автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка высокоэффективной технологии модифицирования стали сварочного ассортимента микродобавками редкоземельных элементов и циркония

\\ в®

НШСТЕРСТВО ССВШ УНРА1НИ

ДН1ПР0ПЕТР0ВСШШ ОРДЕНА ТР7ДСВ0Г0 ЧЕРВОНОГО ПРАПОРУ НЕТАЛУРПЯНИЙ 1нстаттт

На правах рукопису стовпченко ганна петр1вна

розрсбка висояоефективно! технологи модшкування стаи зварезального сортаменту м1кродобазками р1ж1сн03емелышх

шшгав та цирконш

Опеп1альн1сть 05.16.02 Металург1я чорних мэтал1В

автореферат

дисертацП на здобуття вченого ступ1нп кандидата тахн1чних наук

Дн1пропетровськ 1993

Робота ввконана на кафедр! теорН металург1йвих процес!в Дн!'фопвтровоького мвталург1йного 1 нота ту ту.

Науковиа кер!вник : кандидат техн!чних наук,

старший науковий оп1вроб!тыик 1.М.31ГА10

0ф1д£Ва! опоненти : доктор техн!чних наук,

професор

В.В.ЛУНЬШ

кандидат техн)чних наук, доцент

О.Д.РШКСВ

Пров1дне п!дприемство : . Дн1провсышй металург1икий

кокб!нат ¡м.Э.Е.Дэеркиыського

Захиот в1дбудеться _ 1993 року о /Л'ГОХ.

<К> хв. на зас1данн! спец1ал!зовано1 вчено! ради К 068.02.ОТ по присудженнв вченого ступенс в галуз! ыеталургП чорних метал1в при Дн1пропетровському иеталург!йному 1нститут1 за адресов : 320635,к.Дн1пропе тровоьк,пр.Гагар1на.

3 дисергацхев можна ознайоыитись у б!0л1отец1 1нституту. Автореферат над(сдано

_ 1993 р.

Вчений секретер спец1алДзовано'1 /

ради,к,т.н..доцент // Е.С.ПАН10ТСВ

/ у!

' загальна характеристика роботи

Актуальн)сть роботи. У в1тчизнян!й та заруб1жн1Я практиц! 01ль-ш!сть металевих конструюЦй } майяе 100 % трубопровод1в виготовля-оться з використанням електроэварних з'еднаннь.Наиб1льш ефективним способом Шдвивдння якост! зварн^х шв}в е введения в склад зварвва-льних «атер!ал1в активних м}кролегувчйх та нодиф}кусчих елемент1в. При введенн! високоактивних еленент}в,зокрека РЗЕ I циркон1о,в стал.. традиц!йними методами виявляеться ц}лия ряд технолог!чних утрудненнь у забезпеченн} стаб1льного 1 р}вном}рного Тх вм1сту по довжин! зва-рсвального дроту.Кр1м того,при цьому обмежен} можливост} активного м}кролегуочого та модиф1куочого впливу на метал зварноУ ванниЛсну-оч! активован} та порошков} дроти позбавлен! цього ведол}ку,уле вони значно дорожч!,складн1 у виробництв!.вичагаоть спец}альноТ п1дгстоь-ки активних добавок,!,нав!ть.умов збер!гання 1 транспортування.Тому актуальна розробка способ }в введения в стад} зваровального сортанен- ' ту добавок активних елекент}в,як} б забслечували отрицания передба-ченного 1 р1вном}рного вм}сту м!кролегусчих та ноди^куочих елемен-т}в в активному стан},без складногив.як} притаманн! виготовленно по-рошкових та активованих дрот}в.

Пета ! завцанн? досл}дження. «етов дисертац}йно! роботи була роз-робка технолог!? м)кролегування та моди$1кування стал} зваровельного сортаменту на стад)? одержання зливка.яка б забезпечувала практично повне засвоення високоактивних елемент)в та посл1дуоче введения Тх в зварну ванну в незв'язанному з дом1шками стал} стан1.При пьому нв-обх!дво вир!шитя ряд завданнь.а саад:оптим}зувата витрати поровкових }>еросплав1в високоактивних елемент}в,запсвнссчих вставку коыпозитно-м}кролегованих зливк1в; обгрунтувати геокетричн! параметра трубчатс! оболонки кокпозитних вставок; досл}дити вплив вставки на макро- ! к!кроструктуру маталу при переробц} кокпозитних зливк!в; досл!дити дефориуен}сть основного металу зливка та композитно! вставки з пороа-к}в феросплав}в РЗЕ та циркон1о; досл}дити зварсвально-технолог1чн} властивост} та як}сть кеталу зварних шв}в,одержаних композитними зва-ровальними дротами; розробити техн}чн} пропозиц}! по п}дготсв1И за-сипних елемент}в кокпозитних вставок } технолог}! одержання композит-но-м}кролегованих зливк}в.

Наукова новина - наукова новина розробки полягае в сл}дусчих положениях: -3 новому п}дход} до вибору способу введения «1кролегуочих або кодиф}кусчих елемент}в в р}дку сталь, виходячи з конкретного при-значення к}ниево! продукц!!,якиа дозволяв наяб}льи повно реад}зува-

та ефект возд!? активних добавок при м!н!мальны 1х витратах. - Роз-роба! нового типу оталевого зливка - композитно-м!кролегованого 1з стал! зварсвального сортаменту,який вм!стить композитну вставку з феросплав!в м!кролегусчих елемент!в,нового типу 1 високопродуктив-■ого заообу одерхання ефективвого композитного зварсвального дроту. - Положены! про ф1зико-х!м!чну захиону роль вуглецс по в!дношенн! до таких термодинам1чно активних елемент!в,як РЗЕ 1 циркон!Я при температурах електродноК крап л! / Т=2600-3300 К / .

