RU2148094C1 - Method of preparing consumable electrode of electroslag remelting - Google Patents

Abstract

FIELD: melting of high-alloy tool and constructional steels. SUBSTANCE: method comprises filling hollow body with alloying material. Prior to filling operation, alloying material is melted and it is then poured into cavity thus making it possible to increase content of alloying components in electrode and to use rationally scrap and waste of high-alloy steels and alloys. Invention allows increasing alloyability of steel melted with consumable electrodes and also reducing cost price for preparation of the consumable electrode. EFFECT: more efficient preparation method. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, точнее к электрошлаковой переплавке металлов, и может быть использовано при выплавке высоколегированных инструментальных и конструкционных сталей. The invention relates to metallurgy, and more specifically to electroslag remelting of metals, and can be used in the smelting of high alloy tool and structural steels.

Известны способы получения расходуемого электрода для ЭШП, включающий заполнение полого тела: металлическим материалом - металлоломом (а.с. СССР N 563009, МКИ C 21 C 5/56); в виде слоя из раскисляющего и легирующего сплава (а. с. СССР N 1558283, МКИ H 05 B 7/07); брикетами из прессованной стружки (патент Англии N 1251660, кл. B 22 D 23/06); металлическим порошком (заявка ФРГ N 2308639, кл. 31 b 2 23/06 (B 22 D 23/06)). Known methods for producing a consumable electrode for ESR, including filling a hollow body: with metal material — scrap metal (as USSR AS N 563009, MKI C 21 C 5/56); in the form of a layer of a deoxidizing and alloying alloy (a.s. USSR No. 1558283, MKI H 05 B 7/07); briquettes from pressed chips (patent of England N 1251660, CL B 22 D 23/06); metal powder (application of Germany N 2308639, CL 31 b 2 23/06 (B 22 D 23/06)).

Наиболее близким к заявляемому и принятым нами за прототип является способ получения расходуемого электрода для ЭШП, включающий заполнение полого тела металлическим порошком (заявка ФРГ N 2308639). Closest to the claimed and accepted by us as a prototype is a method of producing a consumable electrode for ESR, including filling the hollow body with metal powder (application Germany No. 2308639).

Указанный способ не позволяет получать электроды для выплавки высоколегированной стали с содержанием легирующих элементов более 15%, так как металлический порошок, заполняемый полое тело, имеет насыпную массу не более 3000 кг/м³ (см. Анциферов Б.Н. и др. "Порошковые легированные стали", Москва "Металлургия" 1991 г. стр. 256, табл. 71).The specified method does not allow to obtain electrodes for smelting high alloy steel with a content of alloying elements of more than 15%, since the metal powder filled in the hollow body has a bulk density of not more than 3000 kg / m ³ (see B. Antsiferov et al. “Powder alloy steel ", Moscow" Metallurgy "1991 p. 256, tab. 71).

Кроме того, при таком способе получения расходуемого электрода используются дорогостоящие порошкообразные легирующие элементы, при этом для каждой марки стали требуется порошок с химическим составом, соответствующим марке стали, выплавляемой переплавом полученного электрода, что практически не осуществимо при выплавке широкого сортамента марок стали. При осуществлении такого способа необходимы дополнительные трудозатраты и оборудование для заполнения полости порошком и его уплотнения. In addition, this method of producing a consumable electrode uses expensive powdered alloying elements, with each grade of steel requiring a powder with a chemical composition corresponding to the grade of steel smelted by remelting the resulting electrode, which is practically not feasible in the smelting of a wide range of steel grades. When implementing this method, additional labor and equipment are required to fill the cavity with powder and seal it.

Задачей изобретения является повышение легированности стали, выплавляемой с использованием получаемых расходуемых электродов, за счет повышения содержания в нем легирующих элементов, а также снижение себестоимости получения расходуемого электрода за счет рационального использования лома и отходов высоколегированных сталей и сплавов. The objective of the invention is to increase the alloying of steel, smelted using the resulting consumable electrodes, by increasing the content of alloying elements in it, as well as reducing the cost of obtaining a consumable electrode due to the rational use of scrap and waste of high alloy steels and alloys.

Для решения поставленной задачи в способе получения расходуемого электрода ЭШП для выплавки высоколегированной стали, включающем заполнение полого тела легирующим материалом, перед заполнением легирующий материал расплавляют, после чего заливают в полость. To solve the problem in a method for producing a consumable ESR electrode for smelting high alloy steel, which involves filling a hollow body with alloying material, the alloying material is melted before filling and then poured into the cavity.

Легирующий материал можно расплавить в индукционной печи. Alloying material can be melted in an induction furnace.

Перед заполнением легирующим материалом в полое тело вдоль оси устанавливают хотя бы один металлический стержень. Before filling with the alloying material, at least one metal rod is installed along the axis in the hollow body.

