Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей
Определены технологические особенности плазменно-дугового переплава заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей типа Х18Н10Т. Для переплава заготовок диаметром 100 мм выбраны кристаллизаторы круглый диаметром 125 мм и квадратный со стороной 125 мм. Установлены оптимальные...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96813 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей / В.Р. Бурнашев, В.А. Шаповалов, Д.М. Жиров, В.Г. Кожемякин, Д.В. Ботвинко // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 1 (114). — С. 37-40 . — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859632085861400576 |
|---|---|
| author | Бурнашев, В.Р. Шаповалов, В.А. Жиров, Д.М. Кожемякин, В.Г. Ботвинко, Д.В. |
| author_facet | Бурнашев, В.Р. Шаповалов, В.А. Жиров, Д.М. Кожемякин, В.Г. Ботвинко, Д.В. |
| citation_txt | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей / В.Р. Бурнашев, В.А. Шаповалов, Д.М. Жиров, В.Г. Кожемякин, Д.В. Ботвинко // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 1 (114). — С. 37-40 . — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Определены технологические особенности плазменно-дугового переплава заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей типа Х18Н10Т. Для переплава заготовок диаметром 100 мм выбраны кристаллизаторы круглый диаметром 125 мм и квадратный со стороной 125 мм. Установлены оптимальные режимы переплава заготовок в условиях плазменно-дугового переплава на печи УПП-3. Определено, что для получения более качественных слитков стружку аустенитных нержавеющих сталей перед компактированием необходимо промывать от смазочно-охлаждающих жидкостей. Исходя из металлографических исследований для снижения содержания азота в готовом металле необходимо производить защиту зоны компактирования аргоном. Для сокращения количества неметаллических включений и улучшения качества поверхности слитка переплав заготовок следует производить на скоростях не более 2...4 мм/мин.
Technological peculiarities of plasma-arc remelting of billets, compacted of chips of austenitic stainless steels of Kh18N10T type, are determined. To remelt the 100 mm diameter billets, round mould of 125 mm diameter and rectangular mould with 125 mm wall were selected. Optimum conditions of remelting of billets were established under conditions of plasma-arc remelting in furnace UPP-3. It was found that to produce the more quality ingots, it is necessary to wash away the lubrication-cooling fluids from chips of austenitic stainless steels before compacting. Basing on the metallographic examinations it is necessary to protect the zone of compacting by argon to reduce the nitrogen content in a ready metal. To decrease the amount of non-metallic inclusions and to improve the quality of ingot surface, the remelting of billets should be performed at speeds of not more than 2...4 mm/min.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:11:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.58
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВ ЗАГОТОВОК,
СКОМПАКТИРОВАННЫХ ИЗ СТРУЖКИ
АУСТЕНИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ
В. Р. Бурнашев, В. А. Шаповалов, Д. М. Жиров,
В. Г. Кожемякин, Д. В. Ботвинко
Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины.
03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Определены технологические особенности плазменно-дугового переплава заготовок, скомпактированных из стружки
аустенитных нержавеющих сталей типа Х18Н10Т. Для переплава заготовок диаметром 100 мм выбраны кристаллиза-
торы круглый диаметром 125 мм и квадратный со стороной 125 мм. Установлены оптимальные режимы переплава
заготовок в условиях плазменно-дугового переплава на печи УПП-3. Определено, что для получения более качес-
твенных слитков стружку аустенитных нержавеющих сталей перед компактированием необходимо промывать от
смазочно-охлаждающих жидкостей. Исходя из металлографических исследований для снижения содержания азота
в готовом металле необходимо производить защиту зоны компактирования аргоном. Для сокращения количества
неметаллических включений и улучшения качества поверхности слитка переплав заготовок следует производить на
скоростях не более 2...4 мм/мин. Библиогр. 8, табл. 2., ил. 6.
