RU2810410C1 - Способ производства коррозионно-стойкой стали - Google Patents
Способ производства коррозионно-стойкой стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810410C1 RU2810410C1 RU2023116002A RU2023116002A RU2810410C1 RU 2810410 C1 RU2810410 C1 RU 2810410C1 RU 2023116002 A RU2023116002 A RU 2023116002A RU 2023116002 A RU2023116002 A RU 2023116002A RU 2810410 C1 RU2810410 C1 RU 2810410C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- ingot
- crystallizer
- degassing
- melting
- Prior art date
Links
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 7
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 52
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 51
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 abstract description 21
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 15
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 14
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- -1 for example Substances 0.000 description 3
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001122 Mischmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229960002050 hydrofluoric acid Drugs 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- GXBKELQWVXYOPN-UHFFFAOYSA-N iron tungsten Chemical compound [W][Fe][W] GXBKELQWVXYOPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N methane;molecular oxygen Chemical compound C.O=O CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000000988 reflection electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000008237 rinsing water Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002739 subcortical effect Effects 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения высококачественных слитков из тугоплавких редкоземельных металлов путем электронно-лучевого переплава для нужд ядерной, атомной, нефтяной, химической промышленности. В состав шихты вводят кусковой металлический материал в виде сыпучего, гранулированного, стружкообразного скрапа нержавеющей стали и фракции измельчённых кусков феррохромного материала, мелкую стружку из тугоплавких элементов никеля, вольфрама, ванадия, формируют основной состав полуфабриката в промежуточной емкости электронными лучами. Осуществляют промежуточную дегазацию, испарение летучих компонентов, в конце на стадии плавления примешивают рений в виде порошка, герметизируют, вакуумируют без промежуточной откачки, осуществляют натекание жидкого металла в кристаллизатор с заполнением не более 2/3 его высоты, дегазацию, формирование слитка, вытягивание слитка из кристаллизатора, остывание в вакууме, развакуумирование и выгрузку слитка. Изобретение позволяет повысить коррозионную стойкость стали за счет введения рения, а также увеличить время до коррозионного растрескивания на 80-90% и срок работы под нагрузкой 12000 часов за счет использования в составе стали тугоплавких РЗМ. 1 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения высококачественных слитков из тугоплавких редкоземельных металлов путем электронно-лучевого переплава.
Известен способ производства кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты (патент 2765475 С1, 31.01.2022 Бюл. № 4, Патентообладатель: НАНЬЦЗИН АЙРОН ЭНД СТИЛ КО., ЛТД. (CN)). Предварительно нагревают расплавленное железо, удерживают кислород в конвертере в состоянии высокого содержания углерода и низкого содержания кислорода, выполняют обезуглероживание в циркуляционном вакууматоре, сплавление в циркуляционном вакууматоре и вакуумную дегазацию, предотвращают повышение содержания углерода и осуществляют процесс быстрой десульфуризации и шлакования расплавленного железа в рафинировочной ковшовой печи. Обеспечивают контроль содержания углерода в расплавленном железе за счет оптимизации систем удержания кислорода и шлакования в ходе выпуска в конвертере, процесса обезуглероживания и сплавления в печи с циркуляционным вакуумированием, процесса шлакования диффузной дезоксидацией в ковшовой печи, а также рациональному контролю дутья аргона к днищу ковша в ходе процесса плавки. Изобретение позволяет производить сталь с высокой степенью чистоты и высокого качества литейные заготовки, при этом содержание включений в стальном листе в диапазоне 1,5 контролируют, чтобы оно было выше 99%. Указанный выше способ плавки кислотоустойчивой трубопроводной стали высокой чистоты, в котором в процессе удержания кислорода в ходе выпуска сплав металлического марганца является следующим: 0,04%≤Mn≤0,60%. Полезными эффектами настоящего изобретения являются следующие: (1) Конвертерный выпуск, в соответствии с настоящим изобретением, имеет стабильное удержание кислорода, а углерод в циркуляции снижен до менее чем 0,020% за счет реакции углерод-кислород; (2) Настоящее изобретение обладает очевидным эффектом шлакования и десульфуризации в ковшовой печи при хорошем качестве литейных заготовок и хорошем контроле включений стального листа, а также может гарантировать производство кислотоустойчивой трубопроводной стали с повышенной добавленной стоимостью; (3) Настоящее изобретение успешно решает несоответствие высококислородного выпуска, вызываемое глубоким обезуглероживанием в конвертере в ходе получения кислотоустойчивой трубопроводной стали (0,025%≤C≤0,050%, S≤0,0015%).
