Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства
Показана возможность получения высококачественных слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ на никелевой основе способом ЭШП расходуемого электрода, собранного (сваренного) из отходов прокатного производства. Представлен химический состав, структура, механические свойства слитка диаметром 390 мм, массой...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96129 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 2 (99). — С. 13-16. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859772427079254016 |
|---|---|
| author | Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. |
| author_facet | Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. |
| citation_txt | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 2 (99). — С. 13-16. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Показана возможность получения высококачественных слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ на никелевой основе способом ЭШП расходуемого электрода, собранного (сваренного) из отходов прокатного производства. Представлен химический состав, структура, механические свойства слитка диаметром 390 мм, массой 0,72 т. Показана перспективность применения новой ресурсосберегающей технологии на машиностроительном предприятии.
Possibility of producing high-quality ingots of heat-resistant alloy KhN73MBTYu on nickel base using method of ESR of consumable electrode, pressed (welded) of wastes of rolling production, is shown. The chemical composition, structure, mechanical properties of ingot of 390 mm diameter, 0.72 t mass are presented. The prospects of application of new resources-saving technology at machine-building enterprise are shown.
|
| first_indexed | 2025-12-02T07:27:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.26
ПОЛУЧЕНИЕ СЛИТКОВ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА
ХН73МБТЮ СПОСОБОМ ЭШП
ОТХОДОВ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
С. В. Скрипник, Д. Ф. Чернега
Показана возможность получения высококачественных слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ на никелевой
основе способом ЭШП расходуемого электрода, собранного (сваренного) из отходов прокатного производства.
Представлен химический состав, структура, механические свойства слитка диаметром 390 мм, массой 0,72 т. Показана
перспективность применения новой ресурсосберегающей технологии на машиностроительном предприятии.
Possibility of producing high-quality ingots of heat-resistant alloy KhN73MBTYu on nickel base using method of ESR
of consumable electrode, pressed (welded) of wastes of rolling production, is shown. The chemical composition, structure,
mechanical properties of ingot of 390 mm diameter, 0.72 t mass are presented. The prospects of application of new
resources-saving technology at machine-building enterprise are shown.
Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковый переплав; элект-
рические параметры; жаропрочный сплав; слиток; структу-
ра; механические свойства; дуплекс-процесс ВИП+ЭШП
Жаропрочный дисперсионно-твердеющий сплав
ХН73МБТЮ (ЭИ698) широко применяется при из-
готовлении рабочих лопаток, турбинных дисков,
колец и других деталей газовых турбин, работаю-
щий при значениях температуры до 750 °С. Для
деталей ответственного назначения этот сплав по-
лучают из чистых от примесных элементов шихто-
вых материалов способом вакуумно-индукционной
плавки (ВИП). Поэтому стоимость таких сплавов
очень высокая, а коэффициент их использования
из-за большого количества металлургических пере-
делов сравнительно низок.
Во многих случаях изготовление дисков и колец
газовых турбин осуществляется из штанг деформа-
ционными способами, включающими осадку, про-
шивку и раскатку. Прошивка заготовок в серийном
производстве сопряжена с большими отходами ме-
талла, характеризующимися одинаковой геометри-
ей и марочным химическим составом. Это создает
предпосылки для электрошлаковой утилизации
этих ценных материалов.
Данная статья посвящена изучению возможно-
сти получения слитков способом ЭШП из отходов
жаропрочного никельхромового сплава
ХН73МБТЮ прокатного производства или отбра-
кованных деталей одинаковой конфигурации с ма-
рочным составом данного сплава на одном из ма-
шиностроительных предприятий.
Требовалось утилизировать кусковой материал
одинаковой геометрии, например круглого сечения
и различной толщины одного марочного состава.
Для сборки (сварки) расходуемых электродов не-
обходимо было подобрать сварочный материал, по
возможности близкий по химическому составу к та-
ковому основного сплава. При этом количество сва-
рочного материала должно быть минимальным, но
достаточным для надежного соединения элементов
расходуемого электрода с учетом характера его
ЭШП, а также безопасности процесса плавки.
При выплавке слитков ЭШП высокого качества
необходимо обеспечить оптимальное положение
расходуемого электрода относительно шлаковой
ванны [1]. Для этого скорость подачи электрода и,
следовательно, ток должны быть такими, чтобы пог-
руженный в шлак конец электрода имел форму пра-
вильного конуса и оставался таким постоянно в те-
чение всей плавки. А это означает, что соединение
элементов составного расходуемого электрода коль-
цевым швом по периметру его поперечного сечения
не предотвращает возможного попадания в метал-
лическую ванну кусков основного металла из-за
первоначального расплавления шва.
