5.3 Виготовлення виливків із високомарганцевих сталей
Як відзначалось в літогляді, виготовлення виливків із цієї сталі має свої особливості. Це стосується практично всіх операцій технологічного процесу, починачи від підготовлення шихти та її дозування до режимів термічного оброблення виливків.
За час виконання цієї НДР автори виконали значний обсяг роботи щодо удосконалення технологічних процесів виготовлення плит для футерування кульових млинів теплових електростанцій із високомарганцевої сталі 110Г13Л на підприємстві СО ПАТ «Донбасенерго» «Електроремонт» (ДОДАТОК А).
Авторами досліджено виплавляння сталі методами з окисненням (на «свіжих» шихтових матеріалах) і переплавлянням звороту власного виробництва та купленого металобрухту цієї сталі.
У першому випадку використовували шихту, яка складалась із сталевого і чавунного брухту та феромарганцю. Установлено, що обов’язковою умовою для виплавляння високоякісної сталі є форсоване окислення (до 30 хв). Закінчувати цей процес необхідно при вмісті фосфору в сталі не більше 0,02%. Такі вимоги виконати в умовах потокового виробництва досить важко через використання високофосфористого феромарганцю, а тому фосфору допускають до 0,12%.
З метою економії феромарганцю і використання власних відходів і купованого брухту високомарганцевої сталі слід використовувати метод переплавлення. Така технологія суттєво покращує якість металу і виливків у цілому.
На рис.5.19 показано футерувальні плити, виготовлені із металу, виплавленого методом переплавлення.
а
б
Рис.5.19 – Плити для футерування кульових млинів, використовуваних на теплових електростанціях для розмелювання вугілля: радіальна плита (а) і торцева плита (б)
Висновки
1. Розроблені й удосконалені методики визначення ливарних, механічних і спеціальних властивостей жаростійких,жароміцних і зносостійких сплавів на основі заліза, які забезпечують високі відтворюваність і достовірність результатів.
2. Вивчено технологічні властивості й структури жаростійких сталей різного хімічного складу й установлені оптимальні межі основних елементів – хрому, алюмінію, вуглецю і титану.
Установлено, що найкращий комплекс ливарних і механічних властивостей має сталь із вмістом 25...32 % Cr; 1,2...3,0% Al; 0,25...0,35% С; 0,3...0,6% Ті.
Такій сталі надана марка 30Х30Ю2ТЛ і вона прийнята як базова для подальшого дослідження спеціальних властивостей і процесів мікролегування та модифікування.
3. Досліджено вплив технологічних факторів на процеси виплавляння базової сталі і виготовлення із неї якісних виливків різних габаритних розмірів і геометрії різними способами лиття.
Установлено, що найкращі ливарні, механічні і спеціальні властивості сталь набуває після оптимальних температури перегрівання металу перед заливанням його у форму і послідовності додавання в хромистий розплав легувальних елементів перед випусканням його із плавильного агрегату.
Заливання форм слід здійснювати за температур 1600…1650 ºС. Перед введенням у розплав легувальних елементів з високою спорідненістю до кисню, його необхідно обов’язково розкиснювати за схемою: феромарганець > феросиліцій > 0,2% Al.
4. Досліджено вплив хрому, алюмінію, титану та вуглецю на комплекс спеціальних властивостей сталей.
Установлено, що сталь базового хімічного складу має окалиностійкість в 5…7 разів вищу, ніж хромонікелеві, внаслідок утворення на поверхні виробів захисної плівки, яка складається з оксидів α- Al2О3, Cr2О3 і шпінелі (Cr, Al)3 О4.
5. Досліджена кінетика окиснювання базової жаростійкої сталі, мікролегованої ітрієм, в умовах високих температур і різних агресивних середовищ.
Установлено, що інтенсивне окиснювання поверхні виробів має місце протягом перших 1,5...2,5 годин їх роботи в таких умовах. Найагресивнішим середовищем для сталей такого класу є перегріта водяна пара.
6. Досліджено структуру базової сталі і встановлено вплив її на механічні та експлуатаційні властивості.
Рівномірним розподілом основних легувальних елементів по товщині стінок виробів підтверджена перспективність використання хромоалюмінієвих сталей для виготовлення жаростійких виробів і тривалої їх експлуатації.
7. Вивчено можливість термомеханічного оброблення хромоалюмінієвих сталей з метою розширення галузей їх використання.
8. Розроблено технології виплавляння хромоалюмінієвих сталей в індукційних і дугових електропечах і виготовлення із неї виливків різних габаритних розмірів і геометрії різними способами лиття.
9. Здійснено промислові випробовування технологій у виробничих умовах (ливарний цех СО ПАТ «Донбасенерго» «Електроремонт» (ДОДАТОК А).
Установлено, що хромоалюмінієві сталі мають високі технологічні характеристики й можуть бути використані для виготовлення литих деталей різних розмірів і геометрії і різними способами лиття.
10. Досліджено процеси мікролегування і модифікування базової сталі марки 30Х30Ю2ТЛ.
Установлена технологічна і економічна доцільність мікролегування і модифікування базової сталі. Високі ливарні і механічні властивості сталь набуває після додаткового оброблення її РЗМ у кількості 0,15…0,25% (за присадкою), ітрієм – 0,10…0,25%, кальцієм – до 0,15%, ванадієм – до 0,2%. Використання цирконію як самостійного елемента недоцільне, оскільки він підвищує лінійну усадку.
Цирконій слід додавати в хромоалюмінієву сталь до 0,2% в комплексі з кальцієм або ітрієм.
11. На підставі термодинамічних властивостей хімічних елементів та сучасного уявлення щодо структуроутворення зносостійких сплавів на основі заліза дослідженнями установлено, що для підвищення експлуатаційних характеристик високолегованих білих чавунів необхідно визначати співвідношення основних легувальних елементів – хрому та марганцю залежно від конкретних умов експлуатації деталей та їх конфігурації.
Для виготовлення литих деталей багерних насосів, які працюють в умовах гідроабразивного зносу визначено найбільш раціональне співвідношення хрому і марганцю в чавуні: 18...20% хрому і 3,5...4,5% марганцю.
Хромомарганцевий чавун має такий хімічний склад, % мас.: вуглець – 2,8...3,2; хром – 18,0...20,0; марганець – 3,5...4,5; кремній – 0,6...0,8; фосфор – не більше 0,05; сірка – не більше 0,05.
За умови збільшення концентрації хрому вміст марганцю необхідно зменшувати для збереження високих механічних властивостей металу.
Чавуну надана марка 290Х19Г4 і він прийнятий як базовий для подальшого вивчення процесів мікролегування і модифікування.
12. Досліджені процеси мікролегування і модифікування базового чавуну з метою покращання механічних і експлуатаційних характеристик.
Як мікролегувальну присадку вибрано титан, найдешевший феросплав.
Установлено, що додаткове оброблення базового чавуну титаном в кількості 0,1…0,5 суттєво (на 15...20%) покращує як механічні, так і експлуатаційні характеристики.
13. Розроблено технологічний процес виплавляння та розливання хромомарганцевого чавуну в дугових та індукційних електропечах.
Проведено попередні дослідно-промислові випробування технологічних процесів виготовлення литих деталей багерних насосів, якими установлена перспективність використання технологічного хромомарганцевого зносостійкого чавуну у виробничих умовах.