Практична ц!нн!сть. Розроблено 1 засвоено на металурНИному ком-(Инат! "Кривор1жсталь" технолог!с отримання нового типу стальних зливк!в !з стал! зварсвального сортаменту /композитно-м!кролегова-них/.На Одеському сталепрокатному об'еднанн! 1м.ф.Е.Дзержинського заовоене виробництво нового типу композитного зварсвального дроту, аналог!чного порошковому та активованому по металург!Яному впливу на метал зварного шва.Використання зварсвальних дрот!в,одержаних з ком-позитно-м!хролегованих зливк!в,забезпечуе висок! зварсвально-техно-лог!чн! характеристики процесу зверования,зниження розбризкування та приваривания крапель,п!двищення продуктивност! прац! зварник!в на 15-25^.Розроблена технолог1я може бути використана також для вироб-нидтва дрот!в для високозносост!йких наплавок,зварсвання чавун1в,ви-соколегованих сталей та сплав!в,в тому числ! з композиц1й,одеркання яких важке,або зовс!м немовливе традиц!йними засобами.

Реал!зац!я роботи. Розроблено новии тип сталевих зливк!в - компо-зитно-м!кролегованих 1 технолог!я Тх одеркання для вирсбництва висо-коефективного зварсвального дроту з р!дк!сноземельними елементами та циркон!ем.В!дпрацьован! параметри композитних вставок ! заооби 1'х введения в!дпов!дно до умов кионево-конвертерного цеху МК "Кривор!ж-сталь".Запропонована технолог!я м!кролегування стал1 для эварюваль-ного дроту дозволяе зннзити у 2-3 рази витрати феросплав!в р!дк!сно-земельних елемент!в ! циркон!о пор!вняно з традициями засобами 1'х введения в к!вш,або центрову.По розроблен!й технолог!1 на ЧК "Криво-р!коталь" вироблена промислова парт!я катанки марок СвК-14Г2Сч 1 СвК-09Г2СЦ !з зливк1в з композитними вставками !з РЗЕ ! циркон!йм!-стящих феросплав!в.На ОЮПО !м.З.Е.Дзержинського з композитно! катанки освоено виробництво зварсвального дроту д!аметром 4,0 ; 2,0 ; 1,6; 1,2 ; 0,8 мм.В!дпрацьован! режими волоч!ння,як! показали високу тех-нолог!чн!сть одеркання композитних дрот!в.Дроти були ефективно вико-ристан! Ки1вським НВО "Б!льшовик" при зварованн1 металоконструкц!й в!дпов1дального призначення в промислових уковах.Розроблен! техн!чн! умови на катанку /ТУ 14-228-68-92/ 1 зварювальний др1т /ТУ 14-287-

-02-92/ марок СвК-14Г2Сч та СвК-09Г2СЦ.

Апробация роботи. Основн! положения дисертац!йно| роботи 1 окре-и! YY результати були доповхден} i обговорен! на сл!дувчих конфервн-ц!ях 1 сеи!нарах : X Всесоюзна науково-техн!чна конференц!я "Удос-коналення процес1в розливки t кр1стал!зац!? стал!"(м.Т,данов,19В7р. XI Всесоюзна конференц!я з проблем зливка "Процеси розливки,модя-ф!кування та кристал!зац1! стал! i сплав!в",И.Волгоград,1990 р. X Всесоозна конференц!я з ф!зико-х!м!чних досл!джень "®1зико-х!м!ч-Hi основи металург!чних процес!в ",м.Москва,1991 р. I Всесосзна кон-ференц!я "Теор!я i практика процесгв одернання б!метал!чних i композициях в!дливок",м.1Шв,1991 р.Сем!пар економгчноТ ком!с!Т ООН для Свропи "металург!чн! вимоги вкробник1в та споживач!в до звврова-емост! сталево'1 продукцП" ,м.Кигв ,1991 р. Сем!нар еконои!чяоУ ком1-ciY ООН для Свропи "Нов! иатер1али та Yx викиристання в машинобуду-ванн! ",m.KhYb,I992 р.

Автор захишае. Новий п!дх!д до зибору заооб!в введения м!кролегу-ичих та :.'.одкф1кувчих елемент!в в стал! провального сортаменту .Новий тип сталевих зливк1в - кокпозитно-м!кролегованих та технолог!п Yx одержання.Новий тип звароЕального дроту.Положения про захисну д1п вуглецй по в!дношеннв до виоокоактивних м!кролегуючих ! модиф!куочих елемент1в,зокрема р!дк!сноземельних елемент!в та циркон!о,на стад!У електродноУ крапл! /Т=2600-3300 К/.

Публ1кац!?. По тематиц1 дисертац!яно? роботя опубл!ковано 9 дру-кованих poöiT,одержано авторсысе св!доцтво на винаххд /ДСК/.

Структура t обскг роботи. Дисертацхйна робота складаеться з вступу.п'яти розд!л!в та загальних висновк!в.Основная зм!ст викладе-но на 125 стор1нках машинописного тексту ,м!стить малснка ,19 таб-лиць,список л!тератури з III найменувань та 7 додаткхв.

ОСНОЗНМ 3MICT РОБОТИ

I.C7AH питания.ТЕ0Р1Я I практика МСЩЯКУВАННЯ СТАЛ .ЗОКРЕМА ззарсзального сортамента.

Розглянут} сучасн! у).ьи i г!потези стосованно механ!зм!в модиф!-кусчого впливу высокоактивних элемент1в,зокрзма P3E 1 циркон!ю,при введенн! Yx е р!дку сталь.Приведен! характеристики найб!льш широко роэпововджених в ме?алург1Ян!й практиц! засоб!в вводу активних дооа-вок в сталь ! оц!нено ix ефективн!сть i недол!ки.Показано,що ступ1нь засвосння добавок.зокрема РЗЕ.для б!льшост! в!домих засоб!в низька або нестаб1льна.В!дм!чаеться,що з наближенням моменту введения добавок до часу затверд!вання металу ступ!нь засвоення РЗЕ зб!льауеться, але при дьому спостерггаеться нер!вном!рн!сть ix розпод!лу по висот!