Расплавление легирующего материала и последующая заливка полого тела позволяют увеличить количество вводимых легирующих элементов за счет увеличения плотности заполнения полости электрода, а также использовать в качестве легирующего материала лом и отходы высоколегированных сталей и сплавов. The melting of the alloying material and the subsequent pouring of the hollow body make it possible to increase the number of introduced alloying elements by increasing the filling density of the electrode cavity, and also to use scrap and waste of high alloy steels and alloys as alloying material.

Расплавление легирующего материала в индукционной печи позволяет практически полностью исключить потери легирующих элементов (углерода, хрома, ванадия, вольфрама, ниобия, и др.) в процессе расплавления. The melting of the alloying material in an induction furnace almost completely eliminates the loss of alloying elements (carbon, chromium, vanadium, tungsten, niobium, etc.) during the melting process.

Установка вдоль оси полого тела хотя бы одного металлического стержня обеспечивает целостность легирующего материала (сплава) после охлаждения за счет его сваривания со стержнем, что необходимо для предотвращения его растрескивания, скалывания и выпадения из полого тела в процессе ЭШП. The installation along the axis of the hollow body of at least one metal rod ensures the integrity of the alloying material (alloy) after cooling due to its welding with the rod, which is necessary to prevent it from cracking, chipping and falling out of the hollow body during the ESR process.

Предложенным способом получали расходуемый электрод для выплавки стали Х12МФ с требуемым химическим составом, %: С - 1,45...1,65; Mn - 0,15...0,40; Si - 0,15...0,40; P, S - не более 0,030; Cr - 11,0...12,5; Ni - < 0,50; Mo - 0,40...0,60; V - 0,70...0,90. The proposed method received a consumable electrode for smelting steel X12MF with the required chemical composition,%: C - 1.45 ... 1.65; Mn - 0.15 ... 0.40; Si - 0.15 ... 0.40; P, S - no more than 0,030; Cr - 11.0 ... 12.5; Ni - <0.50; Mo - 0.40 ... 0.60; V - 0.70 ... 0.90.

В качестве полого тела выбрали отработанные металлоформы в виде труб диаметром 0,165 м с отверстием 0,120 м и длиной 4 м, используемые в производстве центробежно-литых чугунных труб. As a hollow body, we used spent metal molds in the form of pipes with a diameter of 0.165 m with an opening of 0.120 m and a length of 4 m, used in the production of centrifugal cast iron pipes.

Химический состав труб, %: С - 0,25; Mn - 0,40; Si - 0,27; S - 0,020; P - 0,015; Ni - 0,25; Cu - 3,05; Mo - 0,52; V - 0,49; Cr - 0,22. The chemical composition of the pipes,%: C - 0.25; Mn 0.40; Si 0.27; S is 0.020; P is 0.015; Ni 0.25; Cu - 3.05; Mo - 0.52; V - 0.49; Cr is 0.22.

В полое тело (трубу) со смещением от центра на 0,02 м устанавливали два металлических стержня диаметром 0,022 м из стали 15Х2ГФ (производство прутков диаметром 0,022 м на предприятии является серийным, и отбракованные по каким-либо дефектам прутки используются в качестве стержней). С одного торца полость трубы заваривали стальной пластиной. Легирующий материал расплавляли в индукционной печи емкостью 1000 кг в количестве 650 кг, в качестве шихтовых материалов использовали отработанный инструмент и его лом из стали Х12МФ, а также кузнечные отходы в количестве 520 кг из этой же стали, высокоуглеродистый феррохром 124 кг, ферромолибден 1,05 кг, феррованадий 7,9 кг. Two metal rods with a diameter of 0.022 m made of 15Kh2GF steel were installed in a hollow body (pipe) with an offset of 0.02 m from the center (the production of rods with a diameter of 0.022 m at the enterprise is serial, and rods rejected for any defects are used as rods). From one end, the pipe cavity was welded with a steel plate. Alloying material was melted in an induction furnace with a capacity of 1000 kg in the amount of 650 kg, used materials and scrap from X12MF steel, as well as blacksmith waste in the amount of 520 kg of the same steel, high-carbon ferrochrome 124 kg, ferromolybdenum 1.05 were used as charge materials. kg, ferrovanadium 7.9 kg.

Химический состав полученного сплава, %: С - 2,82; Mn - 0,38; Si - 0,52; Cr - 20,7; Ni - 0,15; Mo - 0,48; V - 1,1; Cu - 0,20; S - 0,02; P - 0,018. The chemical composition of the obtained alloy,%: C - 2.82; Mn 0.38; Si - 0.52; Cr - 20.7; Ni is 0.15; Mo - 0.48; V is 1.1; Cu - 0.20; S is 0.02; P is 0.018.

Полученный сплав сливали в чайниковый ковш и заливали в полости труб. Затем трубы охлаждали на открытом спокойном воздухе в течение 20 часов. The resulting alloy was poured into a teapot and poured into the cavity of the pipes. Then the pipes were cooled in open calm air for 20 hours.