Ключ е вы е с л о в а : плазменно-дуговой переплав; скомпактированные заготовки; стружка; нержавеющая
аустенитная сталь; качество слитков; кристаллизатор; шихта
Плазменный источник тепла, отличающийся высо-
ким энергетическим потенциалом, позволяет пере-
плавлять гранулированную шихту, раздельно пла-
вить шихту и формировать слиток, рафинировать
жидкий металл, полученный при атмосферном дав-
лении, азотировать и т. д. Технологические схемы
плазменно-дугового переплава и рафинирования
жидкого металла, широко применяемые в настоя-
щее время, можно разделить на две группы, первая
из которых представляет собой переплав в медных
или керамических тиглях и слив в изложницы или
кокили; вторая – переплав гранулированной или
пакетированной шихты, капельный переплав заго-
товки в водоохлаждаемый кристаллизатор или ти-
гель, являющийся промежуточной емкостью, с пос-
ледующей кристаллизацией в водоохлаждаемом
кристаллизаторе. Во всех процессах второй группы
одним из главных элементов технологий, обеспечи-
вающих получение металла высокого качества, яв-
ляется кристаллизация металла в водоохлаждаемом
кристаллизаторе, т. е. эти процессы являются вто-
ричным рафинирующим переплавом [1—4].
Следует отметить, что переплав сыпучей шихты
(гранулы, стружка, порошки) не проходит стадию
капельного переноса. Хотя при некоторых конст-
руктивных изменениях, в частности применении
промежуточной емкости, указанный процесс полно-
стью соответствует вторичному рафинирующему
переплаву. Однако все эти меры усложняют конст-
рукции установки и снижают энергетические пока-
затели процесса переплава, увеличивают угар ме-
талла. В ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины раз-
работан способ компактирования длинномерных за-
готовок из стружки и сыпучих материалов с после-
дующим переплавом способами электрошлакового
(ЭШП) и плазменно-дугового переплавов (ПДП)
[5], где в качестве заготовок использовали элект-
роды, скомпактированные под током из стружки
стали марки ЭП609Ш [6].
Настоящая работа является продолжением про-
веденных исследований как в части расширения ма-
рочного состава перерабатываемых материалов, так
и усовершенствования технологических режимов
© В. Р. БУРНАШЕВ, В. А. ШАПОВАЛОВ, Д. М. ЖИРОВ, В. Г. КОЖЕМЯКИН, Д. В. БОТВИНКО, 2014
Рис. 1. Заготовка, скомпактированная из стружки аустенитных
нержавеющих сталей
37
разработанного способа. Объектами исследования
служили заготовки, скомпактированные под током
из стружки аустенитных нержавеющих сталей типа
Х18Н10Т (рис. 1). Особенность полученных заго-
товок заключается в том, что стружку аустенитных
сталей перед компактированием не отмывали от
смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). При
ПДП заготовок металл проходит стадию рафини-
рования в жидкой пленке на оплавляемом торце
заготовки, с поверхности оторвавшейся капли и с
поверхности жидкой ванны в кристаллизаторе. По-
скольку основная часть СОЖ удаляется в процессе
компактирования под током, следует ожидать, что
оставшаяся часть сублимируется в процессе ПДП.
Эксперименты по переплаву скомпактирован-
ных заготовок проводили на плазменно-дуговой пе-
чи УПП-3, представляющей собой агрегат мощно-
стью 160 кВт, оснащенный четырьмя плазмотрона-
ми ПДМ-7 конструкции ОКТБ ИЭС им. Е.О. Па-
тона НАН Украины. Максимальная длина пере-
плавляемой заготовки 700 мм, масса 50 кг.
Принципиальная схема печи представлена на
рис. 2. К скомпактированной заготовке диаметром
100 мм приваривается инвентарная головка, кото-
рая подвешивается на механизм подачи. Печь ва-
куумируется до 0,3 кПа, заполняется аргоном до
давления 0,1...0,2 МПа.
В работе [7] установлено, что увеличение общего
расхода плазмообразующего газа (аргона) от 50 до
90 л/мин вызывает сокращение потерь тепла в
плазмотронах от 16 до 11 %, в камере установки –
от 40 до 35 % и повышает КПД процесса от 43 до
52 %. Увеличение расхода плазмообразующего газа
способствует контрагированию дуг за счет охлаж-
дения периферийной зоны плазменного столба, что
позволяет уменьшить магнитное взаимодействие
плазменных дуг и отклонение их от оси плазмотро-
на. За счет этого снижается доля тепла, теряемого
в плазмотронах и камере установки и увеличивается
количество тепла, передаваемого металлу. Таким
образом, расход плазмообразующего газа поддер-
живали в оптимальных пределах.
Затем плазмотроны включаются, и заготовка по-
дается в зону действия плазменных дуг, металл на-
чинает капать в кристаллизатор, где кристалли-
зуется в так называемом захвате «ласточкин хвост».
