Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб

Рассмотрено качество серийного металла литых труб ЭШП - полых слитков, получаемых по стандартной технологии ЭШП на ЗАО «Энергомаш (Белгород) ДБЗЭМ». Проведен статистический анализ производства, который показал высокий уровень и стабильность свойств литых труб ЭШП. Проанализированы основные типы неме...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Медовар, Л.Б., Дудка, Г.А., Стовпченко, А.П., Козьминский, А.Н., Федоровский, Б.Б., Лебедь, В.А., Лесунов, А.С., Ронжин, А.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Назва видання:	Современная электрометаллургия
Теми:	Электрошлаковая технология
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96906
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:	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб / Л.Б. Медовар, Г.А. Дудка, А.П. Стовпченко, А.Н. Козьминский, Б.Б. Федоровский, В.А. Лебедь, А.С. Лесунов, А.С. Ронжин // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 4 (117). — С. 3-9. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96906
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-969062025-02-09T14:06:33Z Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб Experience and prospects of traditional ESR for production of long hollow ingots-pipes Медовар, Л.Б. Дудка, Г.А. Стовпченко, А.П. Козьминский, А.Н. Федоровский, Б.Б. Лебедь, В.А. Лесунов, А.С. Ронжин, А.С. Электрошлаковая технология Рассмотрено качество серийного металла литых труб ЭШП - полых слитков, получаемых по стандартной технологии ЭШП на ЗАО «Энергомаш (Белгород) ДБЗЭМ». Проведен статистический анализ производства, который показал высокий уровень и стабильность свойств литых труб ЭШП. Проанализированы основные типы неметаллических включений. Показано, что серийная технология обеспечивает высокое качество литого металла ЭШПЕ не хуже качества кованых труб того же химического состава, используемых в тех же трубопроводах в энергетике. Рассмотрены возможности и проблемы производства длинномерных полых слитков на традиционных электрошлаковых печах. Выявлены принципиальные отличительные особенности процесса кристаллизации и структуры полых слитков ЭШП, обусловливающие необходимость обеспечения стабильных технологических параметров. Considered is the quality of serial metal of cast ESR pipes-hollow ingots, produced by the standard ESR technology at the CJSC «Energomach» (Belgorod)—BZEM». Statistic analysis of production was made and deviations from technical specifications for chemical composition, structure and service characteristics were determined. Main types of nonmetallic inclusions were analyzed. It is shown that the serial technology provides the high quality of cast ESR metal, not inferior to the quality of forged pipes of the same chemical composition, used in parallel with cast ESR pipes in power engineering. Feasibilities and problems of production of long hollow ingots in traditional electroslag furnaces were studied. Principal peculiar features of the solidification process and structure of ESR hollow ingots, predetermining the need in minimum deviation of technological parameters from preset ones, were revealed. 2014 Article Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб / Л.Б. Медовар, Г.А. Дудка, А.П. Стовпченко, А.Н. Козьминский, Б.Б. Федоровский, В.А. Лебедь, А.С. Лесунов, А.С. Ронжин // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 4 (117). — С. 3-9. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96906 669.187.826 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология
spellingShingle	Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология Медовар, Л.Б. Дудка, Г.А. Стовпченко, А.П. Козьминский, А.Н. Федоровский, Б.Б. Лебедь, В.А. Лесунов, А.С. Ронжин, А.С. Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб Современная электрометаллургия
description	Рассмотрено качество серийного металла литых труб ЭШП - полых слитков, получаемых по стандартной технологии ЭШП на ЗАО «Энергомаш (Белгород) ДБЗЭМ». Проведен статистический анализ производства, который показал высокий уровень и стабильность свойств литых труб ЭШП. Проанализированы основные типы неметаллических включений. Показано, что серийная технология обеспечивает высокое качество литого металла ЭШПЕ не хуже качества кованых труб того же химического состава, используемых в тех же трубопроводах в энергетике. Рассмотрены возможности и проблемы производства длинномерных полых слитков на традиционных электрошлаковых печах. Выявлены принципиальные отличительные особенности процесса кристаллизации и структуры полых слитков ЭШП, обусловливающие необходимость обеспечения стабильных технологических параметров.
format	Article
author	Медовар, Л.Б. Дудка, Г.А. Стовпченко, А.П. Козьминский, А.Н. Федоровский, Б.Б. Лебедь, В.А. Лесунов, А.С. Ронжин, А.С.
author_facet	Медовар, Л.Б. Дудка, Г.А. Стовпченко, А.П. Козьминский, А.Н. Федоровский, Б.Б. Лебедь, В.А. Лесунов, А.С. Ронжин, А.С.
author_sort	Медовар, Л.Б.
