RU2691828C1 - Method of producing consumable titanium alloy electrodes for casting parts of equipment operating in aggressive media under high pressure - Google Patents

Abstract

FIELD: electrometallurgy.SUBSTANCE: invention relates to special electrometallurgy, in particular to processes of producing consumable electrodes from foundry wastes used for casting parts of equipment operating in aggressive media under high pressure, and can be used in making cast parts of gas gate valves and Christmas trees accessories. In charge during melting alloy is used wastes of foundry production with preservation on their surface of refractory layer of oxides of titanium. In production of consumable electrode, said wastes are subjected to trimming, wastes are laid throughout the height of mold to ensure uniform distribution of oxygen throughout the volume of molten metal, at that providing gap between ingot and wastes, in which melt of technically pure titanium is poured at ratio of wastes and melt of 1:1 by weight, after which the mold is cooled for 1–2 hours.EFFECT: invention enables to obtain casts of parts of equipment operating in hydrogen sulfide medium at pressure of not less than 70 MPa.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, в частности к процессам получения расходуемых электродов литейного титанового сплава для отливки деталей оборудования, работающего в агрессивных средах под высоким давлением, в особенности в среде сероводорода под давлением не менее 70 Мпа, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности при изготовлении отливок корпусных деталей газовых задвижек и фонтанной арматуры.The invention relates to the field of special electrometallurgy, in particular to the processes of obtaining consumable electrodes of casting titanium alloy for casting parts of equipment operating in corrosive media under high pressure, especially in hydrogen sulfide under pressure of at least 70 MPa, and can be used in various industries In particular, in the manufacture of castings of body parts of gas valves and Christmas tree.

Основными требованиями к материалам, работающим в среде сероводорода под давлением не менее 70 МПа, являются их высокая коррозионная стойкость, предел прочности не менее 590 МПа и относительное удлинение не менее 18%.The main requirements for materials operating in hydrogen sulfide under pressure of at least 70 MPa are their high corrosion resistance, tensile strength of at least 590 MPa and relative elongation of at least 18%.

Известные сплавы технически чистого титана ВТ1-0 и ВТ1-00 по ГОСТ 26492 и сплавы С-2 и С-3 по ASTM В-367 обладают высокой коррозионной стойкостью в среде сероводорода, хорошей пластичностью, однако, из-за низкой прочности, не могут быть использованы при изготовлении отливок для оборудования, работающего под давлением не менее 70 МПа.Known alloys of technically pure titanium VT1-0 and VT1-00 according to GOST 26492 and alloys C-2 and C-3 according to ASTM B-367 have high corrosion resistance in hydrogen sulfide, good ductility, however, due to low strength, they cannot be used in the manufacture of castings for equipment operating under pressure of at least 70 MPa.

Известен «Способ получения расходуемых электродов из титана и его сплавов» по патенту РФ №2081727. Данный способ получения расходуемых электродов включает заливку кусковых отходов в стальных изложницах, активирующую обработку шихты, укладку в изложницы с определенной плотностью и определенном порядке и заливку жидкого титана на шихту. Поверхность кусковых отходов активируется дробеметной или пескоструйной обработкой в течении 90-120 минут. Процесс активации сопровождается удалением на глубину 0,08-0,10 мм тугоплавкой составляющей окислов титана. Кроме этого, изложницы с кусковыми отходами подогревают до Т=300-350°С.The “Method of obtaining consumable electrodes made of titanium and its alloys” is known in accordance with the patent of the Russian Federation No. 2081727. This method of obtaining consumable electrodes includes pouring lump waste in steel molds, activating the processing of the charge, laying into molds with a certain density and a certain order and pouring liquid titanium onto the charge. The surface of lumpy waste is activated by shot-blasting or sandblasting for 90-120 minutes. The activation process is accompanied by the removal of the refractory component of titanium oxides to a depth of 0.08–0.10 mm. In addition, the mold with lumpy waste is heated to T = 300-350 ° C.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и высокий расход электроэнергии, а также тот факт, что при сохранении пластических свойств сплава его прочностные характеристики не превышают 350 Мпа.The disadvantage of this method is the high complexity and high power consumption, as well as the fact that while maintaining the plastic properties of the alloy, its strength characteristics do not exceed 350 MPa.