После заполнения кристаллизатора металлом вклю-
чается механизм вытягивания. Слиток вытягивает-
ся со скоростью 8...10 мм/мин. В ходе плавки под-
держивали значение тока 300...400 А, напряже-
ния – 40...50 В. В процессе переплава заготовки
контролировали газовую фазу печи методом хро-
матографического анализа с использованием прибо-
ра «Газохром 3101». Отбор проб производили из
патрубка в верхней части установки [8].
Как видно из рис. 3, в первые минуты переплава
резко увеличивается концентрация водорода и снижа-
ется массовая доля кислорода. Очевидно, что при
работе плазмотронов в результате нагрева плавильно-
го пространства со стенок камеры и с заготовки
происходит испарение влаги. Попадая в зону горения
дуг и нагретого металла, она разлагается на водород
и кислород. В результате водород скапливается в ка-
мере, а кислород окисляет часть металла.
В ходе дальнейшего проведении переплава со-
держание кислорода в газовой фазе начинает воз-
растать, что можно объяснить разложением оксидов
металлов в пятне дуги. Причиной снижения массо-
вой доли водорода является промывка камеры ар-
гоном, используемым в качестве плазмообразующе-
го газа.
При компактировании под током расходуемого
электрода использовали неочищенную от СОЖ
стружку. Однако в составе газовой фазы не зафик-
сировано присутствие моно- и диоксида углерода,
что позволяет утверждать об удалении углеродсо-
держащих компонентов СОЖ при нагреве в про-
цессе компактирования.
Рис. 2. Схема плазменно-дуговой печи УПП-3: 1 – заготовка;
2 – камера; 3 – плазмотрон; 4 – кристаллизатор; 5 – ме-
ханизм вытягивания слитка; 6 – слиток; 7 – механизм подачи
заготовки
Рис. 3. Изменение содержания газов Cгаз в атмосфере печи при
ПДП заготовки: 1 – водород; 2 – кислород
38
Для получения конечного продукта при ПДП
использовали кристаллизаторы двух типов: круг-
лый диаметром 125 мм и квадратный со стороной
125 мм. Такой размер кристаллизаторов выбран в
соответствии с работами [1, 3], поскольку соотно-
шение диаметров заготовки и слитка не должно пре-
вышать 0,7...0,8 при скорости переплава 2,5...
...15,0 мм/мин.
В результате проведенных экспериментов полу-
чено два типа слитков круглого и квадратного сече-
ния (рис. 4), из которых вырезаны продольные и
поперечные темплеты. На указанных образцах про-
ведены металлографические исследования, изуче-
ны механические свойства и химический состав.
Исследования химического состава показали,
что в процессе ПДП все легирующие элементы на-
ходятся в пределах, допускаемых ГОСТ 977—98, в
том числе титан и углерод (табл. 1). При сравнении
результатов химического анализа металла, полу-
ченного при ПДП, выявлено повышенное содер-
жание азота в металле (табл. 1). По-видимому, на-
сыщение азотом происходит на стадии компактиро-
вания заготовки в открытой атмосфере. Для сниже-
ния содержания азота в металле заготовки необ-
ходимо защищать зону нагрева и компактирования
аргоном.
Механические свойства металла, полученного в
результате переплава электродов, скомпактирован-
ных из стружки, приведены в табл. 2, из которой
видно, что механические свойства выплавленного ме-
талла не ниже требований, предъявляемых ГОСТ
977—98, а по некоторым показателям превосходят их.
Из поперечных темплетов изготовили макро-
шлифы диаметром 125 мм и квадратные со стороной
125 мм, представленные на рис. 5, а, б. На попереч-
ных темплетах видно, что металл плотный, каких-
либо дефектов не обнаружено, однако на продоль-
ных образцах слитков (рис. 5, в) выявлены одиноч-
ные крупные включения шлака диаметром 5...7 мм.
