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, высокая коррозионная стойкость плакирующего слоя, при удовлетворительном качестве поверхности и низкой стоимости листов. 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 и к повышению коррозионной стойкости плакирующего слоя в некоторых средах.
Известен способ получения двух- и трехслойных заготовок электрошлаковой наплавкой коррозионностойкой стали на заготовку основного слоя под флюсом, содержащим CaO, CaF2, SiO2, Al2O3 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 обеспечивает ее стойкости против МКК.
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 можно использовать несколько подходов.
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 объему выплавляемого слитка. Однако повышенное содержание указанных выше элементов, а также самого титана в стали расходуемых электродов неизбежно приводит к повышению стоимости двухслойных листов.
Второй подход заключается в подборе оптимального режима наплавки. Необходимо регулировать значения напряжения и тока, так как слишком высокие значения мощности способствуют увеличению угара титана, повышению глубины проплавления стали основного слоя, способствующему снижению содержания основных легирующих элементов - хрома и никеля в стали наплавленного слоя. При недостатке подводимой мощности возможно появление расслоений на границе раздела слоев. К таким же последствиям может приводить и избыток подводимой мощности, так как при этом повышается неравномерность распределения тепла по площади наплавляемой заготовки, что также приводит к появлению несплошностей.
Третий 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, сопровождающегося его утечкам в процессе ЭШН, и сделать невозможным получение качественного соединения и равномерной толщины наплавленного слоя по всей площади двухслойных заготовок и листов.
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 на заготовке основного слоя толщиной 150-300 мм при ширине 1000-1600 мм, при регламентированных значениях скорости формирования и электросопротивления шлаковой ванны, при этом толщина наплавленного слоя составляет 5-30% от общей толщины слитка (Патент RU2193071, МПК C22B 9/20. Опубл. 20.11.2002 - данная работа является прототипом)
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.
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.
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.
Технический результат достигается тем, что в известном способе получения биметаллического слитка, включающем 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, толщина которого составляет 5-30% от общей толщины слитка, на заготовке основного слоя толщиной 150-300 мм при ширине 1000-1600 мм, согласно изобретению, в процессе переплава производят регулировку значений тока в интервале 9-13 кА и напряжения в интервале 37-45 В, при этом значения подводимой мощности находятся в интервале 420-500 кВт, а переплав электрода из коррозионностойкой стали, содержащей 0,3-0,6% титана проводят под шлаком, содержащим 1-5% TiO2.
Поддержание значения мощности в интервале 420-500 кВт, путем изменения значений напряжения в интервале 37-45 В и тока в интервале 9-13 кА, является необходимым условием обеспечения требуемого содержания титана в стали наплавленного слоя. При мощности, значения которой не будут соответствовать указанному интервалу, содержание титана в стали наплавленного слоя будет ниже предъявляемых требований. Кроме того, если значения мощности будут сильно превышать данный интервал, то это приведет к появлению дефектов в виде расслоений.
Еще одним условием обеспечения требуемого содержания титана в стали наплавленного слоя является содержание 0,3-0,6% титана в стали расходуемого электрода, а также содержание 1-5% TiO2 в шлаке, используемом для наплавки. При более низком содержании титана в стали и/или оксида титана в шлаке содержание титана в стали наплавленного слоя будет ниже, чем требуемое по ГОСТ-5632. Повышение содержания оксида титана в шлаке более 5% приведет к повышению жидкотекучести шлака, его утечкам в процессе ЭШН, что сделает невозможным получение качественного соединения и равномерной толщины наплавленного слоя по всей площади двухслойных заготовок и листов.
Пример конкретного выполнения способа
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 (16% от общей толщины) 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), типа 08Х18Н10Т, с пониженным содержанием титана, (вариант 7) и типа 08Х18Н10Б (вариант 8) 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 с добавлением TiO2 и в полученной шлаковой ванне вели электрошлаковый переплав расходуемых электродов с формированием наплавленного слоя при различных значениях заявленных параметров.
Полученные биметаллические слитки прокатывали на листы толщиной 20 мм.
Химический состав сталей основного слоя марки 09Г2С и расходуемых электродов из сталей типа 08Х18Н10Т и 08Х18Н10Б, мас.%
В таблице 2 приведены опробованные варианты параметров ЭШН, в том числе значения тока, напряжения и мощности, а также характеристики металлического слитка, в том числе содержание титана.