title	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб
title_short	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб
title_full	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб
title_fullStr	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб
title_full_unstemmed	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб
title_sort	опыт и перспективы традиционного эшп для производства длинномерных полых слитков–труб
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Электрошлаковая технология
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96906
citation_txt	Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб / Л.Б. Медовар, Г.А. Дудка, А.П. Стовпченко, А.Н. Козьминский, Б.Б. Федоровский, В.А. Лебедь, А.С. Лесунов, А.С. Ронжин // Современная электрометаллургия. — 2014. — № 4 (117). — С. 3-9. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Современная электрометаллургия
work_keys_str_mv	AT medovarlb opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT dudkaga opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT stovpčenkoap opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT kozʹminskijan opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT fedorovskijbb opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT lebedʹva opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT lesunovas opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT ronžinas opytiperspektivytradicionnogoéšpdlâproizvodstvadlinnomernyhpolyhslitkovtrub AT medovarlb experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT dudkaga experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT stovpčenkoap experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT kozʹminskijan experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT fedorovskijbb experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT lebedʹva experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT lesunovas experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes AT ronžinas experienceandprospectsoftraditionalesrforproductionoflonghollowingotspipes
first_indexed	2025-11-26T16:21:47Z
last_indexed	2025-11-26T16:21:47Z
_version_	1849870636731596800
fulltext	УДК 669.187.826 ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ТРАДИЦИОННОГО ЭШП ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛЫХ СЛИТКОВ—ТРУБ Л. Б. Медовар1, Г. А. Дудка2, А. П. Стовпченко1, А. Н. Козьминский2, Б. Б. Федоровский3, В. А. Лебедь1, А. С. Лесунов2, А. С. Ронжин2 1Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 2ЗАО «Энергомаш (Белгород)—БЗЭМ». 308002, г. Белгород, пр-т Б. Хмельницкого, 111, Россия. E-mail: lesunov_as@energomash.ru 3Элмет-Рол, Украина. А. я. 259, 03150, г. Киев. E-mail: office@elmet-roll.com.ua Рассмотрено качество серийного металла литых труб ЭШП – полых слитков, получаемых по стандартной техно- логии ЭШП на ЗАО «Энергомаш (Белгород)—БЗЭМ». Проведен статистический анализ производства, который показал высокий уровень и стабильность свойств литых труб ЭШП. Проанализированы основные типы неме- таллических включений. Показано, что серийная технология обеспечивает высокое качество литого металла ЭШП – не хуже качества кованых труб того же химического состава, используемых в тех же трубопроводах в энергетике. Рассмотрены возможности и проблемы производства длинномерных полых слитков на традиционных электрошла- ковых печах. Выявлены принципиальные отличительные особенности процесса кристаллизации и структуры полых слитков ЭШП, обусловливающие необходимость обеспечения стабильных технологических параметров. Библиогр. 22, табл. 4, ил. 3. Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковый переплав; полый слиток; труба; литой металл ЭШП; качество; свойства; неметаллические включения; энергетическое машиностроение Трубное производство является одним из наиболее сложных процессов, что определяет высокую долю консерватизма во внедрении технологических нов- шеств. В частности, до сих пор не применяют исходную полую заготовку, что было бы вполне логично как с точки зрения технологии, так и экономики производ- ства. Это связано и с реальными сложностями отливки полых слитков, и со сложившимися стереотипами, а также существующим оборудованием. Наиболее перспективным при производстве полой заготовки для изготовления труб и других цилинд- рических оболочек является ЭШП полых слитков. Благодаря