1 перер!эу зливха.Тому.насьогодн!,виб!р засосу введения е компром!сним.Вказано на низьк! зварпвально-технолог!чн! властивост! стандартного зварввального дроту з низьколеговано!" стал!.Показано,що м!кролегування шляхом введения »добавок активних е°лемзнт!в,зокреыа РЗЕ 1 циркон!о в р!дку сталь,у вм!ст шихти порош-кових дрот1в,у вигляд} наповнввач!в проф1льо-ваних канавок активованих дрот!в гидвищуе Тх властивост! 1 як!сть зварних шв!в,але кокний з цих засоб!в не позбавлений ряду недолШв. На основ! критичного огляду запропоновано новий тип зливк!в - композитно-м!кролегованих для виробництва зваровального дроту типу по-рошкових та активованих,але без притэманних Ум недолШв /мал.1/.

2.ТЕ0РЕТИЧНИЛ АНАЛТЗ П03ЕД1ШШ АКТЛЗНИХ

ЕЛЕМЕНТ1В В ЗЛИВКУ I ЗВАРЮВАЛШII ЗАНН1 ПРИ

ЗВЕДЕНН1 IX В 130ЛЬСВАН1Й КОМПОЗИТНА ВСТАВЦ1.

Мал.1.Схема композитно- 2.1. Анал!з повед1нки РЗЕ та циркон!с при «!кролегованого зливка. виройництв} зливк1в 1 Б зварн1й ванн1.

На баз! теоретичного анал1зу сп1вставлен1 осо5ливост1 протыкания процес1в взвеиод!У активних елемент1в при одержанн! 1 зварсванн! дротами суц!льного перер!зу ! запропонованими композитними /Табл.1/.

3 метов обгрунтування теоретично припуценних закономхрностей вико-нали розрахунки р!вновавних ви1ст!в кисн!> та с:рки при р1зних вм1стах РЗЕ,циркон!с,вуглецо в 1нтервал1 температур 1750-ЗС00 К : випуску -розливки стал!,р!дкоК електродно! крапл1 та зварно! ванни.Розрахунки р!внозакних .онцьмрац!!» реагуючих елемент!в були виконан1 з врахуван-ням наведених в л!тератур! параметр1в взаемодП.а активн1сть утворс-ваних сполук ввакали р!зноо 1,тому що вони звичайно вид1ляоться у вигляд! конденсованих фаз за реакц!ями :

/2.1/

-ЖО/ЧП * 7,9&-0,6?Ь[%Се]> У, <бС%СеЗ /2.2/

с*г] <-2С03* ?гОг /2.3/

ЦСЧ.О]-- - №2Ь/Т + 12,2-0.5*2,13[%7/7 /2.и/ ГС] * [О] • СО /2.5/

- /ОУЗ/Т - 2,140 - % [%С] * Ц/5С%€] /2.6/

Показано,що при температурах сталепавильних процес!в циркон!й та

Таблиця I.

Повед1нка активних елемент1в на переробках 1 при звэрвванн! дротами суц!льного перер!зу 1 композитними

Операц!!.процеси

Дроти суц!льного перер1зу

Запропонован! компоэитн!

Виплавка стал!

Розливкэ стал!

Ввод л!гатур,феро-сплав!в Т=1780-1630 К

Взаемод1я активних елемент!в з доя!ш— ками стал!. Т=1830-1780 К

Гаряче деформуван-ня I холодне воло-

ч!ння.

Взаемод1я елемен-т!в в електродн!я крапл!. 1=2600-3300 К

Ззаемодхя е лемент1в в зварнха ванн!. * Т =2000-2250 К

Кристал!зац!я ие-талу зварного шва. ?= 1750 К

В конвертерах,мартеновських та електроп!чах У виливниц! або на КБЛЗ

В к!вш,центрову.¿ливки в роздр!бному вигляд1

В усьому об'ем! зливку. Ефект модиф!кування. 1!квац!я по висот! та перер1зу.

Збер1гасться Л1квац1я вздовк розкату.

Практично в!дсутня

Практично в!дсуткя.

Модиф!куочий е£ект майке в1доутн!й

В зливки або кр!ста-л!затор в нерсзплав-лявчхйся оболонц!

Взаемод!я в!дсутня.

Л!квац!я в!дсутня. Деформац!я р!вном!р-на.

Розпод1л добавки в об'ем! крапл!.Захис-ний ефект вуглецо.

3 дом!шками стал! у всьоку об'ем! зварнот ванни.

Рафгнувчий 1 модиФ!-кувчий ефект.

цер!й е активными розкисловачами з близьков розкисловальноо зд!бн!с-то до приблизно 2000 К.При б!лып високих температурах активн!сть циркон!в,як розкислювача знинуеться,1 на стадиях зварно: ванни I крапл! поступаеться РЗЕ.Вуглець в !нтервал! температур 2400-2500 К мае розкислювальну зд!бн!сть порхвняну з РЗЕ,а э п!двищенням темпера тури перевершуе гх. О

Мал.2.Температуря! залекноот р1вноважного вм!сту киснс при концентрац!ях вуглецо,цер!я та цирконIя в стал! зварввального сортаменту.

1750 2000 2250 2500 2750 Т. К

Це п!дтвврджуе вих!дну пооилку про доц!льн!сть внесения вктивних вленент1в в зварну зону в не зв'язанноиу э дом}шкани стал! стан!.Ви-р!зняльнос в1дзнакос при цьоиу е захисна роль вуглецс у вхдношенн! РЗЕ I циркон!!) при температурах зварювання в!д взасмод!! !х з киснем. Це дозволяе також повн1ше реал!зувати десульфурувчу 1 моди$1куичу зд!бн1сть РЗЕ у в1дноиенн! до сульф!дно! фази в зварн!й ванн! ! зварному шв!.