Существует два надежных и безопасных для ве-
дения плавки варианта сборки (сварки) составного
расходуемого электрода, имеющих свои преиму-
щества и недостатки. Первый заключается в выпол-
нении сварного шва по всему сечению расходуемого
электрода, например способом электрошлаковой
сварки пластинчатым электродом, обеспечивающим
высокую химическую однородность слитка.
Однако для такого способа требуется наличие
пластинчатого электрода с составом, идентичным
© С. В. СКРИПНИК, Д. Ф. ЧЕРНЕГА, 2010
13
таковому основного металла, а также соответству-
ющего оборудования.
Второй способ предусматривает изготовление
шва способом электродуговой сварки с обязатель-
ным привариванием верхней части каждого из со-
единяемых элементов к формируемому составному
электроду и обеспечивает расплавление металла
сварного шва только после расплавления соединя-
емого элемента из основного материала.
С учетом конфигурации используемых куско-
вых материалов, характеризующихся различными
диаметрами (150…170 мм) и толщиной (30…40 мм),
приняли второй вариант сборки (сварки) составных
расходуемых электродов. Наиболее подходящими
по составу изготовляющимися серийно сварочными
электродами для ручной дуговой сварки являются
электроды марок ОЗЛ-25Б и ОЗЛ-44 (табл. 1).
В соответствии с техническими требованиями к
составу сплава ХН73МБТЮ (табл. 2), наиболее при-
емлемыми являются электроды марки ОЗЛ-25Б, со-
держащие такой важный легирующий элемент, как
ниобий, который в сочетании с другими легирующими
элементами сильно повышает пластичность сплава
ХН73МБТЮ при длительных испытаниях в горячем
состоянии, что важно при работе деталей с надрезом
[2]. Он также участвует в образовании упрочняю-
щей интерметаллидной фазы типа Ni3Nb, а также
карбидов, способствующих измельчению зерна.
Отсутствие алюминия и титана в составе свароч-
ных электродов практически не отражается на ко-
нечном содержании этих элементов в слитке из-за
их малого количества. При существенной доле сва-
рочного металла можно восполнить нехватку этих
элементов путем их дозированной подачи в шлако-
вую ванну в процессе плавки. Поскольку в шлаке
неизбежно присутствуют оксиды металлов с пере-
менной валентностью типа железа, марганца, тита-
на и др., то из-за протекания окислительно-восста-
новительных процессов при ЭШП, что необходимо
учитывать, следует производить раскисление шла-
ковой ванны по ходу плавки.
Отличительной особенностью составного расхо-
дуемого электрода является его повышенное элек-
трическое сопротивление вследствие наличия боль-
шого количества сварных швов между соединяемы-
ми элементами, что нужно учитывать при опреде-
лении технологических параметров электрошлако-
вой плавки и увеличивать напряжение на трансфор-
маторе. С одной стороны, для формирования хоро-
ших поверхности и качества слитка, обусловленных
стабильностью параметров электрошлакового про-
цесса, а также соблюдения техники безопасности
требуется выполнение сварных швов сравнительно
большого сечения и удовлетворительного качества.
С другой, исходя из экономических соображений
необходимо минимизировать объем трудоемких
сварных швов, выполняемых из дорогостоящих и
трудносвариваемых материалов.
С учетом этих факторов изготовили расходуе-
мый электрод (рис. 1), состоящий из 146 кусковых
отходов в виде шайб массой по 4,5…5,3 кг. Соеди-
нение шайб выполнено ручной дуговой сваркой за
несколько технологических операций электродами
диаметром 4 мм марки ОЗЛ-25Б. Длина составного
электрода достигала 3,2 м, а поперечное сечение
представляло собой прямоугольник 270…280 мм.
Расход сварочных материалов в виде электродов
ОЗЛ-25Б составил 10 кг. Общая масса расходуемо-
Т а б л и ц а 1 . Химический состав основного и наплавленного металла
Материал
Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Mo Nb W Al Ti S P
ОЗЛ-25Б 0,06 0,34 2,25 19,0 1,9 1,6 0,19 — — 0,007 0,016
ОЗЛ-44 0,05 0,025 1,90 21,3 2,4 — 0,2 0,10 0,10 0,010 0,010
Прим е ч а н и е . Основа – никель.