высокой рафинирующей способности про- цесса и получению плотного слитка металл полых слитков ЭШП имеет высокое качество, позволяющее применять его даже в литом виде. Именно с такой целью изготовили первые полые слитки [1—3]. С тех пор электрошлаковый переплав для производства полых слитков успешно применяют более 40 лет. Разработаны технологии и оснастка для изготов- ления полых изделий разнообразных размеров и форм, среди которых толстостенные трубы, приме- няемые в литом виде; круглые и квадратные заго- товки под ковку с отверстиями различной формы (толщина стенок от 40 до 500 мм; диаметр от 100 до 1600 мм, длина до 6 (реже 9) м, масса до 16 т). Несмотря на превосходные свойства металла да- же в литом виде [4—6] и очевидные преимущества технологии выплавки полого слитка [7—9] послед- няя все еще не получила должного распростране- ния. Это связано, на наш взгляд, с отсутствием опы- та у большинства производителей оборудования, а также с применением устаревших конструкций пе- чей и технологических схем. Тем не менее даже при использовании тради- ционной схемы сегодня в России печи ЭШП произ- водят тысячи тонн полых слитков ежегодно (напри- мер, ОАО ЗМЗ – 5000 т, «Энергомаш (Белгород)— БЗЭМ» около 3500 т (на двух печах), Ормето— © Л. Б. МЕДОВАР, Г. А. ДУДКА, А. П. СТОВПЧЕНКО, А. Н. КОЗЬМИНСКИЙ, Б. Б. ФЕДОРОВСКИЙ, В. А. ЛЕБЕДЬ, А. С. ЛЕСУНОВ, А. С. РОНЖИН, 2014 3 ЮУМЗ – плановая производительность двухмо- дульной печи (в стадии освоения 6000 т). Рассмотрим возможности традиционного ЭШП при выплавке полых слитков и качество получае- мых слитков—труб более подробно. Традиционные печи ЭШП для полых слитков: воз- можности и проблемы. Существуют два основных способа электрошлакового переплава полых слит- ков, основное отличие которых состоит в креплении внутреннего кристаллизатора (дорна): на длинной вертикальной мачте (приблизительно равной длине слитка), закрепленной внизу по оси основного крис- таллизатора; на поперечной перекладине, закреп- ленной на верхнем фланце основного кристаллиза- тора. Принципиальные схемы ЭШП для полого слитка многократно публиковались, в частности в работах [10, 11]. Основным достоинством первой схемы является переплав одного электрода с высоким коэффициен- том заполнения. По аналогии с прошивкой труб, на пильгер-станах этот процесс называют еще электро- шлаковой прошивкой. Стойкость «прошивающего» внутреннего кристаллизатора невысока, а ввиду низкой устойчивости длинных мачт и практически неизбежного эксцентриситета высота слитка огра- ничивалась 2...3 м. По нашим сведениям, в настоя- щее время этот способ не применяют. Вторая схема используется в промышленном масштабе для выпуска длинномерных труб. По- строенные в России (в том числе и в последние несколько лет) электрошлаковые печи ЭШП рабо- тают по бифилярной многоэлектродной схеме (пе- реплав нескольких расходуемых электродов) с ус- тановкой дорна на фланце наружного кристаллиза- тора. Именно это техническое решение является подходящим для получения длинных слитков: внут- ренний кристаллизатор не мешает вытягивать сли- ток вниз или двигать кристаллизаторы вверх. Главным недостатком применения многоэлект- родной схемы является малый коэффициент запол- нения (обычно не более 0,5). Естественно, что дли- на электродов для выплавки полого слитка удваива- ется, а высота печи превышает трехкратную длину слитка. Высота построенных печей существенно превы- шает максимальную длину выпускаемого слитка да- же при организации встречного движения кристал- лизатора и слитка. Следует отметить, что ни одна из этих печей не предусматривает применение ка- меры для защиты плавильного пространства. Реа- лизовать плавку в защитной атмосфере проблема- тично, поскольку при использовании камеры тре- буется увеличение высоты печи еще минимум на одну длину электрода. С точки зрения технологии производства основ- ную проблему представляют изготовление, подъем и установка на печь, центровка, а также стабиль- ность плавки длинных электродов. Так, даже при диаметре 100 мм прогиб электродов при их длине около 8...9 м составляет сантиметры и заметен не- вооруженным глазом. Кроме того, большая длина электродов приводит к существенным потерям на- пряжения в короткой цепи печи, что вызывает повы- шенный расход электроэнергии, а нагрев электро- дов – к ускоренному окислению их поверхности кислородом атмосферы, что требует