2.2. Натематичне моделювання нагр1ву композитних вставок при затверд1ванн! зливка.

3 метос прогнозування повед!нки композитних вставок,заповнених м!кролегуючими добавками,в р!дкому ядр! зливка були використан! дв! математичн! «одел!,*

У першому випадку вир1шували оум!сну задачу конвективного тепло-переносу та г!дродинам!ки розплаву у пер!од заповнення виливниц1 з передчасно встановленос вставкос.Математична модель заснована нз сл!-дуючих положениях: - г!дродинам!ка процесу - на р!вняннях Навье-Сток-са руху в'язко! нестискаемо! риини; - теплой!зика процесу - на р1в-няннях конвективного теплопереносу з врахуваниям процесхв наморону-вання корки на композитну вставку та можливост! II розплавлення.Прий-нято.що в!ддача тепла в!дбуваеться тальки з боково! та н.шньо! повер-хн! виливниц! за рахунок коивектизного теплообк!ну та випроьпнвванням. Прихозане тепло кристал!зацГ! стал! ! позплавлення :?еросплаза / усе-реден! композитно! вставки / проявляеться у змШ еректквного коеМц!-ента теплом1сткост!.Порошок феросплава рахували однор1дним д1рчзстим середовищем з перерахункок значень теплопров!дност1 по приинятим б порошков!й металургН формулам.Приянято такок.що виливниця мае цил!н-др!чну форму,екв!валентну реальному прямокутному перерхзу.композитна вставка розм!щена по в!с! виливниц!.Програма розрахунка написана на алгоритм!чн!й мов1 Паскаль.Численн1 р1шення виконували пристосовно до 12,5 т зливка МК "Кривор!жсталь" для двох нзповнювач!в композитно! вставки /ФСЗОРЗИЗО I ФС(р50/ ! декхлькох II розм!р!в,розрахункоза ой-ласть приведена на мал.З.Б точки эору г!дродинам1ки(наиб1льш характерном е те.що струч!нь розплаву .виттючиЕ з стаканчика вдаряетьск о нижн1И тореаь композитно! вставки,в результат! чого напрям потоку знхнсеться у напряму боково! поверхн! виливниц1,а сам потпс роздыя-еться на нихно складов;»' частику,яка утворае то^спо^бнил ви;.ор м1к горцем композитно! вставки I днем е.1л;:зниц! , I верхнв - яка

* Розроблен! к.т.к. I.с.Павлсченковин I к.Ь-:;.н. С.5 Самохваловик / Дн1г!родзеркинськии !ндустр1альни/< !нститут /.

рухаеться практично однор!дним потном догори з максимально!) швид-к1ста у центр! потоку на в!дстан1 Г = 1/2 Л .

Загальн1 законом!рност! розташування {зотерм зумовлен! г!дроди-нам!кою розплаву : найО!лып гаряча зона у розплав! знаходиться б!ля стаканчика,та по к!льцо з рад!усом 1/2 Л , у виливниц! - на 1/5 Н висоти.З композитна вставц! основне теплове навантаження в!д стру-

Мал.З.Геометр1я розрахунковоУ Мал.4Лзотерии на к!нець за-

область погнення зяивк!в /а.5СЦр50,

б.ЗСЗОРЗЧЗО /.

Деяк! вшлни теплових оботавин для р1зних феросплав!в пояснссть-ся рхзницес тепло$13ичних коеФ1ц1ент1в.0болонка композитно? вставки з Х>СЦр50 прогр1васться на К1нець заповнення зливка значно б1льше,н!я з 5СЗОРЗМЗО.В пера! мопенти на оболонку вставки з ФСЦр50 б1льш 1н-теноивно накзрзае шар стал1,прэте в дальншому в!н ноже !нтенскв1йше оплавлятися.

Друга катаматична модель створена для опису процес!в затверд1ван-ня зливка з! вставкой П1сля наповнення виливниц! у в!дсутност1 кон-вективних поток!в,у форм1 одном!рно1 в^сьосикетрично! задач! тепло-пров!дност! в цил!ндричн!и систем! координат.Розрахункова область розд!лена нер!вно!.'Лрнос о!ткоо на / контрольних об'ем!в /мал.5/.

Мал.5.Розрахункова область.

* Для кожного контрольного об'ему записували р1вняння балансу тепла в явн!И р1зкостн1й форм! .Враховували процеси наморожування шару стал! на композитну вставку 'г його оплавления.Вид1денвя тепле в !нтервал1 температур д!кв!дус-сол1дус ураховували введениям ефективно!' тепло-м1сткост1.Припущено,що ц!лцна м!к зливком 1 виливницев утвориеться в початковив момент 1 не зм!ниеться п1д час кристал!зацП зливка,передача тепла в зазор! в!дбуваеться шляхом теплопров!дност! газу 1 випрои!нованням.Матер!алом-наповновачем вставки вибрана л!гатура ФСЗОРЗМЗО,яка мае (51льш низьку температуру плавлення.Розрахунки ви-конувалй для внутр!шнього д!аметру 80 та 100 мм ! товщини ст!нки оболонки вставки 10,16 1 20 мм.Анал13 кривих нагр!вання л!гатури показав,що протягом часу кри"стал!зац! I зливка можливе п!дплавлення л!гатури.Температура зовн!шньо1 поверхн! оболонки у вс!х розглянутих вар!антах не досягае температури сол!дус стал1 10 тр.

Результата моделювання по двох вар1аитах постановки задач! дозволили встановити товщину !золсючо1 оболонки / з врахуванням конструктивно! термостгйкост! / - не мент 20 мм для л1гатури ФСЭОРЗ!!30 ! не менш 15 мм для 5СЦр50.

