СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ШТАМПОВ ДЛЯ ПРЕССО-ПРОКАТНОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС Российский патент 2008 года по МПК C22B9/18 B22D23/10 

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих и/или эксплуатирующих технологическую оснастку для горячей обработки металла давлением.

Особенности эксплуатации штампов прессопрокатной линии (ППЛ) связаны с наличием высокоскоростных прессов повышенной мощности. Быстропротекающие термодинамические знакопеременные нагрузки, значительный разогрев рабочей поверхности, воздействие специальной охлаждающей жидкости предъявляют повышенные требования к качеству металла заготовок штампов, которое в значительной степени определяет эксплуатационную стойкость штампов.

Кроме того, специальная геометрия прессового инструмента ППЛ, представляющего собой крупные сплошные и полые слитки с соотношением высоты к диаметру более чем 1:3,5 («короткие» слитки), в сочетании с увеличенным весом штампов (более 0,8 т) предполагают трудность получения заготовок для инструмента.

Традиционная технология получения заготовок инструмента деформации включает выплавку стали в металлургическом агрегате, разливку в слитки и их ковку на заготовки с разрешенными допусками под дальнейшие термо- и механообработки.

Процесс характеризуется низким в результате потерь металла на всех переделах коэффициентом использования металла (КИМ<0,5) и наличием дорогостоящей операции «ковки», обеспечивающей форму инструмента и достаточное качество металла изделия.

При изготовлении штампов ППЛ по этой технологии затраты на производство заготовок возрастают из-за необходимости использования специализированного мощного оборудования. В ряде случаев и невозможно получить заготовки нужной геометрии в сочетании с удовлетворительным качеством металла.

Существует усовершенствованная технология получения заготовок инструмента деформации, согласно которой вместо разливки металла в слитки используют современные разливочные машины полу- и непрерывного действия.

Коэффициент использования металла при этом возрастает до 0,50-0,55. Однако конструктивные возможности машин не позволяют получать необходимый спектр типоразмеров заготовок.

Кроме того, качество металла заготовки по-прежнему приходится обеспечивать ковкой или осадкой. При этом сохраняются вышеперечисленные недостатки технологии, связанные с увеличением массы и размеров заготовки.

Известен способ получения полых слитков электрошлаковой наплавкой (Патент РФ №2190029, публ. 2002 г.). Способ предназначен для электрошлакового получения полых слитков заданного типоразмера в плавильном пространстве, образованном двумя водоохлаждаемыми кристаллизаторами, помещенными соосно один в другой.

Наплавку осуществляют под жидким флюсом, расплавление и подогрев которого производят неплавящимися нерасходуемыми графитовыми электродами. При этом качество слитка, химический состав металла и его постоянство обеспечивают вращением плавильной зоны в сочетании с системой подачи в нее и регулирования количества жидких и гранулированных материалов. В этом способе неплавящиеся нерасходуемые графитовые электроды не выполняют функцию плавления металла, а способствуют расплавлению флюса и поддержанию его в жидком состоянии.

Известный способ не может быть использован для получения крупных «коротких» слитков, т.к. технически трудно осуществить вращение водоохлаждаемого плавильного пространства диаметром более 700 мм с жидкими высокотемпературными составляющими (металл и шлак) весом более тонны.

Неприменимо и использование графитовых неплавящихся электродов из-за науглероживания через расплавленный шлак доэвтектоидных штамповых сталей, содержащих карбидообразующие легирующие химические элементы, и невозможности получения гарантированных эксплуатационных свойств штампов ППЛ. Кроме того, нерационально иметь отдельное от плавильной зоны промежуточное устройство большой емкости для расплавления и хранения жидкого металла.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке эффективного способа получения качественных электрошлаковых заготовок штампов для прессопрокатной линии производства железнодорожных колес различных типоразмеров.

Для этих целей способ электрошлакового получения заготовок штампов включает размещение токоподводящих расходуемых электродов из металла заготовки, общий вес которых не менее веса заготовки, по окружности в плавильном пространстве кристаллизатора с коэффициентом заполнения не менее 0,2, сплавление расходуемых электродов под жидким флюсом, формирование слитка под жидким флюсом, при этом процесс ведут при величине вводимой мощности, постоянной до момента выведения усадочной раковины, а форма плавильного пространства максимально приближена к форме заготовки штампа.

Для реализации способа используют токоподводящие расходуемые электроды из инструментальной штамповой стали заданного химического состава и определенного размера и веса.

Новизна заявляемого способа заключается в освоении прогрессивного метода ЭШП в приложении к такому виду получаемых изделий, как штампы ППЛ, имеющие особые условия эксплуатации, специальную геометрию и различные типоразмеры.

В заявляемом способе расходуемые электроды из инструментальной штамповой стали заданного химического состава являются источником плавящегося металла и, имея вес не менее веса заготовки, участвуют в «организации» получения заготовок различных типоразмеров.