Конверторный способ производства стали хорошо известен, традиционен для крупносерийного/массового производства и основан на получении стали путем продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит из-за окисления кислородом его примесей (кремния, марганца, углерода), повышению температуры расплава, удалению из него примесей и расплавление стали. В настоящее время данный способ производства стали автоматизирован, измерения состава происходят в статическом и динамическом режиме, можно очень точно регулировать содержание серы в пределах 0,0015% и ниже, а также других вредных примесей в стали. Особенностью способа является то, что он пригоден для получения известных составов сталей большой партии выпуска.
Для небольших партий и нетрадиционного состава стали известно изобретение литой сляб из нетекстурированной электротехнической стали и способ его изготовления (патент 2467826 С2 27.11.2012 Бюл. № 33, Патентообладатель: НИППОН СТИЛ КОРПОРЕЙШН (JP)). Получают расплавленную сталь, содержащую, в мас.%: Si не менее 0,1 и не более 7,0, Mn 0,1 или более, Al не менее 0,2 и не более 5,0, Cr не менее 0,1 и не более 10, С 0,005 или менее, Р 0,2 или менее, S 0,005 или менее, N 0,005 или менее, О 0,005 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси. К расплавленной стали добавляют РЗМ не менее 0,0005 мас.% и не более 0,03 мас.% в виде сплава или мишметалла. Расплавленную сталь, к которой был добавлен РЗМ, из ковша подают в промежуточное устройство, а затем в кристаллизатор. Сляб получают непрерывным литьем. Доказано, что растворенный РЗМ реагирует с кислородом на поверхности расплавленной стали, образуя оксид, и подавляет поглощение азота в расплавленную сталь. В качестве РЗМ добавляют совместно или по отдельности лантан, церий, но не более заявленного мас.% интервала. Способ получения стали сначала, осуществляют рафинирование с использованием конвертера и дегазацию с использованием печи вторичной очистки, тем самым получая расплавленную сталь, содержащую элементы, соответствующие вышеописанным компонентам, из которых исключены Al и РЗМ. В данном способе добавки РЗМ используются только как раскислитель для снижения вредных примесей, их количество не повышает прочностные и другие физико-механические свойства стали.
Известен способ электроннолучевого переплава сталей и сплавов (патент 340309 А1 1977.11.25 бюл. № 43, патентообладатель Ордена Ленина и ордена Трудового Красного знамени Институт электросварки им. Е.О. Патона) сформированием слитка в охлаждаемом кристаллизаторе, в процессе плавки на зеркале металла в криталлизаторе наводят синтетический шлак, состоящий из термодинамических окислов. Способ воспроизводим в лабораторных и производственных условиях, получаемый состав стали не указан.
