Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением
Обобщены результаты исследования возможностей укрупнения слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением жидким металлом (ЭШНУ ЖМ). Сформулированы основные технологические этапы изготовления слитков в промышленном производстве. Результаты исследований положены в основу разработки кон...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Современная электрометаллургия |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96543 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением / А.А. Полишко // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 14-16. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96543 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-965432016-03-19T03:01:32Z Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением Полишко, А.А. Электрошлаковая технология Обобщены результаты исследования возможностей укрупнения слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением жидким металлом (ЭШНУ ЖМ). Сформулированы основные технологические этапы изготовления слитков в промышленном производстве. Результаты исследований положены в основу разработки концепции печи для получения крупных слитков ЭШНУ ЖМ. Results of investigations of enlargement of ingots by successive circumferential electroslag surfacing with liquid metal (ESS LM) are generalized. Main technological stages of manufacture of ingots under industrial conditions are formulated. The results of investigations were used as a basis for development of the conception of furnace for producing large ESS LM ingots. 2012 Article Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением / А.А. Полишко // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 14-16. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0233-7681 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96543 669.117.56 ru Современная электрометаллургия Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология |
| spellingShingle |
Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология Полишко, А.А. Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением Современная электрометаллургия |
| description |
Обобщены результаты исследования возможностей укрупнения слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением жидким металлом (ЭШНУ ЖМ). Сформулированы основные технологические этапы изготовления слитков в промышленном производстве. Результаты исследований положены в основу разработки концепции печи для получения крупных слитков ЭШНУ ЖМ. |
| format |
Article |
| author |
Полишко, А.А. |
| author_facet |
Полишко, А.А. |
| author_sort |
Полишко, А.А. |
| title |
Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением |
| title_short |
Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением |
| title_full |
Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением |
| title_fullStr |
Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением |
| title_full_unstemmed |
Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением |
| title_sort |
укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Электрошлаковая технология |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96543 |
| citation_txt |
Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением / А.А. Полишко // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 14-16. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT poliškoaa ukrupnenieslitkovposledovatelʹnymkolʹcevymélektrošlakovymnaplavleniem |
| first_indexed |
2025-07-07T03:45:40Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:45:40Z |
| _version_ |
1836958289100800000 |
| fulltext |
УДК 669.117.56
УКРУПНЕНИЕ СЛИТКОВ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ КОЛЬЦЕВЫМ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ НАПЛАВЛЕНИЕМ
А. А. Полишко
Обобщены результаты исследования возможностей укрупнения слитков последовательным кольцевым электрош-
лаковым наплавлением жидким металлом (ЭШНУ ЖМ). Сформулированы основные технологические этапы из-
готовления слитков в промышленном производстве. Результаты исследований положены в основу разработки кон-
цепции печи для получения крупных слитков ЭШНУ ЖМ.
Results of investigations of enlargement of ingots by successive circumferential electroslag surfacing with liquid metal
(ESS LM) are generalized. Main technological stages of manufacture of ingots under industrial conditions are formulated.
The results of investigations were used as a basis for development of the conception of furnace for producing large ESS
LM ingots.
Ключевые слова : последовательное кольцевое ЭШНУ
ЖМ; модельные слитки; высоколегированная сталь; зона
сплавления
Для производства газовых турбин требуются круп-
ные слитки из высоколегированных сталей и спла-
вов массой от 12 до 18 т и диаметром от 900 до
1000 мм, в отличие от получаемых, например из
сплавов типа Инконель 718, слитков диаметром до
700 мм при сложившемся в производстве тройном
переделе (ВИП + ЭШП + ВДП) [1] и одностадий-
ном ЭШП диаметром до 450 мм.
Новые возможности для совершенствования тех-
нологии ЭШП производства крупных слитков, в
том числе для дисков мощных современных газовых
турбин из высоколегированных сталей и сплавов,
а также другой крупнотоннажной машинострои-
тельной продукции, открывает разработанный в
ИЭС им. Е. О. Патона технологический процесс
электрошлаковой наплавки жидким металлом
(ЭШН ЖМ), т. е. разработка на основе ЭШН ЖМ
нового способа формирования однородной структу-
ры крупных слитков с применением последователь-
ного кольцевого электрошлакового наплавления
жидким металлом одного и того же химического
состава с целью их укрупнения (ЭШНУ ЖМ) [2]
(рис. 1). Применение ЭШНУ ЖМ позволяет су-
щественно уменьшить сечение и объем кристалли-
зующегося металла, который последовательно нап-
лавляется за один раз на укрупняемый слиток, и
соответственно ослабить развитие ликвационных
процессов в каждом наплавляемом слое.
Однако для реализации этого способа укрупне-
ния слитков требовалось изучить влияние техноло-
гических и металлургических особенностей после-
довательного кольцевого ЭШНУ ЖМ одного и того
же химического состава на формирование однород-
ной структуры в укрупняемых слитках, для чего
необходимо проведение комплекса дополнитель-
ных исследований.