2.3. Ф!зичне моделввання нагр1вання порошкових феросплав!в Р?Е 1 циркон1в.

Використовували экспериментально-розрахунковий метод,заснований на граф!чних р1шеннях диференц!йного равняння теплопровхдност! по експерииентально одержаннии цвидкостям нагр!вання зразк!в.Одержан: залекност1 зм!ни температури в центр! порошкових зразк1Б феросплав!в промислового др!блення / -5,0 мм, 5С$ менш 1 т / г фракц!1 -0,5 мм !стотно не рхзнилися.Розрахован! значения теплопров1дност1 знахо-дяться в !нтервал! 0,3-1,5 Вт/м К для л!гатури ЮЗОРЗЧЗО ! 0,3 -1,0 Вт/м К для ФСЦр50,цо на знак нижче розрахованих за формулами, якими звичайно кориотусться у порошков!й металург11 I застосованих при математичному мод£люванн!.Напевне,з врахуванням уточненних зна-ченнь теплопров1дност1 час прогр1ву порошк!в усереден! композитно!' вставки до пост1йно1 температури моке бути декглька б!льшим,н!ж от-риманий при математичному ноделЕванньВодночас.оболонка вставки може

знаходитись в б!льш коротких теплових умовах.

3. ЛАБ0РАТ0РН1 ЭКСПЕРИМЕНТА ПО О ДЕРГАНИЮ ЗЖВК1В ЗКОМПОЗИТНИМИ В СТАВКАМИ 3 ФЕРОСПЛАВ1В М0ДИ31КУЮЧИХ ЕЛЕМЕНТ1В.

Для попервднього визначення можливост! використання як наповню-вач!в композитних вставок ферос!л!коцирхон115,л1гатури РЗЕ.а також досл!дження макроструктури 1 деформуеыост! зливк!в в!дливали злив-ки масою 10 кг з стал1 Св-08Г2С.Макроструктура металу композитно-м!кролегованих зливк!в мае чотири зони /мал.б/ :

Мал.б.Фрагиент г.акроструктури лабораторного зливка. основной кетал зливка з характерними д!лянками стовпчатих дендрит!в, р!внов!сьних кристал1в; прилеглий до оболонки композитно! вставки на-морожений шар.оболонка труби, оформлюпча композитну вставку I феро-сплав - наповнювач.Порушення суц1льност! 1 розшару в м!сц! встанов-лення вставок в зливках I при проковц! композитних зливмв не знай-дено.Зстановлено.що при проковц! композитних зливк!в розм!ри вставок зм1нсвться пропорц1йно зменшеннс д!аметру поковки.

Одержан! результата дозволили зробити висновок про принципову можлив!сть одержання \ переробки композитних зливк1в з вставками !з кремн1стих феросплавгв гйЕ ! циркон1в,а результат* иопередн!х зва-рввальних виприбуваннь показали перспе«стивн1сть використання звпро-поновано! технологи'.

4. Д0СЛ1ДНО-ПР0МИСЛ0В1 ЕКСПЕРИМЕНТИ I ДСРОЕКА ТЕХН0Л0Г11 ОТРИ-МАННЯ КОМПОЗИТНИХ ЗШВК1В, ЗАГОТОВОК ТА ЗВАРЙВАЛЬНОГО ДРОТУ 3 ВСТАВКАМИ 13 ЛИГАТУР Актавних М1КР01ЕГУГЛИХ ЕЛЕМЕНТ1В.*

Досл!дно-промислове опрапювання технолог!! одержання композитних

зливк!в,прокатки !х на заготовку 41 80 мм ! катанку Ф 6,5 мн зд!йсню-*-

Експерименти виконан1 у сп!вроб!тництв! з Тнститутом чорно! мета-лург!! АН УкраТни / Науковий кер!вник доктор техн!чних наук В!хлевщук В.А. / .

I* ; р ^ •

»1?1ЦДЙ^ЦЙ!ШНЙ!117В!&1Я11Г^ !Д Л ШJ аШа1ЛИН||| ишипк'

вали на металург!иному коиб!нат! "Еривор1*сталь".Композитний зварв-вальний др!т з катанки отримували на Одеському сталепрокатному об'е-днанн! шляхом посл!довного волоч!ння на д!аметр 4,0 ; 2,0 ; 1,6 ; 1,2 1 0,8 мм по д1гч1й технологи. Для пор!вняння брали зливки,заготовки 1 дроти плавок зварввально? стал! поточного виробництва марок СВ-08Г2С / ДОСТ 2246 /,Св-09Г2СЦ / ТУ 14-1-3735-84 / 1 Св-14Г2Сч / ТУ 14-1-3487-62 /.Оболонки композитних вставок виготовляли !з ста-левих труб /10-20 тр /.Геометричн! параметра вставок / внутр!ш-н!й д!аметр та товшину оболонки / визначали виходячи з эавданно1 к1лькост1 м!кролегуочого елемента та з врахуванням результат1в мате-матичного моделсвання.Витрати л!гатури ФСЗОРЗМЗО складали 1,0 - 4,5 кг/т стал1,ФСЦр50 1,3 - 6,0 кг/т стал!.Випробувано два вар1анта введения композитных вставок встановлення до початку розливки I при-мусовий ввод п1сля к1нця наповнення / через 1-5 хв./.Для всеб1ч-них досл1дженнь на кожнхй плавц! вЦбирали поперечн! темплети в1д 16 - 18 заготовок та катанки по горизонтам розкату зливк!в,а також зразки дрот1в на переробц! до дроту Ф 0,8 мм,