Наиболее близким по технической сущности является способ электронно-лучевого переплава кускового металлического материала и устройство для его осуществления (патент 2087563 С1, 20.08.1997, патентообладатели Чернов В.А., Тур А.А.) (прототип). Способ электронно-лучевого переплава кускового металлического материала включает подачу материала на плавку, нагрев, предварительную дегазацию, испарение летучих компонент и плавление его при постоянной мощности электронного нагрева, а также в слив жидкого металла на последующую операцию, например, в промежуточную емкость для рафинирования, в кристаллизатор или изложницу для формирования в них слитка, при этом переплавляемый материал подают во вращающийся вокруг собственной оси питатель, на внутренней поверхности которого ведут нагрев, предварительную дегазацию, испарение летучих компонент и его плавление, а затем из питателя полученный жидкий металл сливают на последующую операцию. При осуществлении заявляемой последовательности проведения технологических операций плавки и соотношения мощностей электронного нагрева в питателе и приемнике в заявляемой установке реализуются достаточно высокие технико-экономические показатели электронно-лучевого переплава кускового металлического материала, в том числе выход годного металла, удельный расход электроэнергии, производительность. Они достигаются за счет исключения подачи холодных кусков переплавляемого материала на поверхность жидкого металла и возможности раздельного регулирования и оптимизации процессов предварительной дегазации, испарения летучих компонент, нагрева и расплавления кусков материала, резкого уменьшения, а в некоторых случаях и исключения, его разбрызгивания, утилизации при этом брызг и капель металла, образующихся в процессе нагрева и расплавления непосредственно в питателе, и оптимального распределения мощностей электронного нагрева между питателем и приемником жидкого металла.
Конструктивные особенности установки, распределение мощности электронного нагрева между питателем и приемником для проведения последующей операции и в самом питателе выбраны на основе экспериментальных исследований плавки кускового губчатого титана, внутренняя часть питателя выполнена из материала, аналогичного переплавляемому кусковому металлическому материалу - это не всегда воспроизводимо в других лабораторно-производственных условиях и для других материалов, например для стали с тугоплавкими элементами. Кроме того, имеется некоторая нестабильность параметров и рафинирования металлов из-за сильного напыления элементов электронной пушки, взаимосвязи между мощностью электронного нагрева промежуточной емкости и скоростью плавки, при этом качество слитков оценивалось только по мас. % содержанию примесей.
Технической задачей заявляемого решения является создание технологического производственного процесса электронно-лучевого переплава и получение высококачественных коррозионностойких сталей с использованием в качестве легирующих элементов тугоплавкие РЗМ Ni, V, W, Re, предназначенных для работы при постоянных нагрузках и в агрессивной коррозионной среде.
Указанный технический результат достигается тем, что способ электронно-лучевого переплава кускового металлического материала, включающий подачу кускового металлического материала на плавку, его нагрев, предварительную дегазацию, испарение летучих компонентов, плавление и слив жидкого металла на последующую операцию, например, в промежуточную емкость для рафинирования, в кристаллизатор или изложницу для формирования в них слитка, при этом в состав шихты вводят кусковой металлический материал в виде сыпучего, гранулированного, стружкообразного скрапа ультравысокой чистоты нержавеющей стали и фракции измельчённых кусков феррохромного материала, мелкую стружку или тонкую проволоку из тугоплавких элементов никеля, вольфрама, ванадия, формируют основной состав полуфабриката в промежуточной емкости электронными лучами, термическим и радиационно-химическим воздействиями, промежуточная дегазация, испарение летучих компонентов, в конце на стадии плавления примешивают рений в виде порошка, герметизируют, вакуумируют без промежуточной откачки, натекание жидкого металла в кристаллизатор с заполнением не более 2/3 его высоты, дегазация, формирование слитка, вытягивание слитка из кристаллизатора, остывание в вакууме, развакуумирование, выгруз слитка.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Добавки тугоплавких РЗМ V, W, Ni необходимы для повышения коррозионной стойкости, пластичности, ударной вязкости нержавеющих, кислотостойких и жаропрочных сплавов. РЗМ, обладая большой раскислительной способностью, освобождают хром, марганец и частично железо от кислорода и серы, переводя их в раствор. В дальнейшем при отпуске 710° С хром и марганец выделяются в составе карбидной фазы и повышают коррозионную стойкость, но ее недостаточно при работе стали в агрессивных средах под нагрузкой.