Исследования мы проводили при изготовлении
модельных и экспериментальных слитков ЭШНУ
ЖМ круглого сечения диаметром 180…350 мм
(рис. 2) с использованием токоподводящих крис-
таллизаторов соответствующих диаметров, которые
устанавливались на неподвижной платформе элек-
трошлакового комплекса УШ-149, по схеме вытяж-
ки слитка из кристаллизатора вниз [3].
В результате выполнения теоретических и экс-
периментальных работ решены следующие задачи:
изучены технологические и металлургические
особенности последовательного кольцевого ЭШНУ
ЖМ на модельных слитках с применением лабора-
торного оборудования [4];
исследованы особенности формирования путем
ЭШНУ ЖМ однородной структуры зоны сплавле-
ния модельных слитков [5, 6];
оценено влияние термического цикла последо-
вательного кольцевого ЭШНУ ЖМ на структуру и
химическую однородность металла модельных
слитков [7];
исследованы механические свойства литого ме-
талла зоны сплавления модельного двухслойного
слитка из высоколегированной стали типа 316L
(03Х17Н14М3) [8];
разработаны технологические рекомендации от-
носительно реализации процесса ЭШНУ ЖМ для
© А. А. ПОЛИШКО, 2012
14
получения крупных слитков в промышленном про-
изводстве [9].
В процессе оценки возможностей последователь-
ного кольцевого ЭШНУ ЖМ для укрупнения слит-
ков использовали современные аналитические, рас-
четные и экспериментальные методы с привлечени-
ем общепринятых методик металлографических ис-
следований макро- и микроструктуры металла, в
том числе фрактографические, стандартные мето-
дики определения механических свойств металла.
В связи с тем, что изготовление крупных слитков
экспериментальным путем на стадии разработки но-
вого способа ЭШНУ ЖМ требует больших затрат,
особенно с учетом стоимости материала, электри-
ческой энергии, в лабораторных условиях оно прос-
то невозможно без примене-
ния методов математического
и физического моделирова-
ния. Кроме того, в ИЭС им.
Е. О. Патона специально раз-
работана методика, представ-
ленная в работе [10].
Исследования с использо-
ванием математического и
физического моделирования
процесса укрупнения слитков
последовательным кольцевым
ЭШНУ ЖМ, результатов пря-
мых экспериментов и метал-
лографического анализа мо-
дельных слитков, в том числе
с применением исследователь-
ского комплекса Gleeble 3800
с полностью цифровой систе-
мой термических испытаний
[11—13], дали возможность
определить параметры крис-
таллизации двухфазной зоны
для укрупненных слитков ЭШНУ ЖМ диаметром
до 1030/1200 мм (градиент температур, время пре-
бывания в двухфазной зоне, дисперсность дендрит-
ной структуры). Установлено, что для слитка ЭШНУ
ЖМ диаметром 520… …690 мм градиент температур
составляет 47, а для обычного слитка ЭШП диамет-
ром 690 мм – 9…10 °С/см, время пребывания в
двухфазной зоне – соответственно 490 и 2200 с;
расстояние между осями дендритов второго порядка
для слитков ЭШНУ ЖМ с увеличением диаметра
от 350/520 до 1030/1200 мм уменьшается от 127 до
105 мкм, тогда как для обычных слитков ЭШП данный
параметр с увеличением диаметра от 350 до 690 мм
повышается и со-ставляет соответственно 130 и
174 мкм. Это объясняется уменьшением сечения и
Рис. 2. Внешний вид модельных слитков ЭШНУ ЖМ: а – двухслойный диаметром 110/180 мм
(сталь типа 316L + сталь типа 316L); б – трехслойный диаметром 110/180/350 мм (сталь
10 + сталь 10 + сталь 20)
Рис. 1. Схема укрупнения слитков последовательным кольцевым ЭШНУ ЖМ: а – выплавка исходного слитка; б – однократное
электрошлаковое наплавление; в – последовательное двукратное наплавление; 1 – заливочное устройство для подачи жидкого
металла в кристаллизатор; 2 – токоподводящий кристаллизатор; 3 – шлаковая ванна; 4 – металлическая ванна; 5 – центральный
слиток; 6, 7 – слои металла соответственно после одно- и двукратного наплавления
15
объема металла, который одновременно кристалли-
зуется в процессе последовательного кольцевого
ЭШНУ ЖМ, а также влиянием дополнительного
теплоотвода к центральному слитку.
Для определения качества литого метала ис-
пользовали общепринятую методику оценки рассто-
яний между осями дендритов второго порядка при
помощи компьютерной программы «Tescan». Таким
образом, определили уровень дисперсности дендрит-
ной структуры и установили достоверность матема-
тической модели на основе сравнения расчетных
расстояний между осями дендритов второго поряд-
ка для слитков ЭШНУ ЖМ и данных, полученных
в результате экспериментальных исследований.
Так, для слитка диаметром 110/180 мм матема-
тически рассчитанное расстояние составляет 82 мкм,
а после экспериментальных исследований – 85 мкм,
а для слитка диаметром 860/1030 мм – соответс-
твенно 108 и 106 мкм.