В совокупности с формой плавильного пространства кристаллизатора, которая максимально приближена к форме заготовки инструмента, способ позволяет получать заготовки нужных типоразмеров и формы с максимально высоким КИМ (0,8-0,9).

Расположение расходуемых электродов по окружности в плавильном пространстве с оптимальным коэффициентом заполнения и ведение процесса при величине вводимой мощности, постоянной до момента выведения усадочной раковины, позволяет осуществить направленную кристаллизацию металла из небольшого объема жидкометаллической ванны и обеспечить высокое качество получаемой «короткой» заготовки, сведя к минимуму ликвационные и литейные дефекты в стали.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в повышении коэффициента использования металла, получении качественных «коротких» крупных заготовок различных типоразмеров и специальной формы.

Таким образом, организация процесса в едином плавильном пространстве описанным выше способом позволяет получать весь спектр типоразмеров штампов ППЛ высокого качества с минимальными затратами и максимально высоким коэффициентом использования металла.

Способ опробован в промышленных условиях на одном из предприятий, имеющих соответствующее оборудование. Для реализации способа использовали расходуемые электроды, полученные любым способом, представляющие собой металлические штанги определенного размера и веса из инструментальных штамповых сталей, что позволяет набрать вес заготовок любых типоразмеров и обеспечивает необходимый коэффициент заполнения.

Электроды располагали по окружности в плавильном пространстве кристаллизатора.

Пример 1. Для получения полой заготовки с наружным диаметром 1000 мм, внутренним диаметром 245 мм и высотой 220 мм в водоохлаждаемом плавильном пространстве, образованном кристаллизатором и помещенным в него соосно дорном-вставкой, сплавляли под жидким флюсом одновременно 8 расходуемых электродов сечением 170×120 мм, общим весом 1,3 т. При коэффициенте заполнения 0,2 и вводимой мощности 1120 квА за 125 минут процесса полностью сплавили расходуемые электроды и получили заготовку весом 1, 27 т с коэффициентом использования металла 0, 82.

Пример 2. Для получения полой заготовки с наружным диаметром 780 мм, внутренним диаметром 245 мм. и высотой 225 мм в водоохлаждаемом плавильном пространстве, образованном кристаллизатором и помещенным в него соосно дорном-вставкой, сплавляли под жидким флюсом одновременно 6 расходуемых электродов сечением 170×120 мм, общим весом 0,7 т.

При коэффициенте заполнения 0,34 и вводимой мощности 814 квА за 68 минут процесса полностью сплавили расходуемые электроды и получили заготовку весом 0,63 т с коэффициентом использования металла 0,87.

Пример 3. Для получения сплошной с наружным диаметром 1000 мм, внутренним диаметром 245 мм и высотой 250 мм в водоохлаждаемом плавильном пространстве, образованном кристаллизатором без дорна, сплавляли под жидким флюсом одновременно 12 расходуемых электродов сечением 170×120 мм, общим весом 1,53 т.

При коэффициенте заполнения 0,31 и вводимой мощности 1620 квА за 95 минут процесса полностью сплавили расходуемые электроды и получили заготовку весом 1,53 т с коэффициентом использования металла 0,92.

Техническим средством реализации постоянства вводимой мощности до момента выведения усадочной раковины во всех приведенных примерах является известный в ЭШП стационарный режим плавки.

Эксплуатационные испытания штампов, полученных из электрошлаковых заготовок, проводили на прессопрокатной линии по производству железнодорожных колес. Стойкость штампов, изготовленных по заявляемому способу, в 1,8 раза выше аналогичного штампа, произведенного по технологии.

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих и/или использующих технологическую оснастку для горячей обработки металла давлением. Процесс осуществляют в плавильном пространстве кристаллизатора, форма которого максимально приближена к форме заготовки штампа, расплавление металла и подогрев флюса осуществляют токоподводящими расходуемыми электродами из металла заготовки, размещенными по окружности в плавильном пространстве с коэффициентом заполнения не менее 0,2, общий вес которых не менее веса заготовки, при этом процесс ведут при величине вводимой мощности, постоянной до момента выведения усадочной раковины. Изобретение позволяет заготовки штампов нужных типоразмеров и формы с максимально высоким коэффициентом использования металла КИМ (0,8-0,9). 2 з.п. ф-лы.

1. Способ электрошлакового получения заготовок штампов для прессопрокатной линии производства железнодорожных колес, включающий размещение токоподводящих расходуемых электродов из металла заготовки, общий вес которых не менее веса заготовки, по окружности в плавильном пространстве кристаллизатора с коэффициентом заполнения не менее 0,2, сплавление расходуемых электродов под жидким флюсом, формирование слитка под жидким флюсом, при этом процесс ведут при величине вводимой мощности, постоянной до момента выведения усадочной раковины, а форма плавильного пространства кристаллизатора максимально приближена к форме заготовки штампа.2. Способ по п.1, в котором используют токоподводящие расходуемые электроды из инструментальной штамповой стали заданного химического состава.3. Способ по п.1, в котором используют токоподводящие расходуемые электроды определенного размера и веса.