Экспериментально подтверждено, что при вводе РЗМ устраняются подкорковые дефекты слитков. Но их усвоение снижается из-за высокой реакционной способности к кислороду или сере и образования тугоплавких окислов высокой плотности, которые взаимодействуют с футеровкой ковша, шлаком и неметаллическими включениями. Поэтому, перед вводом РЗМ в ковш, сначала раскисляют алюминий в печи или конверторе. Учитывая возможность повторного окисления РЗМ при контакте с огнеупорами и шлаком, необходима основная футеровка ковшей и отсечка шлака, а также необходимо следить за пониженным содержанием кремнезема в шлаке. Поэтому традиционные способы конверторной выплавки не всегда пригодны при плавки стали с тугоплавкими РЗМ.
С повышением требований к жаропрочности, жаростойкости, химической стойкости, термодинамической устойчивости стали необходимо введение в ее состав тугоплавких металлов, температура плавления которых выше температуры плавления железа. Предлагаемый состав стали с легирующими тугоплавкими РЗМ Ni, V, W, Re представлен в таблице 1.
| Таблица 1. Состав стали с легирующими тугоплавкими РЗМ, мас. % | ||||
| Опыт | Сталь 1 | Сталь 2 | Сталь 3 | |
| С | 0,02 | 0,018 | 0,03 | Остальное - Fe |
| Mn | ≤2 | 1 | 2 | |
| Si | 0,6 | 0,4 | ≤1 | |
| Cr | 11 | 20 | 15 | |
| Ni | 12 | 14 | 18 | |
| Mo | 2,0 | 1,0 | ≤ 1 | |
| N | 0,002 | 0,05 | ≤0,05 | |
| Cu | 0,001 | 0,001 | 0,001 | |
| B | 0,002 | 0,001 | 0 | |
| Re | 0,1 | 0,5 | 1,5 | |
| W | 2,0 | 1,0 | ≤4 | |
| P | ≤0,02 | ≤0,02 | ≤0,02 | |
| Al | ≤0,01 | 0,01 | ≤0,01 | |
| Ti | ≤0,0015 | ≤0,0015 | ≤0,0015 | |
| S | ≤0,02 | ≤0,02 | ≤0,02 | |
| V | ≤1,2 | 1 | ≤1,2 | |
Для исследований использовался электронно-лучевой переплав ЭЛП Steigerwald Stahltechnik (Германия) с термическим и радиационно-химическим воздействиями. Безопасность работ и принцип работы оборудования регламентирован ГОСТ Р 57896 - 2017, ГОСТ 27209.4-91, ГОСТ 27209.0-89. Для получения стали 1, 2, 3 (таблица 1) использовалась электронная шестилучевая пушка с аксиальным расположением лучей и с термоэлектронным источником электронов мощностью 600 кВт. К сыпучему, гранулированному, стружкообразному скрапу ультравысокой чистоты нержавеющей стали и феррохромного материала в состав шихты вводили тугоплавкие элементы Ni, V, W в виде тонкой проволоки и мелкой стружки, формировали основной состав полуфабриката в промежуточной емкости термическим и радиационно-химическим воздействиями, дегазация, испарение летучих компонентов, в конце на стадии плавления примешиванием добавляли рений в виде порошка Р-0 ТУ 48-4-195-87. Производилась герметизация, вакуумирование при давлении 0,1 Па без промежуточной откачки, натекание жидкого металла в кристаллизатор 0,25 л⋅Па/с, давление плавки 0,015 Па, в процессе плавки подавался ток на лучи 30 mA 12 минут, толщина луча 0,16 мм, скорость перемещения луча 0,2 - 0,3 см/с, 3 - 4 прохода, дегазация, формирование слитка и вытягивание из кристаллизатора, остывание в вакууме 2,5 - 3 часа, развакуумирование, выгруз слитка. Заполнение в кристаллизаторе не более 2/3 высоты. Получаемый слиток 250×120×10 мм.
Металлографические исследования полученных слитков предлагаемых составов сталей выполнялись по стандарту ASTM E 2142, ГОСТР 50.04.05 - 2018 на оптико-эмиссионном анализаторе состава металлов, рентгеновском дифрактометре, электронном микроскопе, дефекты классифицировались по ГОСТ Р 58228-2018, для проведения физико-механических испытаний на растяжение по ГОСТ 1497-84 использовалась машина универсальная испытательная гидравлическая.