Это происходит, по-видимому, из-за компактиро-
Т а б л и ц а 1 . Химический состав аустенитной стали, выплавленной разными способами
Способ выплавки
Массовая доля элементов, % Содержание газов, мас. %
Ni Cr Ti Si Mn C [O] [N] [H]
ЭШП, ∅175 мм 10,0 17,0 0,3 0,67 1,3 0,11...0,13 0,016 0,049 0,0003
ПДП, ∅125 мм 10,5 18,4 0,6 0,63 1,3 0,11 0,075 0,052 0,0005
ПДП, квадрат 125 мм 10,5 18,4 0,6 0,63 1,3 0,12 0,022 0,055 0,0005
ГОСТ 977—98 8...11 17...20 ≥5С 0,2...1,0 1,0...2,0 <0,12 — — —
Рис. 4. Слитки круглого (а) и квадратного (б) сечений, полученные в результате ПДП
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства стали Х18Н10Т, выплавленной разными способами
Способ выплавки σ0,2, МПа σв, МПа δ, % KCV, Дж/см
2
ϕ, %
ЭШП, ∅175 мм 220,0 468 50 173 60,5
ПДП, ∅125 мм 242,0 475 48 245 76,0
ПДП, квадрат 125 мм 215,5 513 60 330 69,5
ГОСТ 977—98 196,0 441 25 59 32,0
39
вания непромытой стружки, в результате чего в за-
готовке образуется шлаковая фаза, которая при вы-
соких скоростях переплава не успевает всплывать
и запутывается в теле слитка. После переплава на
поверхности слитка образуется шлаковая корка. На
боковых поверхностях ее толщина достигает 1 мм,
а на верхнем торце слитка – 10 мм (рис. 6), что
мешает формированию ровной поверхности слитка.
Следовательно, для получения более качественных
слитков, выплавленных способом ПДП, стружку
аустенитных нержавеющих сталей перед компакти-
рованием необходимо промывать от СОЖ и сни-
жать скорость вытягивания слитка при переплаве
до 2...4 мм/мин.
В заключение следует отметить, что при пере-
плаве заготовок, скомпактированных из стружки
аустенитных сталей, с учетом результов химичес-
кого анализа и значений механических свойств воз-
можно получение слитков для дальнейшего исполь-
зования в промышленности.
Исходя из металлографических исследований
для повышения качества слитков необходимо про-
мывать стружку перед компактированием загото-
вок, защищать зону компактирования аргоном и
уменьшать скорость переплава заготовок.
1. Лакомский В. И. Плазменно-дуговой переплав / Под
ред. Б. Е. Патона. – Киев: Техніка, 1974. – 336 с.
2. Ерохин А. А. Плазменно-дуговая плавка металлов и спла-
вов. Физико-химические процессы. – М.: Наука,
1978. – 188 с.
3. Клюев М. М. Плазменно-дуговой переплав. – М.: Ме-
таллургия, 1980. – 256 с.
4. Дембовский В. Плазменная металлургия / Пер. с чеш. –
М.: Металлургия, 1981. – 280 с.
5. Пат. 7997 Украина, МПК С 22 В 1/24. Спосіб компакту-
вання металевої шихти / Б. Є. Патон, М. Л. Жадкевич,
В. О. Шаповалов та ін. – Опубл. 10.08.2007; Бюл. № 12.
6. Плазменно-дуговой переплав заготовки, скомпактирован-
ной из стружки стали ЭП609-Ш / В. А. Шаповалов,
Ф. К. Биктагиров, В. Р. Бурнашев, Ю. А. Никитенко //
Современ. электрометаллургия. – 2011. – № 3. –
С. 21—23.
7. Грановский В. К. Исследование физико-химических про-
цессов и разработка технологии плазменно-дуговой гарни-
сажной плавки высокоазотистых сталей и сплавов:
Дис. ... канд. техн. наук. – Киев, 1982. – 241 с. (Ма-
шинопись).
8. Поведение газовых примесей при плазменно-дуговом пе-
реплаве заготовки, скомпактированной из стружки аусте-
нитных нержавеющих сталей / В. А. Шаповалов,
В. Р. Бурнашев, Д. М. Жиров и др. // Современ. элек-
трометаллургия. – 2012. – № 2. – С. 45—46.
Technological peculiarities of plasma-arc remelting of billets, compacted of chips of austenitic stainless steels of Kh18N10T
type, are determined. To remelt the 100 mm diameter billets, round mould of 125 mm diameter and rectangular mould
with 125 mm wall were selected. Optimum conditions of remelting of billets were established under conditions of
plasma-arc remelting in furnace UPP-3. It was found that to produce the more quality ingots, it is necessary to wash
away the lubrication-cooling fluids from chips of austenitic stainless steels before compacting. Basing on the metallographic
examinations it is necessary to protect the zone of compacting by argon to reduce the nitrogen content in a ready metal.
To decrease the amount of non-metallic inclusions and to improve the quality of ingot surface, the remelting of billets
should be performed at speeds of not more than 2...4 mm/min. Ref. 8, Tables 2, Figures 6.