Применение металлографических, фрактогра-
фических исследований, физико-механических ис-
пытаний зоны сплавления слоев металла показали
высокую химическую и структурную однородность,
стабильные значения физико-механических свойств
на разных уровнях по высоте модельного слитка.
Ударная вязкость KCV литого металла в зоне тер-
мического влияния после ЭШНУ ЖМ составляет
240…298 Дж/см2 (согласно нормативам AISI для
исходной стали типа 316L (03Х17Н14М3), в дефор-
мированном состоянии – 182…312 Дж/см2).
Таким образом, подтверждена возможность
формирования крупных слитков последовательным
кольцевым ЭШНУ ЖМ слоя металла заданного хи-
мического состава на центральный слиток анало-
гичного химического состава с обеспечением высо-
кой химической и структурной однородности ме-
талла зоны сплавления в укрупненном слитке.
Полученные результаты положены в основу раз-
работки концепции печи для изготовления крупных
слитков диаметром от 1400 до 3200 мм и массой до
300 т. Также определены основные технологические
этапы их изготовления [9].
1. Large 718 forgings for land based turbines / R. C. Schwant,
S. V. Thamboo, A. F. Anderson et al. // Proc. of Intern.
Symp. Superalloys 718, 625, 706 and Various derivatives by
the MMMS (June 15—18, 1997, Pennsylvania). – Pennsylva-
nia, 1997. – P. 141—152.
2. Новый технологический процесс получения сверхкрупных
стальных слитков способом ЭШН ЖМ / Б. Е. Патон,
Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко и др. // Современ. элект-
рометаллургия. – 2007. – № 1. – С. 3—7.
3. Полішко Г. О. Особливості укрупнення зливків послідов-
ним кільцевим електрошлаковим наплавленням: Автореф.
дис. … канд. техн. наук. – Київ, 2011. – 19 с.
4. Оцінка можливості отримання круглих стальних зливків
вагою 60 т на базі 20-тонної печі ЕШП / Г. О. Полішко,
О. Г. Ремізов, М. Т. Шевченко та інш. // Спец. мета-
лургія – вчора, сьогодні, завтра: Зб. наук. робіт сту-
дентів і випускників кафедри ФХОТМ. – Київ:
Політехніка, 2007. – С. 17—25.
5. Полишко А. А. Металлографические исследования пере-
ходной зоны соединения модельного многослойного слит-
ка, полученного методом ЭШН ЖМ из высоколегирован-
ной стали 316L (AISI) // Зб. наук. праць НУК. –
2008. – № 5. – С. 47—51.
6. Оценка распределения неметаллических включений в ли-
том металле стали типа 316 после кольцевого электрошла-
кового наплавления жидким металлом / А. А. Полишко,
Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко и др. // Современ. элект-
рометаллургия. – 2012. – № 1. – С. 19—21.
7. Влияние термического цикла ЭШН ЖМ на структуру мо-
дельного многослойного слитка / Л. Б. Медовар,
В. Я. Саенко, А. А. Полишко и др. // Зб. наук. праць
НУК. – 2010. – № 1. – С. 75—83.
8. Формирование структуры и свойств стали типа 316 при
последовательной кольцевой электрошлаковой наплавке
жидким металлом / А. А. Полишко, Л. Б. Медовар,
В. Я. Саенко и др. // Автомат. сварка. – 2012. –
№ 2. – С. 29—32.
9. Электрошлаковые технологии получения крупных куз-
нечных слитков / Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко, Стовп-
ченко А. П. и др. // Современ. электрометаллургия. –
2010. – № 3. – С. 5—10.
10. Математическое моделирование процессов укрупнения
слитков из высоколегированных сталей и сплавов спосо-
бом электрошлаковой наплавки жидким металлом в токо-
подводящем кристаллизаторе / В. И. Махненко, Л. Б. Ме-
довар, В. Я. Саенко и др. // Там же. – 2008. – № 4. –
С. 30—37.
11. Полишко А. А., Королева Т. В., Костин В. А. Особеннос-
ти формирования зоны сплавления слоев при укрупнении
слитков ЭШНУ ЖМ // V Всеукр. наук.-техн. конф. мо-
лодих вчених та спеціалістів «Зварювання та суміжні тех-
нології»: Тез. доп. (27—30 травня 2009 р., м. Київ, Ук-
раїна). – Київ, 2009. – С. 133.
12. О моделировании процесса ЭШН ЖМ для укрупнения
слитков / В. И. Махненко, Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко
и др. // Сб. тез. докл. V междунар. конф. «Математи-
ческое моделирование и информационные технологии в
сварке и родственных процессах» (25—28 мая 2010 г., пос.
Кацивели, республика Крым, Украина). – Київ,
2010. – С. 46.
13. Моделирование процесса укрупнения слитков методом
ЭШН ЖМ / В. И. Махненко, Л. Б. Медовар, В. Я. Са-
енко и др. // Сб. тр. V междунар. конф. «Математичес-
кое моделирование и информационные технологии в свар-
ке и родственных процессах» . – Киев: ИЭС им. Е. О. Па-
тона НАН Украины, 2010. – С. 126—133.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 24.04.2012
16
|