Как видно из таблицы 2, содержание Ti в первом случае уменьшается, относительно расходуемого электрода, происходит угар титана. Более того, содержание Ti в наплавленном слое не соответствует требованию ГОСТ 5632, это связано с тем, что содержание оксида титана в исходном флюсе составило 0,5%, что не соответствует формуле изобретения. Для второго варианта значения мощности не соответствуют формуле изобретения, они слишком завышены, что привело к дефектам в виде расслоений на границе раздела слоев, выявляемых УЗК. Кроме того, из-за большой глубины проплавления
Свойства биметаллических слитков и листов
можно заметить существенное снижение содержания хрома и никеля после наплавки. Для третьего и четвертого вариантов значения тока, напряжения, мощности и содержание оксида титана в исходном флюсе соответствовали формуле изобретения, поэтому можно заметить, что угара титана не происходит.Содержание титана в стали наплавленного слоя оказалось существенно выше, чем в стали расходуемых электродов. Основной причиной снижения угара титана является измененный режим ЭШН - снижение подводимой мощности за счет уменьшения значений напряжения и тока. Кроме того, можно заметить, что при режимах, используемых в третьем и четвертом вариантах происходит меньшее снижение содержания хрома и никеля. Для варианта 5 значение мощности не соответствовало формуле изобретения, поэтому местами не было проплавления основного слоя, в результате образовались дефекты в виде расслоений на границе раздела слоев, выявленные УЗК. Для варианта 6 содержание TiO2 было завышено. Повышенное содержание в шлаке двуокиси титана при получении биметалла методом ЭШН привело к повышению жидкотекучести шлака, что способствовало образованию дефектов в виде расслоений на границе раздела слоев. Для варианта 7 содержание Ti в расходуемом электроде не соответствует формуле изобретения, поэтому содержание Ti в наплавленном слое не соответствует требованию ГОСТ 5632. Для получения наплавленного слоя варианта 8 использовали сталь, легированную ниобием, что привело к более высокой себестоимости, по сравнению с остальными вариантами.
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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 2022 |
|
RU2786101C1 |
Способ получения коррозионностойкого биметаллического слитка | 2022 |
|
RU2774689C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 2022 |
|
RU2792018C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 2000 |
|
RU2193071C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛИТКОВ С ИЗНОСОСТОЙКИМ НАПЛАВЛЕННЫМ СЛОЕМ | 2012 |
|
RU2501628C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ЛИСТОВ | 2013 |
|
RU2534888C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА (ВАРИАНТЫ) | 2004 |
|
RU2255994C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 2011 |
|
RU2485188C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 1996 |
|
RU2087561C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 1995 |
|
RU2083700C1 |
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству с использованием электрошлаковой технологии биметаллических слитков, предназначенных для последующей прокатки на биметаллические полосы и листы. Осуществляют размещение металлической заготовки 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, на заготовке основного слоя толщиной 150-300 мм при ширине 1000-1600 мм формируют наплавленный слой, толщина которого составляет 5-30% от общей толщины слитка, согласно изобретению в процессе переплава производят регулировку значений тока в интервале 9-13 кА и напряжения в интервале 37-45 В, при этом значения подводимой мощности находятся в интервале 420-500 кВт, а переплав электрода из коррозионностойкой стали, содержащей 0,3-0,6% титана, проводят под шлаком, содержащим 1-5% TiO2. Изобретение обеспечивает минимизацию угара титана и повышение коррозионной стойкости наплавленного слоя биметаллических слитков и листов при сохранении высокой прочности и сплошности соединения слоев и технологичности. 1 пр., 2 табл.
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, на заготовке основного слоя толщиной 150-300 мм при ширине 1000-1600 мм формируют наплавленный слой, толщина которого составляет 5-30% от общей толщины слитка, отличающийся тем, что в процессе переплава производят регулировку значений тока в интервале 9-13 кА и напряжения в интервале 37-45 В, при этом значения подводимой мощности находятся в интервале 420-500 кВт, а переплав электрода из коррозионностойкой стали, содержащей 0,3-0,6% титана, проводят под шлаком, содержащим 1-5% TiO2.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА | 2000 |
|
RU2193071C2 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТИТАНСОДЕРЖАЩЕЙ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОЙ СТАЛИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ | 2014 |
|
RU2578879C1 |
SU 534097 А1, 15.05.1994 | |||
US 5311655 A1, 17.05.1994 | |||
Пюпитр для работы на пишущих машинах | 1922 |
|
SU86A1 |
Авторы
Даты
2022-09-19—Публикация
2022-07-06—Подача