K e y w o r d s : plasma-arc remelting; compacted billets; stainless austenitic steel; quality of ingots; mould, charge
Поступила 02.12.2013
Рис. 6. Шлак с поверхности слитка
Рис. 5. Макрошлифы поперечных круглого (а), квадратного (б)
и продольного (в) темплетов
40
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96813 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:11:53Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бурнашев, В.Р. Шаповалов, В.А. Жиров, Д.М. Кожемякин, В.Г. Ботвинко, Д.В. 2016-03-20T19:23:25Z 2016-03-20T19:23:25Z 2014 Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей / В.Р. Бурнашев, В.А. Шаповалов, Д.М. Жиров, В.Г. Кожемякин, Д.В. Ботвинко // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 1 (114). — С. 37-40 . — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96813 669.187.58 Определены технологические особенности плазменно-дугового переплава заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей типа Х18Н10Т. Для переплава заготовок диаметром 100 мм выбраны кристаллизаторы круглый диаметром 125 мм и квадратный со стороной 125 мм. Установлены оптимальные режимы переплава заготовок в условиях плазменно-дугового переплава на печи УПП-3. Определено, что для получения более качественных слитков стружку аустенитных нержавеющих сталей перед компактированием необходимо промывать от смазочно-охлаждающих жидкостей. Исходя из металлографических исследований для снижения содержания азота в готовом металле необходимо производить защиту зоны компактирования аргоном. Для сокращения количества неметаллических включений и улучшения качества поверхности слитка переплав заготовок следует производить на скоростях не более 2...4 мм/мин. Technological peculiarities of plasma-arc remelting of billets, compacted of chips of austenitic stainless steels of Kh18N10T type, are determined. To remelt the 100 mm diameter billets, round mould of 125 mm diameter and rectangular mould with 125 mm wall were selected. Optimum conditions of remelting of billets were established under conditions of plasma-arc remelting in furnace UPP-3. It was found that to produce the more quality ingots, it is necessary to wash away the lubrication-cooling fluids from chips of austenitic stainless steels before compacting. Basing on the metallographic examinations it is necessary to protect the zone of compacting by argon to reduce the nitrogen content in a ready metal. To decrease the amount of non-metallic inclusions and to improve the quality of ingot surface, the remelting of billets should be performed at speeds of not more than 2...4 mm/min. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Плазменно-дуговая технология Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей Plasma-arc remelting of billets compacted from chips of austenitic stainless steels Article published earlier |
| spellingShingle | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей Бурнашев, В.Р. Шаповалов, В.А. Жиров, Д.М. Кожемякин, В.Г. Ботвинко, Д.В. Плазменно-дуговая технология |
| title | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей |
| title_alt | Plasma-arc remelting of billets compacted from chips of austenitic stainless steels |
| title_full | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей |
| title_fullStr | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей |
| title_full_unstemmed | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей |
| title_short | Плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей |
| title_sort | плазменно-дуговой переплав заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей |
| topic | Плазменно-дуговая технология |
| topic_facet | Плазменно-дуговая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96813 |
| work_keys_str_mv | AT burnaševvr plazmennodugovoipereplavzagotovokskompaktirovannyhizstružkiaustenitnyhneržaveûŝihstalei AT šapovalovva plazmennodugovoipereplavzagotovokskompaktirovannyhizstružkiaustenitnyhneržaveûŝihstalei AT žirovdm plazmennodugovoipereplavzagotovokskompaktirovannyhizstružkiaustenitnyhneržaveûŝihstalei AT kožemâkinvg plazmennodugovoipereplavzagotovokskompaktirovannyhizstružkiaustenitnyhneržaveûŝihstalei AT botvinkodv plazmennodugovoipereplavzagotovokskompaktirovannyhizstružkiaustenitnyhneržaveûŝihstalei AT burnaševvr plasmaarcremeltingofbilletscompactedfromchipsofausteniticstainlesssteels AT šapovalovva plasmaarcremeltingofbilletscompactedfromchipsofausteniticstainlesssteels AT žirovdm plasmaarcremeltingofbilletscompactedfromchipsofausteniticstainlesssteels AT kožemâkinvg plasmaarcremeltingofbilletscompactedfromchipsofausteniticstainlesssteels AT botvinkodv plasmaarcremeltingofbilletscompactedfromchipsofausteniticstainlesssteels |