дополнитель- ного расхода раскислителей и может отрицательно влиять на качество слитка. По мере уменьшения длины электродов их со- противление падает, поэтому необходимо постоянно корректировать режим плавки для обеспечения ста- бильных производительности процесса и качества слитка. Однако даже при применении длинных катаных электродов себестоимость заготовки (и готовой про- дукции) намного меньше, чем при использовании альтернативных технологий. Даже в случае приме- нения традиционного ЭШП себестоимость его не превышает затрат на передел ковкой или прокаткой, а для труднодеформируемых сплавов электрошла- ковый способ производства полых слитков с разме- рами, равными или приближенными к готовому из- делию, обеспечивает наилучшее соотношение качес- тва и стоимости передела. Поэтому несмотря на все недостатки оборудова- ния и сложности обращения с электродами эффек- тивность процесса переплава по многоэлектродной схеме с верхним расположением дорна вполне удов- летворительна. Особенности процесса кристаллизации и структу- ры полых слитков ЭШП. Необходимость строгого соблюдения заданного режима выплавки полого слитка обусловлена высокой скоростью затверде- вания его стенки, сопровождаемого зажатием внут- реннего кристаллизатора (дорна) усаживающимся металлом. В полом слитке жидкая металлическая ванна имеет небольшую глубину, поскольку его стенка формируется в узком зазоре между двумя водоох- лаждаемыми поверхностями. Рассчитали отноше- ние площади поверхностей охлаждения (без учета площади поддона) кристаллизатора(ов) (в табл. 1 высота кристаллизатора принята равной 500 мм) к площади затвердевающей поверхности жидкоме- таллической ванны (площадь фронта затвердева- ния) в сплошном и полом слитках. Максимальный объем жидкометаллической ванны для сплошного слитка определили в предположении того, что ванна представляет собой полусферу с радиусом, равным радиусу слитка. Для полых слитков жидкометал- лическая ванна представлена полутором, внутрен- ний и наружный диаметры которого совпадают с этими же параметрами цилиндрического слитка, а радиус поперечного сечения его приняли равным половине толщины стенки полого слитка (табл. 1). Для полых слитков отношение площади фронта затвердевания к площади охлаждающих поверхнос- 4 тей выше, чем для полых, а для тонкостенных по- лых слитков – выше практически на порядок. Поэтому при неверно выбранном соотношении вложенной мощности на плавление и скорости вы- тяжки может происходить быстрое затвердевание ванны или возникать затруднение подпитки усадки затвердевающего слитка. Иными словами, при по- вышенной производительности плавления и высо- кой скорости вытяжки возможно образование жид- кометаллической ванны значительной глубины (как при непрерывном литье), затвердевание которой происходит в условиях недостатка поступления жидкого металла в зону соединения фронтов крис- таллизации. В результате по линии стыка кристал- лизующихся фронтов может образовываться рас- пределенная внутренняя пористость, сопровождае- мая выраженной дендритной ликвацией. При не- прерывной разливке крупных сечений сегрегация и пористость частично устраняются в процессе после- дующей прокатки. Однако для труб ЭШП, исполь- зуемых в литом виде, образование подобных макро- и микродефектов структуры недопустимо. Поэтому ЭШП производят при режимах, обеспечивающих небольшую глубину жидкометаллической ванны, что гарантирует получение плотной структуры ме- талла по всему сечению стенки трубы. Статистический анализ показателей плавок теку- щего производства полых слитков—труб ЭШП. Многолетний опыт производства и исследования ка- чества полых слитков в бывшем СССР [12—17], а также в современном производстве – труб ЭШП в ЗАО «Энергомаш(Белгород)—БЗЭМ» – при участии многих независимых исследовательских организаций (исследования проводили НПО «ЦНИИТМАШ», ИМЕТ им. А. А. Байкова и др.) позволили рекомендовать их применение для тру- бопроводов тепловых и атомных электростанций в литом виде. Сегодня в массовом масштабе выпускают литые трубы ЭШП четырех основных марок теплостойких сталей (Ст20, 15ГС, 16ГС, 15Х1М1Ф), начато внед- рение высокохромистой стали 10Х9МФБ. С целью подтверждения устойчивости и оценки текущего состояния технологии производства вы- полнили статистический анализ 433 плавок текуще- го производства всех диаметров наиболее массовых марок стали 16ГС (213 плавок), 15Х1М1Ф (220 плавок) за период 2012 г.