На оптико-эмиссионном анализаторе состава металлов M5000 (Focused Photonics inc. Ю. Корея, сертифицированного в России по ISO 9001, чувствительность 0,0001%) определялся состав всех известных легирующих элементов стали и РЗМ по ходу и окончании плавки, кроме рения. Содержание рения определяли на оптико-эмиссионном спектрометре EXPECT-6500 с индуктивно связанной плазмой ICP-OES 3-го поколения (Focused Photonics Inc.), в котором используется технология двойного наблюдения и измерения элементов с относительно небольшими различиями в содержании в сложной матрице. Результаты измерений легирующих элементов показали, что состав стали при плавках в ЭЛП соответствует таблице 1.
Выявление структуры проводилось травлением образца 150×50×4 мм в серной кислоте, 8 %, 300 мл + соляной кислоте, 4 %, 150 мл + хлористый натрий, 5%, 100 мл при t = 80 °С, 35 мин, промывка струей воды, погружение во фтористую кислоту, 20 %, 300 мл + азотную кислоту, 2 %, 150 мл + воду 10 мл, при t = 80 °С, 15 мин. Отклонений химического состава и плотности по всему сечению слитков не обнаружено, распределение легирующих элементов по всему объему равномерное. Структура металла плотная, однородная, мелкодисперсная со стабильными свойствами (рис. 1). Дефекты в виде пор, раковин, трещин и неметаллических включений не обнаружены. Выход годного 97 - 98 %. При ЭЛП снизилось содержание О, P, S, Si, Al и подобное из расплава (табл. 2).
| Таблица 2. Содержание примесей в стали после плавки в ЭЛП, ppm | |||||||||
| Опыт | Сумма всех загрязнений, атомов на 1 млн. атомов Fe | Si | Cu | H | O | Al | S | N | P |
| Сталь 1 | <1000 | <50 | <50 | ≤1,5 | ≤20 | <60 | ≤10 | ≤20 | ≤50 |
| Сталь 2 | |||||||||
| Сталь 3 | |||||||||
Конфигурации элементов d-переходных тугоплавких РЗМ Ni, V, W, Re в соответствии с валентностью и номером группы обладают особо устойчивостью s2 - заполненные и d5 - наполовину заполненные. При воздействии высокой энергии в ЭЛП происходит перераспределение электронов: d-электрон центрального атома РЗМ отталкивается от положительного заряда металла, его место занимает находящиеся поблизости нейтральная молекула с отрицательными зарядами и не поделённые электронные пары C, Cr, Fe, O. Форма конфигурации оболочки элементов РЗМ приспосабливается к основной структуре металла и под воздействием нагрузки при выходе из кристаллизатора может дробиться или вытягиваться, что увеличивает ударную вязкость, пластические свойства, снижает анизотропию. С увеличением номера группы РЗМ более стабильна электронная оболочка, более прочное и плотное соединение. Экспериментально установлено, что элементы d-переходных тугоплавких РЗМ снижают содержание S, О, образуя оксидные, сульфидные неметаллические включения, снижающие усталостную прочность, пластичность, коррозионную стойкость. Если P < Cu, то P + Cu является раскислителем, увеличивающим сопротивление коррозии, но при P > Cu образуется P + Cu нерастворимое соединение. Элементы Ni + Cu снижают чувствительность к перегреву, образованию трещин и повышают коррозионную стойкость. При W > 4 мас. % образуется железовольфрамовый карбид Fe3W3C со стойкими труднорастворимыми карбидами, но при ЭЛП они полностью растворимы. W увеличивает прокаливаемость, прочность, вязкость, теплостойкость. Чем больше содержание W < 13 % при С < 1,2 %, тем Fe3W3C более прочные и труднорастворимые. Карбид ванадия VC образуется при V = 1,5 %, при содержании V < 1,2 % в ЭЛП полностью растворим. Если мас. % содержание C уменьшается, то V быстрее растворяется в твердом растворе и не переходит в карбиды. V повышает жаростойкость и термодинамическую устойчивость. Re образует карбиды ReC с меньшим содержанием С, неустойчивые растворимые карбиды ReSi и не вступает в реакцию с N, H. При увеличении температуры плавления и силы тока Re полностью растворим в ЭЛП. Распределение Re в растворе металла понижает скорость диффузионных процессов, повышает температуру солидуса и приводит к увеличению температурной прочности. Re повышает жаропрочность, жаростойкость, химическую стойкость, термодинамическую устойчивость стали.