Наиболее близким к заявленному способу и принятый за прототип является изложенный в работе: «Литейное производство новых судостроительных сплавов» (Филин Ю.А. и др. Литейное производство новых судостроительных сплавов. Л.: Судостроение, 1971) способ изготовления расходуемых электродов заливкой кусковых отходов в стальных изложницах с очисткой отходов галтовкой или пескоструйной очисткой и химической очисткой травлением.The closest to the claimed method and adopted for the prototype is presented in the work: "Foundry production of new shipbuilding alloys" (Filin YA. And others. Foundry production of new shipbuilding alloys. L .: Shipbuilding, 1971) method of manufacturing consumable electrodes pouring lumpy waste in steel molds with cleaning of waste by tumbling or sandblasting and chemical cleaning by etching.

В данном способе необходимый для упрочнения титана, кислород полностью удаляется с поверхности отходов, а дополнительное легирование сплава кислородосодержащими добавками, например порошком Ярекского концентрата TiO₂, не обеспечивает равномерности распределения кислорода в объеме получаемого расходуемого электрода, поэтому механические свойства сплава нестабильны как по высоте слитка, так и по сечению.In this method, the necessary for hardening titanium, oxygen is completely removed from the waste surface, and additional alloying of the alloy with oxygen-containing additives, such as Yarek concentrate powder, TiO ₂ , does not ensure uniform oxygen distribution in the volume of the consumed electrode, therefore the mechanical properties of the alloy are unstable as the ingot height, and the section.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечить прочностные характеристики более 350 МПа.The disadvantage of this method is the inability to provide the strength characteristics of more than 350 MPa.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, заключается в обеспечении возможности получении расходуемых электродов титанового сплава для отливки деталей оборудования, работающего в среде сероводорода под давлением не менее 70 МПа.The technical problem solved by this invention is to provide the possibility of obtaining consumable electrodes of titanium alloy for casting parts of equipment operating in hydrogen sulfide under a pressure of at least 70 MPa.

Данная техническая задача решается следующим образом.This technical problem is solved as follows.

Одним из основных упрочнителей титана является кислород, который вносится в сплав с титановой губкой при изготовлении расходуемых электродов и с отходами при вторичном их использовании.One of the main hardeners of titanium is oxygen, which is introduced into the alloy with a titanium sponge in the manufacture of consumable electrodes and with waste during their secondary use.

В предлагаемом способе получение расходуемых электродов титанового сплава, предлагается использование при выплавке в шихту технически чистого титана, например сплава ВТ1-0, ВТ1-00 по ГОСТ 26492 или С-2, С-3 по ASTM В-367 и отходов литейного производства этих сплавов с сохраненным поверхностным слоем тугоплавкой составляющей окислов титана.In the proposed method of obtaining consumable electrodes of titanium alloy, it is proposed to use in smelting into mixture of commercially pure titanium, for example alloy VT1-0, VT1-00 according to GOST 26492 or C-2, C-3 according to ASTM B-367 and foundry production waste of these alloys with a preserved surface layer of the refractory component of titanium oxides.

Использование изобретения обеспечивает получение сплава более высокой прочности и пластичности по сравнению с существующими сплавами.The use of the invention provides an alloy of higher strength and ductility compared to existing alloys.

Блок-схема процесса реализуемого предлагаемы способ представлена на Фиг. 1.A flowchart of the process being implemented the proposed method is presented in FIG. one.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Отходы литейного производства, разрезают на части, подвергают кратковременной галтовке в течении 15-20 минут для удаления шлака от газовой резки и остатков формовочной смеси, при этом поверхностный слой окислов титана сохраняется. Это позволяет добавить в сплав 0,05-0,06% кислорода.Waste foundry, cut into pieces, subjected to short-term tumbling for 15-20 minutes to remove slag from gas cutting and the remains of the molding mixture, while the surface layer of titanium oxides is preserved. This allows you to add to the alloy 0.05-0.06% oxygen.

Двадцать процентов подготовленных отходов вводят на дно плавильного тигля. Остальные восемьдесят процентов подготовленных отходов укладывают в изложницу по всей высоте для равномерного распределения кислорода по объему получаемого расходуемого электрода, при этом между изложницей и отходами обеспечивают зазор в 50…60 мм для получения прочной оболочки электрода. В этот зазор заливают расплав технически чистого титана в соотношении 1:1 по массе по отношению к вводимым отходам.Twenty percent of the prepared waste is injected to the bottom of the smelting crucible. The remaining eighty percent of the prepared waste is placed into the mold over the entire height for uniform distribution of oxygen throughout the volume of the consumable electrode, while providing a gap of 50 ... 60 mm between the mold and the waste to obtain a solid electrode shell. A melt of technically pure titanium is poured into this gap in a 1: 1 ratio by weight with respect to the input waste.

Изложнице дают возможность остыть в течении от одного до двух часов. Подготовленный брусок прикрепляют к электродам и из изготовленных таким методом расходуемых электродов производится плавка и заливка отливок.The mold is allowed to cool for one to two hours. The prepared bar is attached to the electrodes and from the consumable electrodes made by this method, the castings are melted and cast.