Досл!дження макроструктури металу заготовки показало наявн!сть нерозплавлено1 композитно!' вставки на вс1х горизонтах зл;1ВК1Б,типу приведено"! на мал.б.Зиявляотьсп с.гЛдуюч1 зоки : матриця-основний метал зливка,иар металу,закристал!зованого на оболонц! вставки I влас-не композитна вставка з матер1алом-наповнсвачем.Зовн!шних дефект!в як I на пор!вняльному метал! не виявлено.Введения композитно!' вставки приводить до зниження або усунення в!сьово1 д!рчатост! ! п!дуса-дочних дефект!в,завдяки теплов!й воздп вставки як макрохолодильника .Як ! сл!д було оч!кувати за результатами макродосл!дженнь,м!кро-структура металу заготовки.катанки I зваровального дроту р!зних д!аметр!в мае зональний характер.Основний метал мае р1знозеренну фер!топерл1тну структуру,типову для низьковуглецевих низьколегова-них сталей.Структура намороженого шару - виманштетт,оболонки вставки - практично чистий фер!т.М!кроструктура матер1ал1в - наповнБва-ч!в композитних вставок характерна для кремн!стих феросплав1в РЗЕ та циркон!о ! являе собою складний конгломерат !нтерметалевих фаз -сполук Ре ,31 , РЗЕ ! циркон!ч,про що св!дчать доелгдкення за до-помогоо м!крорентгеноспектрального анал!затора "Сатеса "

/ мал.7./.

В!дсутн!сть розшару,тр!щин та !нших дефект!в п!дтвердило техн1ч-ну моклив!сть одержайня композитно-м!кролегованих зливк!в ! перероб-ки 1х на др1т.

Особливо переконливо це п!дтверджено дослиженнями деформуемост!

КйЬт

Мал.7. М1кроструктура металу композитного дроту & 0,8 мм э ФСЗОРЗМЗО /а/ 1 розподхл елемент^в по його перер!зу /б/.

основного металу зливка 1 матер!ал!в наповнсвач!в вставки при гаря- ' ч!я 1 холоди!?. лереробц! :

Д1акетр Площа вставки, вставки,

кк

Найменування про-Мля

1.3ЛИВ0К

2 .Заготовка

3.Катанка

4. Др! т

5.Др!т

6.Др1т

Отже.при пореробц1 композитных зливк!в масою 12,5 т до дроту ф 0,8 мм в1днокення плои поперечного перер1зу проф!ля ! вставки збергга-еться постг!Чн:;м,нер1внок1рност1 пошарово'т' деформац!У не виявлено.

Досл!дження зварпвально-технолог1чних властивостея проводили на дротах з композитних зливкхв сер11 досд!дно-промислового виробництва 1 на дротах !з спец1ально в!длитих зливк!в для оптим!зац!У витрат

Рсзм!ри про*!ля,

760x895 80x80

0 4,0

й 2'°

0 0,8

Плода пе':ер1зу прд'Й ля, мм-

680000

6400

33,2

12,58

3,14

0,505

133

12,8

0,91

0,60 0,30 0,115

13900 129,3 0,648 0,282 0,064 0,0103

3!дношення плош вставки 1 про-г'!ля

0,02С4 0,0202 0,0195 0,0224 0,0224 0,0205

]

при вилученн! впливу коливань х!м1чного складу основного металу. Для цього були в1длит! два зливка масоо 12,5.т з ступ1нчатими ком-позитними вставками.схема яких приведена на мал.8,а параметри ступени приведен1 нижче:

Сту- пен! ¿вн . 8 • Витрати кг/т &РЗЕ

вста- мм им або

вки ?г

«СЗОРЗИЗО

а 90 22 2.5 0.085

б 83 22 2,25 0,075

в 63 16 1.5 0,045

г 58 22 1.0 0.030

®СЦр50

а 100 22 6,0 0,30

б . 83 22 3.5 0,17

в. 63 16 2.0 0,10

г 58 22 1.6 0,08

, Мал.8.Схема зливка з ступ1нчатоо всгтавков.

Шдсумков! результата лабораторних ! промислових випробуваннь зварсвально-технолог!чних властивостей композитних зварсвальних дро-Т1в з оптимальними витратами м1кролегуючих елемент!в / 5СЗОРЗМЗО -1,0 - 1,5 кг/т,ФСЦр50 - 1,6 - 2,0 кг/т стал1 / 1 пор!вняльних поточного виробництва приведен! нииче /дротик2,0 гш.режики зваровання I,,„=220-700 А, их=22-44 В / :

зв

Марка дроту

СВ-08Г2С

СВ-09Г2СЦ СВК-09Г2СЦ

Св-14Г2Сч СвК-14Г2Сч

Полярнхсть Характер гсрхння

зворотна

зворотна зворотна

пряма пряма

дуги

Короткий з розбризку-взнням

Ст1йкий з незначним потр!ску-ванням

Кое41ц1ент КР э Продуктив-розбризку- злл1К0К нгсть пра-вання/КР/, угару, а! зварни-* к! в, од.

8-15

3-5

3-5

л>

12 - 16

6-е 6-8

М'який,р1В- не б!лыа 3 иом!рний

3-5 не б1льш 3 3-5

I

1.2 - 1,25

1,2 - 1,25

1.1 - 1.15

1.1 - 1,15

струм1нний

Як видно,зварввально-технолог1чн! властивостт композитних зварп-вальних дрот!в 1 дрот!в суц!льного перер1зу аналог1чного складу 1дентичн!.0днак,досягаоться вони при ввод! значно /у 2-3 рази/ меньше! к!лъкост* и!кролегуочих добавок.Кр1к того не виязлено В1дм1н

властивостея дрот!в э р!зних горизонт!в зливка.що звичайно спосте-р1гаеться для дрот!в 1з стал1 Св-14Г2Сч з введениям РЗЕ в центрову.