Влияние легирующих элементов на стойкость стали (таб. 1) к хлоридному коррозионному растрескиванию в растворе MgCl2, 44 % концентрации (табл. 3) показывает, что с увеличением содержания хрома стойкость к коррозионному растрескиванию уменьшается, что объясняется повышенным содержанием вредных примесей сталей и образованием карбидов хрома с появлением межкристаллитных трещин, тем быстрее, чем выше содержание углерода.
| Таблица 3. Влияние содержания Ni, Cr, Re в стали на коррозионное растрескивание | ||||||
| Содержание, % | Нагрузка под напряжением, МПа | Условный предел текучести σ0,2, МПа | Время до кор-го растр-я, ч | Скорость корроз. растр-я, г/м2⋅час | ||
| Ni | Cr | Re | ||||
| 15 - 20 | 11 - 16 | 4,5 | 210 | 220 - 290 | 1500 | 0,007 |
| 14 - 18 | 18 - 20 | ≤1 | 250 | 320 - 350 | 1300 | 0,006 |
| 12 - 14 | 11 - 17 | 0,1 | 350 | 230 | 1000 | 0,006 |
Если молибдена до 2 %, никеля 12 - 14 %, вольфрама 1 - 6 %, то коррозионная стойкость стали повышается за счет создания защитных свойств диоксида кремния и сложных оксидов. Введение в сталь Re позволило повысить коррозионную стойкость за счет устойчивости к окислению и невозможности растворения в соляной, плавиковой и серных кислотах, отсутствию реакции с азотом и водородом. Для увеличения времени до коррозионного растрескивания на 80 - 90 % и срока работы под нагрузкой 12000 часов экономически целесообразно использовать в составе стали легирование тугоплавкими РЗМ Ni, V, W, Re.
Результаты исследований показывают, что предложенный способ получения коррозионностойкой стали может быть применен в промышленном производстве высококачественных слитков из тугоплавких редкоземельных металлов путем электронно-лучевого переплава для нужд ядерной, атомной, нефтяной, химической промышленностей.
Claims (1)
- Способ электронно-лучевого переплава кускового металлического материала, включающий подачу кускового металлического материала на плавку, его нагрев, предварительную дегазацию, испарение летучих компонентов, плавление и слив жидкого металла на последующие операции: в промежуточную емкость для рафинирования и в кристаллизатор для формирования слитка, отличающийся тем, что в состав шихты вводят кусковой металлический материал в виде сыпучего, гранулированного, стружкообразного скрапа нержавеющей стали и фракции измельчённых кусков феррохромного материала, мелкую стружку из тугоплавких материалов в виде никеля, вольфрама, ванадия, формируют основной состав полуфабриката в промежуточной емкости и осуществляют переплав электронными лучами с термическим и радиационно-химическим воздействиями, осуществляют промежуточную дегазацию и испарение летучих компонентов, в конце на стадии плавления примешивают рений в виде порошка, герметизируют и вакуумируют без промежуточной откачки, осуществляют натекание жидкого металла в кристаллизатор с заполнением не более 2/3 его высоты, дегазацию, формирование слитка, вытягивание слитка из кристаллизатора, остывание в вакууме, развакуумирование и выгрузку слитка.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810410C1 true RU2810410C1 (ru) | 2023-12-27 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087563C1 (ru) * | 1995-09-13 | 1997-08-20 | Владлен Александрович Чернов | Способ электронно-лучевого переплава кускового металлического материала и устройство для его осуществления |