Т а б л и ц а 2 . Химический состав проб жаропрочного сплава ХН73МБТЮ, отобранных по высоте опытного слитка ЭШП
Место отбора
проб из осевой
части слитка
Массовая доля элементов, %
C Si Mn Cr Mo Nb Fe Al Ti S P
Верх 0,04 0,30 0,16 14,80 2,8 2,0 0,66 1,57 2,35 0,004 0,003
2/3 высоты 0,04 0,31 0,17 14,70 2,7 2,0 0,68 1,57 2,35 0,004 0,004
1/3 высоты 0,04 0,31 0,17 14,77 2,7 2,0 0,68 1,56 2,35 0,003 0,004
Низ 0,04 0,31 0,16 14,75 2,7 2,0 0,68 1,56 2,35 0,002 0,004
Требования ТУ
14-1-5329—96
0,03…0,07 ≤0,50 ≤0,40 13,0… 16,0 2,8… 3,2 1,90… 2,20 ≤2,0 1,45… 1,80 2,35… 2,75 ≤0,007 ≤0,015
Прим е ч а н и е . Основа – никель.
14
го электрода равнялась 0,72 т, а доля металла сва-
рочных электродов – всего 1,4 %, что практически
не повлияло на состав основного металла.
Составные расходуемые электроды переплавля-
ли под флюсом АНФ-6 в электрошлаковой печи
УШ-116 (рис. 2). Шлаковую ванну по ходу плавки
раскисляли первичным порошковым алюминием из
расчета 3,5 кг на 1 т сплава. Раскисление шлака
алюминиевым порошком позволило обеспечить
полное усвоение титана и алюминия из исходного
металла (табл. 2). Попытка вести плавку в обычном
для слитка заданого диаметра электрическом режи-
ме вызвала определенные технологические трудно-
сти относительно стабильности процесса, в частно-
сти, невозможности получать слитки с качественной
поверхностью (рис. 3, а). Оптимальные параметры
основного периода плавки составного расходуемого
электрода указанной конструкции следующие: ток
переплава – 8,5…9,0 кА, напряжение – 60 В;
глубина шлаковой ванны – 120…130 мм; коэффи-
циент заполнения кристаллизатора – 0,32…0,35;
производительность плавки – 0,36 т/ч.
Полученный опытный слиток ЭШП диаметром
390 мм, высотой 760 мм и массой 0,72 т имел ровную
гладкую поверхность без пережимов (рис. 3, б).
Макроструктура слитка отличалась высокой плот-
ностью, отсутствием ликвационных, кристаллиза-
ционных и прочих дефектов (рис. 4). Микрострук-
тура была однородной, мелкозернистой с равномер-
ным распределением дисперсных частиц упрочня-
ющих интерметаллидных фаз (рис. 5). Значения
механических свойств литого сплава опытного слит-
ка существенно превышали таковые, регламентиру-
емые техническими условиями на деформирован-
Рис. 1. Составной расходуемый электрод из отходов сплава
ХН73МБТЮ
Рис. 2. Фрагмент плавки слитка из сплава ХН73МБТЮ на ус-
тановке УШ116
Рис. 3. Слитки сплава ХН73МБТЮ массой 0,72 т, выплавленные
по режиму, принятому по серийной технологии для электрода
сплошного сечения (а) и по оптимальному режиму, принятому для
переплава составного электрода приведенной конструкции (б)
Рис. 4. Фрагмент макроструктуры ( 3) слитка сплава
ХН73МБТЮ
15
ный сплав данной марки (табл. 3). Это, вероятно,
обусловлено тем, что металл фактически подвергся
дуплекс-процессу ВИП+ЭШП.
Жаропрочным сплавам на никелевой основе
первичная плавильная операция (процесс ВИП),
обеспечивает высокий уровень чистоты жидкого ме-
талла: снижение содержания газов, неметалличес-
ких включений, а также вредных легкоплавких
примесей, таких как олово, свинец, сурьма, мышь-
як, висмут, серебро и др. [3, 4]. Однако для полу-
чения металла необходимого качества в конечном
продукте этого недостаточно. Оптимальным про-
цессом вторичного рафинирующего переплава (сре-
ди процессов ВДП, ПДП, ЭЛП и ЭШП) для жа-
ропрочных сплавов на никелевой основе такого сос-
тава является ЭШП, обеспечивающий последова-
тельное затвердевание постоянного во времени от-
носительно небольшого объема жидкого металла.
Такого рода кристаллизация обусловливает высо-
кую физическую и химическую однородность слит-
ка, т. е. предопределяет стабильно высокие значе-
ния физических и механических свойств конечного
продукта [5]. Технологическая схема ВИП+ЭШП,
используемая в производстве жаропрочных спла-
вов, завоевала признание во всех передовых стра-
нах мира [5].