5.ТЕШЧН1 ПРСПСЗЛЦП ПО ПРОМ'/.СЛСВСНУ ЗИРОБШЩТЗУ КОМПОЗ'ЛТНО-М1КРОЛЕГОЗАШХ ЗДИЗК1В ДЛЯ ЗЗАРЮЗАЛЬНОГО ДРОТУ ТА ix ТЕХН1КО-еко-Н0М1ЧНА ЕФЕКТИЗНЮТЬ.

На основ! проведених досл!джень розроблена навскр!зна технолог1я виробництва композитно-м1кролегованих зливк!в та зваровального дроту з них.Для умов ККЦ И ЧК "Кривор1»сталь" запропонован! зас!б 1 пристрхй для одночасного введения чотирьох вставок в чотири злив-ки.Зиданг виххдн1 вимоги до конструктивного виконання установки ! для проектування д1льниц! по п!дготовц! композитних вставок,яка вклочае заглиблену вахту,в!бропристр1Я,бункер-дозатор 1 подавчий жо.;об.Розроблен1 техн!чн1 нормативи по макроконтролв якост1 заготовок з композитно-м!кролегованих зливк}в,техн!чн! умови на катанку 1 зварювальний др1т.

Проведен! досл!дкення дозволяють пропонувати композитн! зваро-вальн1 дроти СвК-МГ2Сч ! СвК-09Г2СЦ для виготовлення металоконст-рукц}й з вуглецевих 1 низьколегованих сталей масового 1 спец{ально-го призначення.машин 1 механ1зм1в,в тому числ! для експлуатац!! в уковах низьких температур.

При промисловому використанн} нових композитних эварозальних дрот1в виявле1П сл:дусч1 техн1ко-економ1чн1 переваги: -процес го-р1ння дуги В1др1знясться' високов стабыыпств.з^гальн! збитки на угар 1 розоризкування для дроту д1аметром 2 мм не пёреви..;уоть 3-52; -п1двищуеться продуктивн1Сть прац1 зварник:в на 15 - 25 %.

Це забезпечуе економ}чну ефектавн}сть у споживач!в зваровально-го дроту в розм:р1 не менш 16С крб/т /в ц!нах 1990р/ в пор1внянн! 1з стандартним дротом Св-08Г2С,на р!вн1 дропв Св-09Г2СЦ I Св-14Г2Сч ал5 в пор1внянн! з останн 1ми,при виробництв1 композитних зваргшаль-них дроНв витрати феросплав1в зникуБться в 2-3 рази.

Уявляеться перспективное розробка } створекня композитних зва-ровальних дрот1в для зварсвання чав./ну .високолегованих сталей 1 сплав!в I наплавки.Для поширення обсяг1в виробництва композитних зварсвальних дрот1в можна радити розроблену технй~лог1ю до опану-вання на МакеУвському :-;етзавод1 ,Зах1дно-Сиб1рському меткомб!на'п /м.Новокузнецьк/,а такой безперервнолитой заготовки на Беларусь-кому метзавод! /м.Глоб1н/ та Молдавському метзавод! /м.Рибниця/.

ЗАГАЛЬН1 ЗИСНОВКИ 1.На основI л1тературних даних встановлено що : -виб!р засобу вве-дешя модиф1катор1в та м1кролегувчих,зокрема РЗЕ I циркоц1г),в пер-

шу чергу повинен визначатися к!нцевим призначенням металопродукцН; -в!дом! металург!чн! засоби введения РЗЕ та циркон!d в стал! зва-рпвального сортаменту ве забезпечувть достатсю ступ!нь эасвосння ! р1вном!рн!сть розпод!лу ïx вздовж дроту,a ïx вплив на метал звар-ного шва незначний.бо вони надходять до зварно'1 ванни в зв'язанно-му з дом!шками стал! станЦ-одержання порошкових ! активованих дрот!в зв'язано з! значними техн!чними та економ1чними труднощаки.

2.Теоретично обгрунтована доц!льн!сть розробки таких металург!чних засоб!в введения активних елемент1в в стал! зваровального сортамента,ЯК1 б забезпечували ïx над!йдення у зварну ванну в незв'язанному з дом!шками стал! /кисень,с!рка та !нш1/ стан!.Встановлено,шо при температурах електродно"! крапл! /2600-3300 К/ в процесс! зверования виявлясться ефект ф!зико-х!м!чного захисту РЗЕ та ir в1л окисления за рахунок вуглецв.Це дозволяе повн!ше реал!зувати десульфурупчу i модиф!кувчу здатн1сть активних елемент1в на стад}!' формування '~ва.

3.Розроблено новий тип зливк!в - композитно-м!кролегованих i техно-лог1я 1х промислового отримання для виробництва зваривального дроту з вставками !з РЗЕ- та циркон!йвм!стячих феросплавтв /дроти СвК/.

На основ! результат1в матеиатичного i Япзичного моделпвання,лп-бораторних досл!дженнь,досл!дно-промислового випробування i спец!-альних експеримент!в по оптим!зацп витрвт феросплав!в в!длрацъова-Hi геометричн! параметри композитних вставок,hkî забезпечують не-розплавлення оболонки в рЦкому ядр} затверд!ээвчого зливка i нор-ми витрат РЗЕ- та циркон!йвм!стячих феросплав!в,пристосовано до зливк!в масою 12,5 т МК "Кривор^сталь": товадна ctïhkk не менш 15-20 ым.витрати л!гатури fC3QP2'i30 - 1,0-1,5кг/т стал! i ФСЦр50 -1,6-2,0 кг/т проти 3,0-4,2 i 4,0-^,- кг/т стал1 ,в!дпоз1дно,при вве-денн! ïx в центрову ! к!вх.

