Способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных заготовок Советский патент 1981 года по МПК B22D13/00 

;54) СГЮСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПИТЬЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

t

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам центробзжногослитья биметаллических крупногабаритных трубных заготовок.

Бурное развитие энергетики, особенно атомной, ставит перед машиностроителями ряд задач, связанных с разработкой прогрессивных, менее трудо емких технологических процессов получения арматуры (труб, тройников, отводов) , обладающих высокой прочностью и коррозионной СТОЙКОСТЬЮ в

агрессивных средах. Сочетание этих свойств возможно только в биметалле. В настоящее время бесшовные биметаллические трубы, предназначенные для нужд энергетики,работающие при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах, изготовляются 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 расслоения по зоне сварки и не образовались трещины в наружном и внутреннем слое.

Известен способ центробежного литья биметаллических трубньгх заготовок, включающий поочередную заливку через определенный период времени под слоем синтетического флюса двух сталей различных по химическому составу. Время между заливками определяtoется исходя из того, что внутренняя поверхность наружного металла имеет температуру на 100-350°С ниже температуры его солидуса Г13

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 слоя, так как она более

20 склонна к траскристаллизации, чем нерлитная сталь.

Трубы, полученные этим способом, можно использовать только в прямом

25 виде. Изготавливать отводь и тройники из таких биметаллических трубных заготовок нельзя, из-за низкого коэффициента анизотропии механических свойств сталей. Особенно чувствительна к появлению трещин наружная сталь.

Для изготовления отводов и тройников из этих биметаллических трубных заготовок путем гибки и бокового прессования необходимо иметь коэффициенты анизотропии механических свойств данных сталей близких к единице. Это можно достичь для наружной (низколегированной) углеродистой стали путем деформации или длительной термообработки при высоких температурах, а для 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, приближая его к единице, а у нержавеющей аустенитной стали еще к тому же повышается стойкость против межкристаллической коррозии .

Таким образом, недостаток данного ,способа состоит в том, что он требует дополнительного технологического процесса (раскатки), который соответственно требует дополнительного дорогостоящего оборудования и энергозатрат. Кроме того, отечественная прокатная промышленность в настоящее время может раскатывать трубы ограниченного сортамента до диаметра 550 мм.

Наиболее блн:п им к предлагаемому является способ центробежного литья крупногабарит.чых биметаллических трубных заготовок, включающий последовательную заливку во вращаемую форму металла основного слоя с синтетическим флюсом и плакирующего слоя, при этом по достижении внутренней поверхностью металла основного слоя температуры на 100-200с ниже его температуры солидуса ,Б форму заливают определенное количество никеля,по окончании заливки которого в противополом ном направлении заливают металл плакирующего слоя, при этом одновременно с началом заливки .никеля увеличивают скорость вращения формы на 30-40% от начальной ее скорости Гз .

способ позволяет получать крупногабаритные трубные заготовки с высоким коэффициентом анизотропии механических свойств только наружной перлитной стали благодаря последующей длительной высокотемпературной термообработки. Из труб, полученных данным способом, можно изготавливать отводы с максимальным углом загиба 90°, при радиусе 1,5 м, но нельзя получить тройник методом бокового прессования, так как при данном технологическом процессе возникают большие напряжения и плакирующий слой не выдерживает, т.е. нарушается его целостность.

Таким образом, данный способ имеет ряд недостатков: длительный высокотемпературный режим термообработки; низкий коэффициент анизотропии механических свойств плакирующего слоя и, как следствие этого, невозможность изготовления тройников; дополнительный расход никеля для образования промежуточного слоя - диффузионного барьера.

Известны способы получения однослойных трубных заготовок методом центробежного литья 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 являются либо уже готовыми центрами кристаллизагдии, либо изменяют межфазное натяжение 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.

Использование модификаторов второго рода для получения высокой физической и химической однородности по всему сечению центробежных однослойных трубных заготовок имеет ряд недостатков, связанных со строгим контролем технологических температурных режимов литья, т.е. в данном случае неоходима минимальная температура заливки металла и минимальное время вовлечения заливаемого металла во вращение. Кроме того, расплавы, обработанные модификаторами второго рода, не позволяют отливать протяженные однослойные центробежные трубные заготовки из-за плохой жидкотекучести металла , ;

