РАСХОДУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ МАРКИ ЧС82-Ш Российский патент 2015 года по МПК H05B7/07 C22B9/18 C22C38/54 

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения слитков ЭШП бор- и титансодержащих коррозионно-стойких марок стали с высокой нейтронной поглощаемостью, в частности стали марки ЧС82.

Известен расходуемый электрод для производства слитков ЭШП, имеющий химический состав, соответствующий готовой стали, в том числе титан и бор. Для сохранения требуемого содержания титана в металле ЭШП переплав осуществляется в атмосфере аргона [1].

Недостатком применения такого электрода является необходимость дополнительного оборудования при переплаве, отсутствие гарантии получения необходимого содержания титана и равномерного распределения его и диборидов титана по объему металла, что повышает нейтронную проницаемость изделий, а также существует вероятность присутствия свободного бора, что снижает пластические свойства металла.

За прототип принят расходуемый электрод для производства слитков стали марки ЧС82 (04Х14Т3Р1Ф) методом ЭШП, содержащий, мас.%: углерод 0,02-0,06, марганец не более 0,5, кремний не более 0,5, никель не более 0,5, хром 13,0-16,0, медь не более 0,30, молибден не более 0,3, вольфрам не более 0,2, ванадий 0,15-0,30, титан 2,3-3,5, алюминий не более 0,5 и бор 1,3-1,8.

Для сохранения титана в готовой стали в процессе переплава шлаковую ванну раскисляют алюминиевым порошком по 90 г/мин каждые 5 мин [2].

Недостатком переплава такого электрода является необходимость дополнительного оборудования и то, что он не гарантирует требуемое содержание титана и равномерность распределения его и диборидов титана по объему готового металла, что повышает нейтронную проницаемость изделий, а также существует вероятность присутствия свободного бора, что снижает пластические свойства металла.

При содержании титана в расходуемом электроде более 4,0%, существует вероятность, что в готовом металле его содержание будет выше требуемого.

При содержании титана в расходуемом электроде мене 3,6%, существует вероятность, что в готовом металле его содержание будет ниже требуемого.

Поэтому предлагаемые пределы содержания титана в металле электрода 3,6-4,0% являются оптимальными.

Такое содержание титана в электроде позволяет без оборудования для дополнительных операций: раскисление флюса алюминиевым порошком в процессе переплава или переплав в атмосфере аргона, гарантировать попадание титана в пределы, требуемые для готового металла, и равномерность распределения титана (а значит и диборидов титана) по объему металла, что повышает нейтронную поглащаемость стали и подтверждается опытными данными, приведенными в таблице 2.

Таблица 2 Распределение титана по высоте и сечению слитка ЭШП. Место отбора проб на хим. анализ Массовая доля титана, % Электрод 3,80 Верхняя часть слитка ЭШП центр 3,05 ½ радиуса 3,07 край 3,06 Центральная часть слитка ЭШП центр 3,06 ½ радиуса 3,05 край 3.06 Нижняя часть слитка ЭШП центр 3,05 ½ радиуса 3,05 край 3,06

Количества в готовом металле титана должно быть достаточно для связывания бора в дибориды Ti/В₂, так как наличие свободного бора снижает технологическую пластичность металла. Из практики производства слитков стали марки ЧС82-Ш выявлено, что при соотношении Ti/В менее 2,0 пластичность металла при переделе значительно ухудшается.

Задачей изобретения является получение гарантированного содержания титана в готовой стали, обеспечение равномерного распределения его и диборидов титана по объему слитка и, как следствие, увеличение нейтронной поглощаемости и пластичности металла при переделе.

Поставленная задача решается тем, что расходуемый электрод содержит, мас.%: углерод 0,02-0,06, марганец не более 0,5, кремний не более 0,5, никель не более 0,5, хром 13,0-16,0, медь не более 0,30, молибден не более 0,3, вольфрам не более 0,2, ванадий 0,15-0,30, титан 3,6-4,0, алюминий не более 0,5 и бор 1,3-1,8, при этом соотношение содержания титана и бора должно быть не менее 2,2.