5.Досл!даення макро- ! к!кроструктури металу заготовки.катанки 1 дрот!в встановлено.що : - при перероди! композитних зливк;в масоо 12,5 т з вставкою нав!ть з малопластлчних крекн!стих феросплав!в РЗЕ ! unpKOHic до дроту 0 0,8 мм сп1вв!дношення площ поперечного nepepisy вставки 1 проф!ло збер!гасться пост!йним,нер!вном1рност! пошарово! деформаци немае ; - на какротекплетах в1д ус!х 16-18-ти горизонт!в по довжин! розкату зливка ч!тко виявлясться викатаиа вотавка; це,а також в1дсутн!сть тр!с;ин та !нших дефект!в в структур! п!дкат!в та катанки п!дтвердкуе технолог1чн!сть одержання композитних заготовок та катанки ; -ак до дроту д!аметрок 0,8 ж усере-ден! вставки збер!гаеться зм!ст та структура характерна для крем-н!стих феросплав!в РЗЕ чи циркон!в.

6.Дссл!дження зварввально-технолог!чних властивостей композитних з зварввальних дрот1в по стандартним методикам в умовах IE3 1м,б.О.Па-тона 1 при виготовленн! ме,талоконструкц!й в!дпов!дального призна-чення на КиУвському НВО "Б1лывовик" показали,що : - при зварвванн! композитними зварвзалышми дротами СвК-14Г2Сч t СвК-09Г2СЦ забезпе-чуеться стаб!льний процес з коеф!ц!ентом розбризкування 1,5-3 % 1 3-5 % в!дпов!дно ; -зникуеться приварення бризок ; - в!дсутн! в{дм1-ни стаб!льност! гор!ння дуги при використакн! дроту СвК-14Г2СЧ з р!зних горизoHTiв зливка; - можливе пЦвищення продуктивност! прац! зварник!в / прсцесу зварввання/ на 10-15 1 20-25 % в!дпов!дно.Одер-ааннй р!вень звзрввально-технологхчних властивостей дрот1в СвК-14Г2Сч та СвК-09Г2СЦ,аналог!чнкй дротам Св-14Г2Сч I Св-09Г2СЦ,але досягавть-ся при значно / в 2-3 рази/ меныШ к!лькост1 введених РЗЕ 1 .

7.На основ! одержанях результат!в розроблен! : - новия тип композит-но-м!кролегованих зливк1в для виробництва зварювального дроту ;

- техн!чн! пропозицН по технолог!! п1дготовки i введения вставок при виробництв! зливк1в; - техн!чн! умови на композитн! катанку 1 зваровальниа др!т ; - рекомендацИ по розширенно обсяг!в виробництва композитно-м!кролегованих зливк1в для одеркання електрод!в,зварвва-льного i наплавочного дрот!в.

0СН03Ш 3MICT ДИСЕРТАЦ1ЙН01 РОБОТИ ВИКЛАДЕНО У СЛ1ДУЮЧИХ ПРАЦЯХ:

1. Получение слитков сварочной стали с сердечником из высокоактивных элементов / А.П.Стовпченко.З.А.Поляков.В.Р.Покладий и др.// Тез. докл.XI Всесовз.конф."Процессы разливки,модифицирования и кристаллизации стали и сплавов",-Волгоград:ЗДНиТ,1990,4.1,с. 177.

2. Зизико-химические особенности модифицирования высокотемпературного расплава в сварочной зоне / А.П.Стовпченко,И.Н.Зигало,В.А.Вих-левцук и др. // Научн.сообщения X Зсесовз.конф."Физико-химические основы металлургических процессов" - М.:Черметинформация,1991,с.189.

3. Разработка и исследование новых типов электродной проволоки для сварки в защитных газах/ А.П.Стовпченко.В.Грецкий.З.Покладий и др.// Доклад на семинаре ЕЭК ош по металлургическим требованиям производителей и потребителей к свариваемости стальной продукции.-Киев.IS9I. Тираж 400 экз.

4. Теплофизические и гидродинамические особенности заполнения слитка с нерасплавлящимся сердечником / И.Н.Зигало.А.П.Стсвпченко, С.Е.Самохвалов//Тез.докл.1 Всесовз.конф."Теория и практика процессов получения биметаллических и композиционных отливок"-К.:Об-во "Знание" 7краина,1991,с.8

5. Исследование поведения трубчатого элемента с микролегируоиими

добавками в жидкой сердцевине слитка / А.П.Стовпченко,И.А.Павдючен-ков. й.Н.Зигало // там же,с.5.

6. Применение нетрадиционной технологии модифицирования при производстве композитной сварочной проволоки из слитков / Ч.Н.Зигало, А.Л.Стовпченко,В.Р.Покладии // там же, с.50.

7. Стабилизированная сварочная проволока сплосного и многослойного сечения / С.Я.Грецкий,В.Р.Покладиа.В.А.Зихлез^ук,З.А.Поляков ,

А.П.Стовпченко,Й.Н.Зигало // Аннотации стендовых докладов участников семинара ЕЗЕ ООН "Новые материалы и их применение в казинострое-нии" /Киев,13-16 октября 1992 г./ АН Украины : ЛПМ.-К.: ШГА.1992 -156 с.

8. А.С.1515510 /СССР/ ККИ 3 22Д 7/ОО.Стальноа слиток / Й.Н.Зигало, К.С.Просвирин,А.П.Стовпченко и др. // Заявк » 4119460/31-02 от 25.oe.i9e' - лсп.

ГПоясано До друху 12.04.1983.

Фирчат 60x84/16. Пал1р д::у:., V 2. Друх о-^сетчиа. Ф1 з.^ук.арк. 1,0. См>л1к.-еяд.арк. О,'И. Умог^>ук,арк. 0,90. Тираж 1ии пр. Заявления 277. Беокоштовно.

Дн1пропстровсьхнй миталург1йиий 1нстнтут, 320035, пропетроэсък, пр. Гагвр1на, 4

ДЗ ДЧет1, 320005, Лоцмансь*е шосс, 3-6.