В последние годы все большее значение приоб-
ретает проблема переработки отходов легирован-
ных сталей и сплавов. Слишком дорогостоящими и
дефицитными являются такие элементы, как нио-
бий, молибден, вольфрам, никель, чтобы терять их
безвозвратно. Электрошлаковые технологии позво-
ляют перерабатывать дорогие металлоотходы в вы-
сококачественные заготовки деталей газотурбин-
ных двигателей, удешевляя конечный продукт. Это
особенно важно в период экономического спада и
выхода промышленности из кризиса.
1. Латаш Ю. В., Медовар Б. И. Электрошлаковый пе-
реплав. – М.: Металлургия, 1970. – 240 с.
2. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. – М.:
Металлургия, 1969. – 750 с.
3. Электрошлаковый металл / Под ред. Б. Е. Патона и
Б. И. Медовара. – Киев: Наук. думка, 1981. – 680 с.
4. Гуляев А. П. Чистая сталь. – М.: Металлургия, 1975. –
184 с.
5. Патон Б. Е., Медовар Б. И. Тридцатилетие электрошла-
кового переплава // Электрошлаковая технология:
Сб. ст., посвященных 30-летию электрошлакового пере-
плава / Под ред. Б. Е. Патона, Б. И. Медовара,
Г. А. Бойко. – Киев: Наук. думка, 1988. – С. 5—11.
НПФ «Титан», Киев
НТУУ «Киевский политехнический институт»
Поступила 05.02.2010
Т а б л и ц а 3 . Кратковременные механические свойства и длительная прочность металла ЭШП сплава ХН73МБТЮ
Режим
термообработки
Место
отбора
пробы
Температура
испытания,
°С
σв,
МПа
σ0,2, МПа δ, % ψ, %
KCU,
Дж/см
2
HB,
МПа
Длительная
прочность
σ,
МПа
τ, ч
Закалка, 1120 °С, 8 ч,
воздух
Отпуск 1000 °С, 4 ч,
воздух
B
20
1243 873 22,3 27,3 66 3620 — —
C 1250 873 25,1 34,3 79 3621 — —
H 1256 846 23,0 30,1 68 3625 — —
Старение при 750 °С,
20 ч, воздух
B
750
— — — — — — 400 91,0
C — — — — — — 400 91,3
H — — — — — — 400 89,2
Требования
ТУ 14-1-5329—96
(не менее)
—
20 1150 720 16 18 39 2860… 3400 — —
750 — — — — — — 390 50,0
Прим е ч а н и е . В – верх, С – середина, Н – низ слитка.
Рис. 5. Микроструктура ( 40) слитка сплава ХН73МБТЮ
16
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96129 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T07:27:55Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. 2016-03-11T17:45:24Z 2016-03-11T17:45:24Z 2010 Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 2 (99). — С. 13-16. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96129 669.187.26 Показана возможность получения высококачественных слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ на никелевой основе способом ЭШП расходуемого электрода, собранного (сваренного) из отходов прокатного производства. Представлен химический состав, структура, механические свойства слитка диаметром 390 мм, массой 0,72 т. Показана перспективность применения новой ресурсосберегающей технологии на машиностроительном предприятии. Possibility of producing high-quality ingots of heat-resistant alloy KhN73MBTYu on nickel base using method of ESR of consumable electrode, pressed (welded) of wastes of rolling production, is shown. The chemical composition, structure, mechanical properties of ingot of 390 mm diameter, 0.72 t mass are presented. The prospects of application of new resources-saving technology at machine-building enterprise are shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства Producing ingots of heat- resistant alloy KhN73MBTYu using method of ESR of wastes of rolling production Article published earlier |
| spellingShingle | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. Электрошлаковая технология |
| title | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства |
| title_alt | Producing ingots of heat- resistant alloy KhN73MBTYu using method of ESR of wastes of rolling production |
| title_full | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства |
| title_fullStr | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства |
| title_full_unstemmed | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства |
| title_short | Получение слитков жаропрочного сплава ХН73МБТЮ способом ЭШП отходов прокатного производства |
| title_sort | получение слитков жаропрочного сплава хн73мбтю способом эшп отходов прокатного производства |
| topic | Электрошлаковая технология |
| topic_facet | Электрошлаковая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96129 |
| work_keys_str_mv | AT skripniksv polučenieslitkovžaropročnogosplavahn73mbtûsposoboméšpothodovprokatnogoproizvodstva AT černegadf polučenieslitkovžaropročnogosplavahn73mbtûsposoboméšpothodovprokatnogoproizvodstva AT skripniksv producingingotsofheatresistantalloykhn73mbtyuusingmethodofesrofwastesofrollingproduction AT černegadf producingingotsofheatresistantalloykhn73mbtyuusingmethodofesrofwastesofrollingproduction |