Цель изобретения - повышение прочности и равномерности сваривания двух металлов по всей длине заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов с однородной и мелкозернистой структурой при одновременном сокращении технологического цикла изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в способе центробежного литья биметаллических трубных заготовок,включающем последовательную заливку во еращаемую форму металла основного слоя и металла плакирующего слоя,заЛИВ.КУ плакирующего слои производят при температуре на ЗО-ЗО С выше температуры его ликвидуса по достижении внутренней поверхностью металла основного слоя температуры на 30-70с ниже его температуры солидуса, при этом при заливке металла основного слоя 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 слоя на его струю подают порошкообразный силикокальций в коли честве 0,2-0,35% от его массы. Предлагаемый способ позволяет 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 изготовления Подача на струю основного металла порошкообразной механической , состоящей из 0,75-0,85% синтетическо го флюса и 0,6-0,8% железного порошка, обеспечивает получение коэффициента анизотропии механических свойств основного слоя в литье, равного 0,90, при одновременном увеличении механических характеристик. При уменьшении количества вводимого железного порошка меньше 0,6% от мас сы основного слоя резко уменьшается коэффициент анизотропии механических свойств. При увеличении количества вводимого железного порошка больше 0,8% от массы основного слоя с одина ковым количеством синтетического флю са,равного 0,75-0,85%, уве личивается з агрязненность металла неметалличес кими включениями. Данное количество синтетического флюса, равное 0,75-0,85% от массы основного слоя, достаточно рафинирует его от неметаллических включений и обеспечивает надежную защиту внутренней поверхности основного металла от окисления и вторичного фронта кристаллизацик. Порошкообразный модификатор - силикокальций марки КаСи 30, введенный на старую плакирующего слоя 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 слоя и коэффициент анизотропии механических свойств, равный 0,95, при этом температура заливки металла должна быть минимальной и составлять 30-50с выше температуры его ликвидуса. При превьлшении температуры заливки выше, чем на 50°С температуры его ликвидуса, пропадает эффект модифицирования,а при понижении ниже температуры, чем на 30°С превышающую температуру его ликвидуса, ухудшается жидкотекучесть расплава.Уменьшение количества подаваемого модификатора ниже 0,20% от массы плакирующего слоя или увеличение выше 0,35% приводит к пропаданию эффекта модифи цирования. Температурный интервал внутренней поверхности основного слоя, равный 30-70 С, ниже его температуры солидуса при температуре заливки плакирующего слоя, равном на 30-50°С выше температуры его ликвидуса, выбран исходя 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 падения струи плакирующего металла в форму, в результате чего образуется нечеткая граница сваривания. Пример. Отливку биметаллических трубных заготовок осуществляют на центробежной валковой машине в изложницу диаметром 265 мм и длиной 1500мм. Основной металл выплавляют в дуговой печи ДСП-05, а плакирующий слой - в ИСЧ-015. В качестве основного слоя используют сталь 10ГН2МФА, а в качестве плакирующего слоя - 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; для основного слоя используют железный порошок марки ПЖ-1К, для плакирующего слоя - порошкообразный силикокальций марки СаСи 30. Заливку металлов в форму осуществляют последовательно с двух концов. Заливку основного металла производят при гравитационном коэффициенте на наружной поверхности.,равным 105 (на внутренней поверхности основного слоя с гравитационным коэффициентом, равным 0). Температура заливки основного металла составляет 1560-1580°С, плакирующего слоя 1490-1510°С. Интервал между заливкой основного и плакирующего слоев составляет 9,5-10,0 мин. На струю основного слоя, спустя 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 слоя на его струю присаживают порошкообразный силикокальций из расчета введения в расплав 0,06-0,1% Са,при этом одновременно с началом заливки плакирующего слоя увеличивают скорость вращения формы на 30% по сравнению с первоначальной, т.е.на двигателе до 1000 об/ мин. После отливки трубные биметаллические заготовки извлекаются из формы при 800-850 С и загружаются в термическую печь, где они термообрабатываютоя по режиму: гомогенизир1 -ющий отжиг при 970-1000°С в течение 2 ч с последующим охлаждением отли-

SDK с печью ДО 150-2О(fc,далее отливки проходят 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 для основного слоя, ранишь 0,95-0,97, а для плакирующего слоя 0,95.

В настоящее время предлагаемый способ нАходитсяЕ на стадии лабораторных испытаний.

Предлагаемый способ позволяет 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 изделия путе.м повышения коэффициента анизотропии механических свойств основного и плакируюц его металлов.

Формула изобретения

Способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных

заготовок, включающий заливку во врщаемую форму металла основного слоя металла плакирующего слоя и подачу флюса, отличающийся тем что, с целью повышения прочности и равномерности сваривания двух металлов по всей длине заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов , заливку металла плакирующего слоя производят при температуре на выше температуры его ликвидса по достижении внутренней поверхностью металла основного слоя температуры на ниже его температуры солидуса, причем при заливке металла основного С1юя на его струю подают механическую смесь железного порошка и синтетического флюса в количестве соответственно 0,6-0,8% 0,75-0,85% от его массы, а при заливке металла плакирующего слоя на его струю подают порошкообразный силикокальций в количестве 0,200,35% от его массы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4.Авторское свидетельство СССР № 608602, кл. В 22 D 13/00, 1976.