—начало 2013 г. (табл. 2). Несмотря на меньшую степень легирования ста- ли 16ГС на некоторых плавках обнаружены такие отклонения от марочного состава: Т а б л и ц а 1 . Соотношения площади поверхности теплоотвода Q и фронта затвердевания Sф.з сплошного и полого слит- ков аналогичного диаметра Диаметр слитка, мм Диаметр внутреннего отверстия, мм Толщина стенки, мм Площадь поперечного сечения слитка S, мм 2 Площадь фронта затвердевания Sф.з, мм 2 Площадь поверхности Q (кристаллизатор высотой 500 мм), мм 2 Sф.з/Q 920 — — 664424 5315392 1444400 2,17 920 200 360 633024 1987695 1758400 2,78 920 500 210 468174 1470066 2229400 4,76 920 700 110 279774 878490 2543400 9,09 920 800 60 162024 508755 2700400 16,67 920 820 50 136590 428892 2731800 20,00 Т а б л и ц а 2 . Средние и максимальные значения содержания элементов в составе сталей труб ЭШВ, мас. % Сталь труб ЭШВ C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo V /N Al 15Х1М1Ф Среднее 0,13 0,25 0,69 0,009 0,005 1,18 0,2 0,16 0,91 0,24 0,01 Минимальное 0,11 0,17 0,63 0,004 0,001 1,11 0,12 0,009 0,88 0,21 0,005 Максимальное 0,16 0,39 0,83 0,015 0,011 1,24 0,29 0,23 0,96 0,28 0,04 Требования стандарта 0,12...0,16 0,17...0,37 0,6...0,9 0,025 0,025 1,1...1,4 0,40 Макс. 0,25 Макс. 0,9...1,1 0,2...0,35 — 16ГС Среднее 0,16 0,48 1,00 0,012 0,004 0,12 0,17 0,18 0,02 0,01 0,008 Минимальное 0,12 0,37 0,92 0,001 0,001 0,01 0,11 0,02 2,0 4,0 0,002 Максимальное 0,19 0,84 1,15 0,020 0,012 0,25 0,28 0,24 0,05 0,018 0,016 Требования стандарта 0,14...0,18 0,4...0,7 0,9...1,2 0,03 Макс. 0,035 Макс. 0,30 Макс. 0,30 Макс. 0,3 Макс. 0,15 Макс. 0,012 Макс. — 5 по содержанию углерода – в большую сторону на 8 плавках, в меньшую – на 4 плавках на значение 0,01...0,02 %, что, однако, не вызвало замечаний по макродефектам или механическим свойствам; повышенное содержание азота (на 17 плавках), что тоже не привело к появлению каких-либо дефек- тов или отклонений по механическим свойствам. С наибольшей степенью вероятности основной причиной отклонений по содержанию азота являет- ся его повышенное количество в исходных элект- родах, которое по условиям поставки не регламен- тируется. Доля замечаний по макроструктуре (внутренние и поверхностные дефекты) для обеих марок стали не превышает 3 %, поскольку при штатных режимах ЭШП формируется плотная структура металла с минимальной сегрегацией (рис. 1). Замечания отно- сительно механических свойств стали 15Х1М1Ф (12,7 %) в основном связаны с малым значением предела текучести, что устраняют с использованием повторной термической обработки труб. Химичес- кий состав стали 15Х1М1Ф анализируемых плавок не имел отклонений от марочного (табл. 2). Поскольку статистическая выборка содержала данные по трубам/слиткам ЭШП разных диамет- ров, режимы выплавки которых существенно раз- личаются, статистический анализ влияния послед- них выполнили помарочно для наиболее массовых сходных плавок (количество плавок в статистичес- ких выборках 15Х1М1Ф – 131 шт. и 16ГС – 182 шт.) с наружным диаметром труб 650 мм. Для обеих марок стали обнаружена некоторая тен- денция к уменьшению содержания марганца (в пре- делах марочного) при увеличении показателей произ- водительности плавки слитков и постоянном задан- ном расходе алюминия на раскисление (рис. 2). Повышенная производительность плавки приво- дит к некоторому снижению содержания алюминия в сталях при его постоянном расходе. Обнаружен- ные тенденции связаны с повышением температуры металла при более высоком значении тока процесса, что вызывает ускорение плавления электродов и, как следствие, – более высокую скорость вытяжки. Однако следует отметить, что минимальное регла- ментируемое содержание марганца сохраняется в металле ЭШП в заданных пределах и, следователь- но, указанное снижение не является браковочным признаком. Поскольку режимы плавки строго соблюдаются, а заданные пределы варьирования основных пара- метров весьма узкие, то значимого влияния основ- ных технологических параметров на состав и макро- структуру готового металла выявлено не было, что является свидетельством стабильности отработан- ной технологии плавки. Неметаллические включения в металле литых труб стали 15Х1М1ФШ. Для ответственных стальных изделий требуется не только контроль общего со- держания и морфологии включений, но и принятие мер, предотвращающих появление