От полученных электродов отрезали ранее приваренные к торцам стальные пластины и проводили переплав на печи ЭШП Р-951М в кристаллизатор диаметром 0,41 м по технологии предприятия с получением слитка массой 1220 кг. Пробу на химический состав слитка отобрали по окончании переплава ошлакованной ложкой с заливкой пробного стакана. Steel plates previously welded to the ends were cut from the obtained electrodes and remelted on an EShP R-951M furnace into a mold with a diameter of 0.41 m according to the technology of the enterprise to produce an ingot weighing 1220 kg. A sample for the chemical composition of the ingot was taken at the end of the remelting with a slag spoon and pouring a test glass.

Химический состав слитка, %: С - 1,52; Mn - 0,35; Si - 0,34; P - 0,017; S - 0,010; Cr - 12,05; Ni - 0,23; Mo - 0,48; V - 0,78; Cu - 0,22. The chemical composition of the ingot,%: C - 1.52; Mn 0.35; Si 0.34; P is 0.017; S is 0.010; Cr - 12.05; Ni 0.23; Mo - 0.48; V - 0.78; Cu 0.22.

Слиток при температуре ~ 800^oC в теплоизолированном кожухе отправляли в кузнечный цех, где отковывали из него промежуточные заготовки диаметром 0,2 м.The ingot at a temperature of ~ 800 ^o C in a thermally insulated casing was sent to the forge shop, where intermediate blanks 0.2 m in diameter were forged from it.

Для исследования качества микроструктуры и химического состава по сечению от заготовки отрезали два диска, соответствующие низу и верху слитка. To study the quality of the microstructure and chemical composition, two disks corresponding to the bottom and top of the ingot were cut off from the workpiece.

Данные по химическому составу слитка, микроструктуры и химического состава по сечению заготовки в зависимости от площади поперечного сечения полости электрода, полученного предлагаемым способом (электроды 1, 2, 3) и способом-прототипом (электроды 4 и 5), приведены в таблице. Data on the chemical composition of the ingot, microstructure and chemical composition for the cross section of the workpiece depending on the cross-sectional area of the electrode cavity obtained by the proposed method (electrodes 1, 2, 3) and the prototype method (electrodes 4 and 5) are shown in the table.

Из таблицы видно, что при ЭШП расходуемых электродов, полученных предложенным способом, имеющих площадь поперечного сечения полости с легирующим материалом больше 30% общей площади (электроды 1 и 2), кованая заготовка имеет практически одинаковый состав с разницей в пределах ошибки метода химического анализа, что говорит об удовлетворительном перемешивании металла полого тела (трубы) и легирующего материала. При площади поперечного сечения полости с легирующим материалом меньше 30%, а именно 25% (электрод 3), кованая заготовка имеет значительные различия химического состава по сечению и, как следствие, - различные по сечению заготовки механические свойства. The table shows that with ECR of consumable electrodes obtained by the proposed method, having a cross-sectional area of the cavity with alloying material more than 30% of the total area (electrodes 1 and 2), the forged workpiece has almost the same composition with a difference within the error of the chemical analysis method, which indicates satisfactory mixing of the metal of the hollow body (pipe) and the alloying material. When the cross-sectional area of the cavity with the alloying material is less than 30%, namely 25% (electrode 3), the forged billet has significant differences in chemical composition over the cross section and, as a result, mechanical properties differing in the cross section of the billet.

Также из таблицы видно, что при ЭШП расходуемых электродов, полученных по способу-прототипу (электроды 4 и 5), химический состав выплавляемой стали не соответствует требуемому из-за невозможности введения необходимого количества легирующих элементов. It is also seen from the table that with the ESR of consumable electrodes obtained by the prototype method (electrodes 4 and 5), the chemical composition of the smelted steel does not correspond to the required one due to the impossibility of introducing the required amount of alloying elements.

Сравнительный расчет себестоимости показал, что применение предлагаемого способа получения расходуемых электродов для выплавки из них стали Х12МФ позволяет снизить себестоимость стали по сравнению со способом-прототипом на 23%. A comparative calculation of the cost showed that the application of the proposed method for producing consumable electrodes for smelting steel X12MF from them allows to reduce the cost of steel compared to the prototype method by 23%.

Claims (3)

1. Способ получения расходуемого электрода ЭШП для выплавки высоколегированной стали, включающий заполнение полого тела легирующим материалом, отличающийся тем, что легирующий материал расплавляют, после чего заливают в полость. 1. A method of producing a consumable ESR electrode for smelting highly alloyed steel, comprising filling the hollow body with alloying material, characterized in that the alloying material is melted and then poured into the cavity. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что легирующий материал расплавляют в индукционной печи. 2. The method according to claim 1, characterized in that the alloying material is melted in an induction furnace. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед заполнением в полое тело вдоль оси устанавливают хотя бы один металлический стержень. 3. The method according to claim 1, characterized in that at least one metal rod is installed along the axis before filling into the hollow body.

Images