oC/см обеспечивает поддержание оптимальной температуры наплавляемой поверхности за счет теплоотдачи от внутренних слоев металла к наплавляемой поверхности, что компенсирует самопроизвольное охлаждение в процессе наплавки. Температурный клин по толщине сляба компенсирует неравномерность температурного поля, которую вызывает процесс электрошлаковой наплавки. Увеличение температуры по толщине заготовки, как показали эксперименты, исключает образование несплошностей в переходном слое, обусловленных разностью теплотехнических свойств углеродистой и коррозионно-стойкой сталей. Подогретую согласно предложению заготовку в процессе наплавки и после нее не "ведет", т.е. она сохраняет плоскую форму.

Благодаря высокому качеству переходного слоя предварительно подогретой с "градиентом" заготовки не наблюдается нарушение взаимосвязей слоев, неравномерности толщины, имеет место прочное сцепление слоев. Это повышает качество заготовок, и, как следствие, качество биметаллических листов и выход годного.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба они являются способами электрошлаковой наплавки на плоскую заготовку из углеродистой стали слоя коррозионно-стойкой стали аустенитного класса. Оба включают подогрев заготовки и последующую наплавку одной из ее сторон.

Отличия предложенного способа состоят в том, что подогрев осуществляют со стороны, противоположной наплавляемой, тогда как в известном эта операция не предусмотрена. В предложенном способе подогрев ведут до температуры наплавляемой поверхности 300-450^oC с ее увеличением по толщине заготовки к противоположной поверхности с температурным градиентом 5,5-8,7^oC/см, а в известном до равномерной по толщине заготовки температуры наплавки.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков, и заключающиеся в повышении качества двухслойной заготовки. Это свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенность отличий".

Экспериментально установлено, что при температуре наплавляемой поверхности ниже 300^oC из-за высокой скорости охлаждения наплавленного слоя коррозионно-стойкой стали аустенитного класса в нем появляются зародыши трещин, которые развиваются в процессе последующей горячей прокатки. Помимо этого, наплавленная заготовка теряет плоскую форму. Повышение температуры наплавляемой поверхности более 450^oC приводит к повышению окисленной заготовки из углеродистой стали и образованию холодных трещин в период охлаждения заготовки. В результате ухудшается качество биметаллической заготовки и снижается выход годного.

Также экспериментально установлено, что если температурный градиент по толщине сляба будет более 8,7^oC/см, то термические напряжения и усадочные раковины в наплавленном слое ослабят его связь с основой, приведут к температурной деформации плоской заготовки. В приповерхностных слоях, находящихся в зоне термического влияния сварочной дуги, температура превышает оптимальную, что недопустимо. При температурном градиенте менее 5,5^oC/см не обеспечивается выравнивание температурного поля заготовки; разогрев от электрической дуги будет преобладать. В результате не достигается стабилизация температуры заготовки в процессе наплавки, что ухудшает качество наплавленной заготовки и листов, полученных из нее.

Следует заметить, что рассмотренные выше параметры оптимальны для основы из углеродистой стали типа Ст2, Ст3, Ст5, Ст6, сталь 10 различных степеней раскисления и использования в качестве плавящегося электрода коррозионно-стойкой стали класса 18-10, типа 12Х18Н10.

Примеры реализации способа
Заготовку в виде сляба из углеродистой стали толщиной 200 мм и массой 25 т нагревают газовыми горелками, установленными с нижней стороны, до температуры 517^oC, которую в дальнейшем поддерживают постоянной. Нагрев ведут до достижения температуры наплавки на верхней стороне сляба величины Тн 375^oC. При этом градиент температуры по толщине сляба составит g 7,1^oC/см.

Нагретый с температурным градиентом сляб устанавливают наклонно на наплавочный станок и осуществляют электрошлаковую наплавку слоя коррозионно-стойкой стали аустенитного класса 12Х18Н10 толщиной 20 мм на верхнюю сторону сляба, имеющую температуру Тн 375^oC. Наплавку ведут через слой шлака.

Полученная заготовка не имеет трещин и усадочных раковин в наплавленном слое, сохраняет правильную геометрическую форму.

В дальнейшем заготовку разогревают до температуры 1200^oC и прокатывают на непрерывном широкополосном стане 2000 в биметаллическую полосу конечной толщиной 3,0 мм и с суммарным сжатием 98,6%
Готовая полоса имеет неплоскостность 3 мм/м, неравномерность толщины плакирующего слоя ± 5% не содержит расслоений, трещин и разрывов, что определяется высоким качеством исходной наплавленной заготовки.

Варианты реализации способа, показатели качества заготовки и полученных из нее горячекатаных листов приведены в таблице.

Из таблицы следует, что при реализации предложенного способа (варианты 2-4) обеспечиваются наилучшие показатели качества заготовки и, соответственно, биметаллических листов: выход годного максимален. В случае запредельных значений всех (варианты 1 и 5) или хотя бы одного (варианты 6-9) из заявленных параметров качество заготовок ухудшается, снижается выход годных биметаллических листов. При реализации способа-прототипа (вариант 10) показатели качества ухудшаются.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что получение биметаллической заготовки путем электрошлаковой наплавки коррозионно-стойкой стали на поверхность заготовки из углеродистой стали, предварительно подогретой на наплавляемой поверхности до 300-450^oC, и с ее увеличением по толщине с градиентом 5,5-8,7^oC/см, обеспечивает формирование бездефектного наплавленного слоя, исключает изгибы и деформации заготовки.

За базовый объект принят способ-прототип. Рентабельность внедрения предложенного способа составляет 12%

Использование: изобретение относится к области сварочного производства, в частности к технологии электрошлаковой наплавки, и может быть использовано для получения двухслойной заготовки для последующей горячей листовой прокатки. Сущность изобретения: на плоскую заготовку из углеродистой стали производят электрошлаковую наплавку слоя коррозионно-стойкой стали аустенитного класса. При этом осуществляют подогрев заготовки и последующую наплавку одной из ее сторон. Подогрев осуществляют со стороны, противоположной наплавляемой, до температуры наплавляемой поверхности 300-450^oC. Создают градиент температур по толщине заготовки, 5,5-8,7^oC/см. 1 табл.

Способ электрошлаковой наплавки на плоскую заготовку из углеродистой стали слоя коррозионностойкой стали аустенитного класса, в котором осуществляют подогрев заготовки и последующую наплавку одной из ее сторон, отличающийся тем, что подогрев заготовки осуществляют со стороны, противоположной направляемой, до температуры направляемой поверхности 300 - 450^oС, при этом создают градиент температуры по толщине заготовки 5,5 - 8,7^oС/см.