размеров, боль- ше критических (для стали труб ЭШП, согласно ТУ 1301-039-00212179—2010, регламентирован мак- симально допустимый балл по сульфидам 2, ок- сидам, силикатам – 3). При увеличении количества оксидов или суль- фидов ухудшается пластичность стали. Если вклю- чения присутствуют в сплавах с низкой пластично- стью и высокой прочностью, то уменьшается вяз- кость разрушения. Подобное ухудшение свойств, Рис. 1. Доля плавок труб ЭШП (всех диаметров) стали 15Х1М1Ф (внутреннее кольцо) и 16ГС (наружное кольцо) с замечаниями по механическим свойствам (1) и макроструктуре (2); 3 – без замечаний Рис. 2. Влияние средней производительности w плавки на стали 15Х1М1Ф (а) и тока на стали 16ГС (б) при выплавке труб ЭШВ диаметром 650 мм на содержание марганца при заданном (в технологической инструкции) постоянном расходе (а – 4,2; б – 3,5 кг) алюминия; R 2 = 0,1799 (а) и 0,3666 (б) 6 вызванное включениями, отмечено в испытаниях, которые отражают медленные, быстрые или цикли- ческие показатели напряжения (на ползучесть, ударную вязкость и усталость). Включения могут быть причиной образования пустот, вызывать тре- щины и понижать сопротивление образованию фло- кенов. Источником большинства проблем, связан- ных с усталостью стали, являются твердые и хруп- кие оксиды, особенно большие частицы глинозема размером более 30 мм. Чтобы избежать этих проб- лем, нужно тщательно управлять размером и час- тотой вредных включений, предотвращать образо- вание включений выше критического размера. Для определения морфологии неметаллических включений нами выполнен большой объем метал- лографических исследований литого металла труб ЭШП после термообработки и без нее. Следует от- метить, что для стали 16ГС результаты оказались весьма близкими – морфология оксидных и суль- фидных включений одинаковая, что может быть связано с применением одного и того же шлака в процессе ЭШП. На плавках текущего производства Рис. 3. Характерные неметаллические включения в металле слитка—трубы ЭШП диаметром 650 мм, сталь 15Х1М1Ф (×1000, нетравлено); 1—3 – номера спектров Т а б л и ц а 3 . Содержание элементов в характеристических спектрах неметаллических включений (см. рис. 3) Поле на рис. 3 № спектра C Al Si S О V Cr Mn Fe Mo a 1 5,19 1,72 0,96 3,03 — 0,41 1,39 4,58 82,72 0 a 2 23,78 0,08 39,96 0 — 0,15 0,54 0,35 34,54 0,61 a 3 1,14 0 0,17 0 — 0,18 1,33 0,59 95,45 1,13 б 1 4,36 — — 23,92 — 0,70 0,52 46,50 20,14 — б 2 4,17 — — 18,81 — 1,02 2,18 41,97 26,99 — в 1 73,83 — 0,05 0 2,38 0,07 0,51 0,35 22,82 0 в 2 6,15 — 0,14 0,16 1,19 0,23 2,58 1,50 88,05 0 в 3 2,44 — 0,27 0 0 0,40 1,40 0,74 93,10 1,65 г 1 8,30 41,17 0,12 — 47,70 — 0,21 0 2,50 0 г 2 6,30 44,26 0 — 47,29 — 0,13 0 2,01 0 г 3 1,85 0 0,21 — 0 — 1,19 0,63 94,94 1,17 7 образцы отбирали из поперечных темплетов голов- ной части слитка, используемых для оценки макро- структуры и механических свойств. Из одного опытного слитка для оценки структуры и неметал- лических включений вырезаны темплеты на высоте, соответствующей пониженной производительности плавки. Во всех исследованных образцах (более 50 об- разцов текущих плавок и 15 опытной) большинство обнаруженных включений имеют мелкие размеры (преимущественно менее 4 мкм, реже до 8 мкм), распределены в структуре равномерно и имеют близкие состав и морфологию. Это оксиды алюми- ния, сульфиды марганца и сложные оксисульфиды марганца-алюминия, редко – силикаты и нитриды. Наиболее крупные и характерные неметалличес- кие включения, обнаруженные при оптической ме- таллографии, приведены на рис. 3 и в табл. 3. Самые крупные включения имеют размер при- мерно 20 мкм, вытянутую или пленочную форму и по своим морфологическим признакам позволяют идентифицировать их как оксиды алюминия. Дан- ные предположения подтверждены микрорентре- госпектральным анализом. Следует отметить, что обнаруженные на нетрав- леных шлифах типы включений характерны как для исходного литого, так и для термообработанно- го металла. Существенные отличия не обнаружены. Для оценки содержания оксидных неметалли- ческих включений (сульфидные разрушаются при выделении) выполнили электролитическое раство- рение металла опытной плавки без термообработки и после нее. Показано, что общая масса включений в литом металле составляет 0,010...0,018, а после термообработки – 0,4...0,9 мас. %. С учетом отсут- ствия существенных различий при количественной металлографической