Для получения качественного металла, а также для повышения его пластичности при переделе целесообразно использовать металл электрошлакового переплава.

В процессе переплава титан частично окисляется, переходя во флюс, поэтому содержание титана в расходуемом электроде должно превышать требуемое в готовой стали на величину его угара при переплаве.

Из опыта работы Златоустовского электрометаллургического завода по освоению технологии переплава стали марки ЧС82 получено, что угар титана составляет от 0,60 до 1,10%. Поэтому для получения в готовом металле содержания титана в пределах 2,3-3,5% его содержание в электроде должно быть в пределах 3,6-4,0%.

Опытные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 Массовая доля титана в стали до и после ЭШП. Количество плавок, шт. Массовая доля титана, % до ЭШП (в электроде) после ЭШП (в готовом металле) min-max среднее 4 (прототип) 3,0 2,0-2,3 2,2 7 3,5 2,2-2,6 2,3 300 3,6 2,4-2,9 2,5 300 3,8 2,8-3,2 3,0 300 4,0 3,0-3,4 3,3 80 4,2 3,2-3,6 3,5 Требования для готового металла 2,3-3,5

Так как в процессе переплава титан частично окисляется, переходя во флюс, а содержание бора в процессе переплава не изменяется, соотношение титана и бора в металле электрода должно быть больше, чем в готовом металле. Полученные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 Зависимость пластичности металла от соотношения содержания титана и бора. Количество слитков, шт. Соотношение Ti/В % слитков, разрушившихся при деформации в электроде (исходном металле) в готовом металле 2 1,55 1,4 100 8 1,77 1,6 75 42 1,98 1,8 50 364 2,20 2,0 0 467 2,43 2,2 0 235 2,65 2,4 0

Соотношение Ti/В в электроде менее 2,2 приводит к разрушению металла при деформации.

Соотношение Ti/В более указанного на пластичность металла не влияет.

Поэтому соотношение титана и бора в металле электрода должно быть более 2,2.

Применение предлагаемого электрода для переплава на ЭШП позволяет получить металл, отвечающий требованиям заказчика с гарантированным содержанием титана и равномерными свойствами по объему.

Источники информации

1. Сборник технологических инструкций по электрошлаковому и вакуумно-дуговому переплаву завода «Днепроспецсталь», 1979 г.

2. Технологическая инструкция на производство слитков стали марки ЧС82-Ш завода «Мечел».

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, а именно к производству слитков бор- и титансодержащей коррозионно-стойкой стали электрошлаковым переплавом для изготовления деталей атомного оборудования с высокой нейтронной поглощаемостью. Расходуемый электрод содержит, мас.%: углерод 0,02-0,06, марганец не более 0,5, кремний не более 0,5, никель не более 0,5, хром 13,0-16,0, медь не более 0,30, молибден не более 0,3, вольфрам не более 0,2, ванадий 0,15-0,30, титан 3,6-4,0, алюминий не более 0,5 и бор 1,3-1,8, при этом соотношение содержания титана и бора в исходном металле электрода не менее 2,2. Изобретение позволяет получить металл, отвечающий требованиям выплавляемой марки стали ЧС82 с гарантированным содержанием титана и равномерными свойствами по объему выплавляемого слитка. 3 табл.

Расходуемый электрод для производства стали марки ЧС82 электрошлаковым переплавом, содержащий углерод, марганец, кремний, никель, хром, медь, молибден, вольфрам, ванадий, титан, алюминий и бор, отличающийся тем, что он содержит данные компоненты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,02-0,06
марганец не более 0,5
кремний не более 0,5
никель не более 0,5
хром 13,0-16,0
медь не более 0,30
молибден не более 0,3
вольфрам не более 0,2
ванадий 0,15-0,30
титан 3,6-4,0
алюминий не более 0,5
бор 1,3-1,8,
при этом соотношение содержания титана и бора составляет не менее 2,2.