Способ производства биметаллических слитков
Изобретение относится к области производства биметаллов и может быть использовано в черной и цветной металлургии, а также в специальных отраслях машиностроения. В способе переплавляют расходуемые электроды из металла внутреннего слоя в обечайку из металла наружного слоя, при этом непосредственно перед плавкой обечайку подвергают безокислительному нагреву до температуры, равной 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя, при высоте нагреваемой нижней части обечайки, равной 1-6 толщины стенки обечайки. Изобретение обеспечивает надежное сваривание слоев, плотную макроструктуру и сокращение донной обрези в 6 раз. 1 табл.
Изобретение относится к области производства биметаллов и может быть использовано в черной и цветной металлургии, а также в специальных отраслях машиностроения.
Известен способ получения биметаллических слитков методом электрошлакового переплава, включающий размещение металлической заготовки, являющейся основным слоем биметаллического слитка, в кристаллизатор с зазором от стенки и заплавление этого зазора коррозионностойкой сталью [1].
Недостатком способа является отсутствие гарантии свариваемости слоев слитка из-за постоянного присутствия горячего флюса, попадание которого в зону сварки слоев не исключено. Кроме того, в нижней части слитка возможно несваривание слоев из-за плохого прогрева металлической заготовки, вставленной в кристаллизатор.
Известен способ получения биметаллических слитков, включающий заплавление металла основного слоя в полую обечайку, изготовленную из плакирующего металла путем вакуумного дугового переплава расходуемого электрода на прямой полярности дуги [2].
Недостатком способа является непровар нижней части слитка основного слоя с обечайкой на высоту 1-6 толщины обечайки. Переплав на прямой полярности дуги приводит к загрязнению границы основного металла с обечайкой. В начале переплава, когда начинается плавление электрода, обечайка еще холодная и тепла от наплавляемого металла недостаточно для его сваривания с обечайкой в нижней части слитка.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения биметаллических слитков, включающий вакуумный дуговой переплав расходуемых электродов из металла основного внутреннего слоя в полую обечайку плакирующего наружного слоя на обратной полярности дуги наплавлением основного металла в обечайку на высоту, равную ее толщине, с последующей выдержкой без плавления для прогрева обечайки [3].
Применение переплава на обратной полярности дуги позволяет получать чистые границы основного слоя с обечайкой.
Недостатком способа является неравномерное сваривание основного слоя с обечайкой по высоте слитка - в нижней части слитка наблюдаются непровары и она уходит в технологическую обрезь.
Задачей изобретения является улучшение свариваемости слоев в нижней части слитка, качества металла внутреннего слоя и сокращение донной обрези.
Поставленная задача решается за счет того, что обечайку непосредственно перед плавкой подвергают безокислительному нагреву до температуры, равной 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя, при высоте нагреваемой нижней части обечайки, равной 1-6 толщины стенки обечайки.
Нагрев обечайки производят в безокислительной среде, которая предотвращает образование окисной пленки, содержащей шлаковые включения, и не обеспечивает надежного сваривания слоев.
Интервал нагрева обечайки до 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя обусловлен различными температурами плавления сочленяемых пар металлов внутреннего и наружного слоев.
При нагреве обечайки ниже температуры солидуса не достигается требуемый эффект, т.к. в начальный период плавки не создаются необходимые условия для сварки в нижней части слитка. В случае нагрева обечайки выше 0,8 температуры солидуса происходит оплавление наружного слоя и перемешивание внутреннего и наружного слоев, что приводит к большой отбраковке металла.
В результате выполненных экспериментов с различными металлическими парами (сталь 30+95X18), (10ГН2МФА+08Х18Н10Т), (КВК55+КВК37) и др. было установлено, что высота нагреваемой нижней части обечайки в пределах 1-6 толщины стенки обечайки является тем необходимым стартом начала процесса, который обеспечивает равномерное сваривание шва в нижней части слитка, улучшает качество биметалла и сокращает до минимума донную обрезь.
В случае нагрева обечайки на высоту менее одной толщины стенки обечайки не происходит прогрев донной части до необходимой температуры, так как рассеивание тепла превалирует над аккумуляцией его обечайкой, и как результат не достигается надежная сварка в нижней части.
При нагреве обечайки на высоту, превосходящую 6 толщин стенки обечайки, происходит дестабилизация основного процесса плавки из-за наличия излишнего тепла в наружном слое (обечайке), что приводит к подплавлению слоя и нарушению геометрии, т.е. к браку.
Пример конкретного осуществления.
Вакуумно-дуговой переплав осуществляли в обечайку из стали марки 10ГН2МФА с наружным диаметром 600 мм и внутренним 320 мм. В случае неиспользования подогрева обечайки имели место плохая свариваемость слоев, неудовлетворительная макроструктура, и донная обрезь составляла примерно 300 мм или 180 кг/т (см. таблицу).
| Таблица | |||
| Температура нагрева обечайки | Высота нагреваемой части обечайки | Высота, на которую наплавляемый слиток не приваривается к обечайке, мм | Донная обрезь, кг/т |
| прототип | 300 | 180 | |
| 0,2 t солидуса | 0,8 | 200 | 150 |
| 0,3 t солидуса | 1,0 | 50 | 30 |
| 0,6 t солидуса | 4,0 | 45 | 25 |
| 0,8 t солидуса | 6,0 | 40 | 23 |
| 0,9 t солидуса | 7,0 | 300* | 180 |
| * из-за расплавления обечайки |
При использовании заявляемого способа обечайку подогревали с помощью индуктора в безокислительной среде - вакууме в течение 20 мин до температуры 750°С (0,5 температуры солидуса для стали 10ГН2МФА) и на высоту 280 мм (2 толщины стенки обечайки). При этом было обеспечено надежное сваривание слоев, плотная макроструктура и сокращение донной обрези до 25 кг/т в 6 раз.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №2193071, кл. С22С 9/20, 2000.
2. Патент США №3109235, кл. 29, 1973 г.
3. Авторское свидетельство СССР №435288, кл. С21С 5/56, 1974.
Способ получения биметаллических слитков вакуумным дуговым переплавом, включающий переплав расходуемых электродов из металла внутреннего слоя в обечайку из металла наружного слоя, отличающийся тем, что непосредственно перед плавкой обечайку подвергают безокислительному нагреву до температуры, равной 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя, при высоте нагреваемой нижней части обечайки, равной 1-6 толщины стенки обечайки.