оценке неметаллических включений можно полагать, что в ходе термообра- ботки активно протекают процессы карбидообразо- вания. Поэтому представляет интерес исследовать влияние режимов термической обработки, оптими- зация которой может обеспечить более высокие зна- чения свойств, особенно при испытаниях на дли- тельную прочность при высоких температурах. Качество и механические свойства металла слит- ков—труб ЭШП. Слитки и трубы ЭШП используют в трубопроводах без деформации, но после терми- ческой обработки и обточки. Поэтому точность их геометрии и качество поверхности удовлетворяют самым строгим требованиям. Каждая труба ЭШП проходит тотальный ультразвуковой контроль, что гарантирует отсутствие макро- и микродефектов. В табл. 4 приведен требуемый техническими ус- ловиями уровень механических свойств металла, полностью совпадающий с аналогичными требова- ниями к катаным трубам из стали тех же марок. Это вполне закономерно, поскольку и литые, и ка- таные трубы имеют одинаковое назначение и приме- няются в одних и тех же трубопроводах. Следует подчеркнуть, что требуемые (и обеспечиваемые!!!) свойства литого электрошлакового металла не усту- пают металлу кованых труб. На практике трубы из литого металла ЭШП демонстрируют в 2...3 раза более высокую ударную вязкость, что подтверждает их высокое качество. Металл труб ЭШП показывает высокие значе- ния предела длительной прочности при повышен- ных температурах (до 500 °С для сталей 20, 15ГС и 16 ГС и до 600 °С – для сталей 15Х1М1Ф и 10Х9МФБ). Комплекс механических свойств труб ЭШП, определяющий их работоспособность, не ус- тупает уровню требований, предъявляемых к кова- ным трубам из стали той же марки, что позволяет использовать их в системах трубопроводов энерге- тических установок, в том числе и для атомных электростанций. Опыт производства литых труб для ТЭЦ и АЭС показывает, что ЭШП полого слитка в настоящее время – это устойчивая и хорошо зарекомендовав- шая себя технология, позволяющая выпускать кон- курентную продукцию высокого качества. На основании анализа многолетнего успешного опыта и новых производственных результатов мож- но утверждать, что традиционный способ ЭШП обе- спечивает высокое качество полых слитков. В настоящее время разработаны и опробованы в промышленности новые технологии ЭШП полых слитков и соответствующее им новое поколение пе- чей. Это ЭШП полых слитков со сменой электродов и прямым использованием жидкого металла без из- готовления расходуемых электродов [18—22]. Но- вые технологии ЭШП позволяют расширить сорта- мент сталей и сплавов для получения полых слитков ЭШП, а также значительно увеличить их массу. Освоенная ЗАО «Энергомаш (Белгород)—БЗЭМ» Т а б л и ц а 4 . Механические свойства металла литых труб ЭШП (после термообработки) Марка стали σв, MПа σт, MПа δ, % ψ, % a, Дж/см 2 KCU KCV 16ГС-Ш 490...635 485...630 275 290...400 18 27...3 40 51...70 59 54 111...300 15Х1М1Ф-Ш 490...655 490...630 315 265...530 18 18...37 50 54...78 59 54 100...291 Примечание. В числителе приведены требования ТУ 1301-039-00212179—2010, в знаменателе – статистические данные. 8 технология серийного производства литых труб ЭШП взамен кованых всесторонне проверена, по- лучена статистически подтвержденная информация о качестве литого электрошлакового металла и ста- бильности его служебных свойств. Таким образом, не только на единичных изделиях, но и в массовом производстве полностью подтверждена возмож- ность широкой замены кованого металла открытой выплавки литым электрошлаковым металлом. 1. Патон Б. Е., Медовар Б. И. Электрошлаковый ме- талл. – Киев: Наук. думка, 1981. – 677 с. 2. Патон Б. Е., Медовар Б. И., Бойко Г. А. Электрошлако- вое литье. – Киев: Наук. думка, 1980. – 192 с. 3. Клейн Г. Дж., Венал У. В. Электрошлаковая выплавка полых слитков // Электрошлаковый переплав. – Киев: Наук. думка, 1979. – С. 155—169. 4. ЭШЛ длинных заготовок с получением одновременно не- скольких отверстий малого диаметра / Б. Б. Федоров- ский, Г. А. Тимашов, Л. И. Бондаренко, М. Т. Лев- чук // Пробл. спец. электрометаллургии. – 1986. – № 3. – С. 38—39. 5. Электрошлаковая отливка заготовок корпусов двухчер- вячных грануляторов / Б. И. Медовар, Г. А. Тимашов, Б. Б. Федоровский и др. // Там же. – 1979. – № 1. – С. 41—43. 