| US20100034689A1 (en) * | 2007-10-03 | 2010-02-11 | Hiroyuki Hirata | Austenitic stainless steel |
| CN102212720A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-10-12 | 北京航空航天大学 | 一种Cr改性的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法 |
| EP1645649B1 (en) * | 2003-06-10 | 2014-07-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
| RU2685926C1 (ru) * | 2018-11-14 | 2019-04-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Интерметаллидный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
| RU2731395C2 (ru) * | 2011-12-20 | 2020-09-02 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Высокопрочные, коррозийно-устойчивые аустенитные сплавы |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087563C1 (ru) * | 1995-09-13 | 1997-08-20 | Владлен Александрович Чернов | Способ электронно-лучевого переплава кускового металлического материала и устройство для его осуществления |
| EP1645649B1 (en) * | 2003-06-10 | 2014-07-30 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic stainless steel for hydrogen gas and method for production thereof |
| US20100034689A1 (en) * | 2007-10-03 | 2010-02-11 | Hiroyuki Hirata | Austenitic stainless steel |
| CN102212720A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-10-12 | 北京航空航天大学 | 一种Cr改性的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法 |
| RU2731395C2 (ru) * | 2011-12-20 | 2020-09-02 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Высокопрочные, коррозийно-устойчивые аустенитные сплавы |
| RU2685926C1 (ru) * | 2018-11-14 | 2019-04-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Интерметаллидный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110592506B (zh) | 一种gh4780合金坯料和锻件及其制备方法 | |
| CN103320704B (zh) | 一种高性能的轴承钢的生产方法 | |
| CN104532102A (zh) | 风电用大规格渗碳轴承钢G20Cr2Ni4A制造新工艺 | |
| CN111411300B (zh) | 一种高磷铁水生产镍系钢的方法 | |
| CN109628705A (zh) | 一种低碳不锈钢的rh精炼方法 | |
| CN109295382B (zh) | 一种高氮耐磨耐蚀合金及其制备方法 | |
| CN101643882A (zh) | 抗s钢油井管的纯净钢冶炼方法 | |
| JP7471520B2 (ja) | 低炭素窒素含有のオーステナイト系ステンレス鋼棒の製造方法 | |
| CN112481549A (zh) | 一种GCr15轴承钢的制备方法 | |
| CN110093520B (zh) | 一种耐腐蚀合金的制造方法 | |
| WO2013027253A1 (ja) | 熱間加工性および表面性状に優れるボロン含有ステンレス鋼 | |
| CN113249635B (zh) | 一种超纯净超均质高碳铬电渣轴承钢的生产方法 | |
| EP1752546B1 (en) | The method of making high-purity steels | |
| CN107779787B (zh) | Z2cn19-10ns核电管道用奥氏体不锈钢及钢锭生产方法 | |
| RU2810410C1 (ru) | Способ производства коррозионно-стойкой стали | |
| Han et al. | Oxide inclusions in ferromanganese and its influence on the quality of clean steels | |
| JP6526307B1 (ja) | 内部品質および熱間加工性に優れるＮｉ−Ｃｒ−Ｎｂ−Ｆｅ系合金とその製造方法 | |
| CN103225009A (zh) | 高洁净度钢的熔炼方法 | |
| CN116043068A (zh) | 一种gh4169高温合金及其熔炼工艺 | |
| JP6825399B2 (ja) | 清浄鋼の溶製方法 | |
| Jiao et al. | Direct oxygen removal from titanium aluminide scraps by yttrium reduction | |
| CN103981333B (zh) | 一种非铝脱氧钢用铁锰镁合金脱氧剂的制备方法 | |
| FI81383C (fi) | Foerfarande foer behandling av smaelt metall och anordning foer utfoerande av foerfarandet. | |
| JP5814500B2 (ja) | 鋳塊中炭素［Ｃ］が１０ｐｐｍ以下であるステンレス鋼鋳塊の製造方法 | |
| RU2813053C1 (ru) | Способ производства коррозионно-стойкой стали |