Из изготовленных предлагаемым способом расходуемых электродов проведено более 70 плавок в вакуумных гарниссажных печах различной емкости и произведена отливка деталей газовых задвижек и фонтанной арматуры.From the consumable electrodes made by the proposed method, more than 70 heats were carried out in vacuum skull furnaces of various capacities and the parts of gas valves and gushing fittings were cast.

Полученные механические свойства сплава представлены на Фиг. 2 в Табл. 1 и полностью соответствуют прочностным и пластическим характеристикам для деталей оборудования работающего под давлением не менее 70 МПа.The resulting mechanical properties of the alloy are shown in FIG. 2 in Tab. 1 and fully comply with the strength and plastic characteristics for parts of equipment operating under pressure of at least 70 MPa.

Отливки подверглись гидроиспытаниям при 105 МПа и пневматическим испытаниям при рабочем давлении 70 МПа.Castings were subjected to hydrotesting at 105 MPa and pneumatic tests at an operating pressure of 70 MPa.

Одновременно проведены испытания образцов полученного сплава на коррозионную стойкость.At the same time, samples of the obtained alloy were tested for corrosion resistance.

Результаты испытаний приведены на Фиг. 2 в Табл. 2.The test results are shown in FIG. 2 in Tab. 2

Опытная задвижка ЗШ50x70 КЗ, заводской №1, изготовленная из сплава по предлагаемому способу, прошла промысловые испытания.Experimental valve ZSH50x70 KZ, factory number 1, made of an alloy of the proposed method, has passed field tests.

Данные таблиц 1 и 2 и результаты промысловых испытаний опытной задвижки показывают, что предлагаемый способ получения титанового сплава управляем и имеет преимущество перед известным.The data of tables 1 and 2 and the results of field tests of an experimental valve show that the proposed method for producing titanium alloy is manageable and has an advantage over the known one.

Технический результат - способ дает возможность выплавлять сплав с повышенными прочностными характеристиками и одновременно сохранять высокие пластические свойства металла практически в любых плавильных агрегатах, предназначенных для выплавки литейных титановых сплавов.The technical result - the method makes it possible to melt the alloy with enhanced strength characteristics and at the same time maintain high plastic properties of the metal in almost any melting unit designed for smelting casting titanium alloys.

Получаемые механические свойства обеспечивают возможность его применения для отливки деталей оборудования, работающего в среде сероводорода под давлением не менее 70 МПа, а также в различных отраслях промышленности.The resulting mechanical properties provide the possibility of its use for casting parts of equipment operating in hydrogen sulfide under pressure of at least 70 MPa, as well as in various industries.

Claims (1)

Способ получения расходуемых электродов из титанового сплава, используемых для отливки деталей оборудования, работающего в агрессивных средах под давлением не менее 70 МПа, включающий использование в шихте отходов литейного производства с сохраненным поверхностным слоем тугоплавкой составляющей окислов титана, отличающийся тем, что отходы литейного производства разрезают на части, подвергают кратковременной галтовке в течение от пятнадцати до двадцати минут для удаления шлака от газовой резки и остатков формовочной смеси, подготовленные отходы в количестве 20% вводят на дно плавильного тигля, остальную часть упомянутых отходов укладывают в изложницу по всей высоте с обеспечением равномерного распределения кислорода по объему получаемого расходуемого электрода, при этом между изложницей и отходами обеспечивают зазор от 50 мм до 60 мм для получения прочной оболочки электрода, и в этот зазор производят заливку расплава технически чистого титана, при этом количество вводимых отходов и расплава технически чистого титана принимают в соотношении 1:1 по массе, и затем дают изложнице остыть в течение от одного до двух часов.The method of obtaining consumable electrodes of titanium alloy used for casting parts of equipment operating in aggressive media under a pressure of not less than 70 MPa, including the use of foundry waste in the mixture with a retained surface layer of the refractory component of titanium oxides, is cut into parts, subjected to short-term tumbling for fifteen to twenty minutes to remove slag from gas cutting and molding sand residues, prepare 20% of waste is injected at the bottom of the melting crucible, the rest of the said waste is placed in the mold over its entire height, ensuring uniform oxygen distribution throughout the consumable electrode, while providing a gap between the mold and the waste from 50 mm to 60 mm. the shell of the electrode, and in this gap, the melt of technically pure titanium is poured, while the amount of waste introduced and the melt of technically pure titanium are taken in a 1: 1 ratio by weight, and then Allow the mold to cool for one to two hours.

Images