6. Электрошлаковая выплавка и термическая обработка по- лых слитков с прямоугольным отверстием из среднелеги- рованных Cr—Ni—Mo и Cr—Ni—Mo—V сталей / Л. В. Чеко- тило, Б. И. Медовар, И. Е. Косматенко и др. // Спец. электрометаллургия. – 1985. – Вып. 59. – С. 24—31. 7. Tarmann R., Poppmeier W. Hollow tube round through continuous casting // J. of Metals. – 1966. – № 18. – P. 453. 8. Марченко И. К., Мошкевич Е. И. Производство сталь- ных слитков полунепрерывным литьем. – Киев: Техни- ка, 1981. – 160 с. 9. Medovar L., Stovpchenko A. ESR of the heavy hollow in- gots // Proc. of 1st Intern. conf. on Casting, Rolling and forging, 3—7 June 2012, Aachen, Germany. – Aachen, 2012. – P. 131. 10. Evolution of ESR technology and equipment for long hol- low ingots manufacture / L. Medovar, G. Stovpchenko, G. Dudka et al. // Proc. of Liquid Metal Processing and Casting conf. (LMPC2013) (Austin, Texas, September 2013). – Austin, 2013. – P. 37. 11. О возможности совмещения ЭШП и непрерывной разлив- ки при получении полых слитков / Л. Б. Медовар, А. П. Стовпченко, Б. Б. Федоровский, Г. B. Нощен- ко // Электрометаллургия. – 2011. – № 7. – С. 2—6. 12. Исследование качества литого и деформированного метал- ла из полых слитков ЭШП / А. К. Петров, Ю. С. Фур- ман, Б. М. Никитин и др. // Спец. электрометаллур- гия. – 1973. – № 20. – С. 18—24. 13. Качество электрошлаковых полых слитков стали ШХ15 / А. К. Петров, В. В. Лоза, Б. М. Никитин и др. // Там же. – 1979. – № 40. – С. 40—42. 14. Коваль А. Е., Лямцев К. К., Конрад Ю. Г. О свойствах и работоспособности штамповых сталей электрошлакового переплава // Пробл. спец. электрометаллургии. – 1982. – № 16. – С. 23—26. 15. Электрошлаковая выплавка заготовок сосудов высокого давления из аустенитной стали / Б. И. Медовар, А. Д. Че- пурной, В. Я. Саенко и др. // Там же. – 1981. – № 15. – С. 13—15. 16. Электрошлаковая выплавка полых слитков из хромони- келемолибденованадиевой стали / Б. Е. Патон, Л. В. Че- котило, Б. И. Медовар и др. // Спец. электрометаллур- гия. – 1984. – Вып. 55. – С. 3—10. 17. Глускин Л. Я., Житков В. В., Мизецкий В. Л. Опыт из- готовления заготовок сосудов высокого давления из ста- лей переходного класса // Пробл. спец. электрометал- лургии. – 1988. – № 3. – С. 15—18. 18. О возможности совмещения ЭШП и непрерывной разлив- ки при получении полых слитков / Л. Б. Медовар, А. П. Стовпченко, Б. Б. Федоровский, Г. B. Нощен- ко // Электрометаллургия. – 2011. – № 7. – С. 2—6. 19. Electroslag surfacing by liquid metal – a new way for HSS-rolls manufacturing / B. Medovar, L. Medovar, A. Chernets et al. // 38th MWSR Conf. Proc., Vol. XXXIV. – Cleveland, Ohio, 1996. – P. 83—87. 20. New technological process of producing super-large steel in- gots by ESC LM method / B. E. Paton, L. B. Medovar, V. Ya. Saenko et al. // Advances in Electrometallurgy. – 2007. – 1. – P. 3—7. 21. Концепция универсальной печи ЭШП для производства крупных слитков / Л. Б. Медовар, А. П. Стовпченко, В. Я. Саенко и др. // Электрометаллургия. – 2010. – № 11. – С. 12—18. 22. Medovar L. B., Jiang Zh., Stovpchenko A. P. Continuous Casting of Hollow Tubular Billets // The 4th Intern. con- gress on the science and technology of steelmaking ICS 2008 (Gifu, Japan 6—8, Oct. 2008). – Gifu, 2008. – P. 120. Considered is the quality of serial metal of cast ESR pipes-hollow ingots, produced by the standard ESR technology at the CJSC «Energomach» (Belgorod)—BZEM». Statistic analysis of production was made and deviations from technical specifications for chemical composition, structure and service characteristics were determined. Main types of nonmetallic inclusions were analyzed. It is shown that the serial technology provides the high quality of cast ESR metal, not inferior to the quality of forged pipes of the same chemical composition, used in parallel with cast ESR pipes in power engineering. Feasibilities and problems of production of long hollow ingots in traditional electroslag furnaces were studied. Principal peculiar features of the solidification process and structure of ESR hollow ingots, predetermining the need in minimum deviation of technological parameters from preset ones, were revealed. 22 Ref., 4 Tables, 3 Figures. K e y w o r d s : electroslag remelting; hollow ingot; pipe; cast ESR metal; quality; properties; nonmetallic inclusions; power machine building Поступила 04.02.2014 9

Опыт и перспективы традиционного ЭШП для производства длинномерных полых слитков–труб

Репозитарії

Схожі ресурси