Способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных заготовок

Способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных заготовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсння

Соцнвйнстнчесння

Ресйублнк (бг) Дополнительное к авт;свнд-ву (22) Заявлено 281279 (21) 2859613/22-02 с присоединением эаявин Йо (23) г грнорнтет

Опубликовано 3008Я1. Бгоплетень 3.2

Дата опубликования описания 300881

В 22 0 13/00

Госуяарствеииый комитет

СССР ио ггелам изобретений и открытий (53) УДК 621. 74. .042(088.8) Г.С. Акубон, Н.Н.Александров, Е.В. Герлнванон, г0.Г.Драгунов,:

Н.И. Ермаков, И.И.Комаров, В.И.Львов, Г.С.Иирзоян, Г.N. Слепнев, Г.С. Стрижов и И.N. ТкгльпинЕ

Научно-производственное объединение по технологии машиностроения (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам центрооэжного литья биметаллических крупногабаритных трубных заготовок.

Бурное развитие энергетики, особеннв атомной, ставит перед машиностроителямн ряд задач, связанных с разработкой прогрессивных, менее трудо" емких технологических процессов полу- го чения арматуры (труб, тройников, отводов), обладающих высокой прочностью и коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Сочетание этих свойств возможно только в биметалле.

B настоящее время бесшовные биметаллические трубы, предназначенные для нужд энергетики, работающие при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах, изготовляются из ста- 2О лей: наружной — углеродистой низколегированной, перлитного класса, внутренней — коррозионностойкой, аусте- нитного класса. При этом соединение двух деталей по всей длине отливки .25 должно быть прочньяг, так чтобы при последующей деформации — их изгибе (изготовление отводов) или боковом прессовании (изготовление тройников) не произошло расслоения по зоне свар- Щ ки и не образовались трещины в наружном и внутреннем слое.

Известен способ центробежного литья биметаллических трубных заготовок, включающий поочередную заливку через определенный период времени под слоем синтетического флюса двух сталей различных по химическому составу. Время между заливками определяется исходя из того, что внутренняя поверхность наружного металла имеет температуру на 100-350 С ниже темпе" ратуры его солидуса 1) .

Биметаллические трубы, отлитые данным способом, имеют столбчатую структуру в радиальном направлении:у наружной стали не по всему сечению, а у внутренней (аустенитной) по всей толщине слоя, так как она более склонна к траскристаллизации, чем неэлитная сталь.

Трубы, полученные этим способом, можно испольэовать только в прямом виде. Изготавливать отводы и тройники из таких биметаллических трубных заготовок нель я, из-за низкого коэффициента анизотропии механических свойств сталей. Особенно чувствительна к появлению трещин наружная сталь.

859019

)0

ЗО

5Î

60 для изготовления Отводов и тройников иэ этих биметаллических трубных заготовок путем гибки и бокового прессования необходимо иметь коэффициенты анизотропии механических свой в данных сталей близких к единице. Это можно достичь для наружной (низколегированной) углеродистой стали путем деформации или длительной термообработки при высоких температурах, а для аустенитной - только пластической деформацией - раскаткой,Раскатка н данном случае способствует р» кристаллизации, т,е.превращению столбчатой структуры н ранноосную, мелко зернистую и тем самым повышае r коэффициент аниэотропии механических свойств сэалей, приближая его к единице, а у нержавеющей аустенитной стали еще к тому же повышается стойкость против межкристаллической коррозии.

Таким образом, недостаток данного способа состоит н том, что он требует дополнительного технологического процесса (раскатки), который соответственно требует дополнительного дорогостоящего оборудования и энергозатрат. Кроме того, отечественная прокатная промышленность в настоящее время может раскатывать трубы ограниченного сортамента до диаметра

550 мм. наиболее близким к предлагаемому является способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных заготовок, включающий последовательную заливку Во вращаемую форму металла Основного слоя с синтетическим флюсом и плакирующего слоя, при этом по достижении внутренней поверхностью металла основного слоя а температуры на 100"200 С ниже его температуры солидуса в форму заливают ОпределеннОе кОличесTBG никеля(ПО окончании заливки которого а противо. положисм направлении заливают металл плакирующего слоя, при этом одновременно с началом залинки никеля увеличивают скорость вращения формы на

30-401 От начальной ее скорости p2) .

Данныи способ позволяет получать крупногабаритные трубные заготовки с ВысОким коэффициентом анизОтропии механических свойств только наружной перлитной стали благодаря последующей длительной высокотемпературной термообработки. Из труб, полученных данным способом, можно изготавливать отводы с максимальным углом загиба

90", при радиусе 1,5 м, но нельзя получить тройник методом бокового прессования, так как при данном технологическом процессе возникают большие напряжения и плакирующий слой не выдерживает, т.е. нарушается его целостность.

Таким образом, данный способ имеет ряд недостатков." длительный высокотемпературный режим термообработки; низкий коэффициент анизотропии механических свойств плакирующего слоя и, как следствие этого, невозможность изготовления тройников; дополнительный расход никеля для образования промежуточного слоя — "диффузионного барьера".

Известны способы получения однослойных трубных заготовок методом центробежного литья без последующей дополнительной деформации при минимальном (по времени) режиме термообработки с равноосной и мелкозернистой структурой по всему сечению заготовки, включающие подачу на струю металла модификаторон различного рода, которые являются либо уже готовыми центрами кристаллизации, либо изменяют межфазное натяжение на границе расплав-кристалл в процессе кристаллизации. Как пранило надежные, стабильные результаты при центробежном литье дают модификаторы первого рода, т.е. введение дополнительных центров кристаллизации (введение металлического порошка как отдельно, так и совместно с флюсом) 33 и (43

Использование модификаторов второго рода для получения высокой физической и химической однородности по всему сечению центробежных однослойных трубных заготовок имеет ряд недостатков, связанных со строгим контролем технологических температурных режимов литья, т.е. н данном случае необходима минимальная температура заливки металла и минимальное время вовлечения заливаемого металла но вращение. Кроме того, расплавы, обработанные модификаторами второго рода, не позволяют отливать протяженные однослойные центробежные трубные заготовки иэ-за плохой жидкотекучести металла °

Цель изобретения - повышение прочности и равномерности сваривания двух металлов по всей длине заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов с однородной и мелкозернистой структурой при одновременном сокращении технологического цикла изготовления. указанная цель достигается тем, что в способе центробежного литья биметаллических. трубных заготовок,включающем последовательную заливку во вращаемую форму металла основного слоя и металла плакирующего слоя,заливку плакирующего слои произнодят при температуре на 30-50ОС выше температуры его ликаидуса по достижении внутренней поверхностью металла основного слоя температуры на 30-70 С о ниже его температуры солидуса, при этом при заливке металла основного слоя на его струю подают механическую смесь железного порошка и синтетического флюса в количестве соотнет"859019 ственно 0,6 — 0,8% и 0,75-0,85% от его массы, а при заливке металла плакирующего слоя на его струю подают порошкообразный силикокальций в количестве 0,2-0,35% от его массы.

Предлагаемый способ позволяет получать крупногабаритные центробежные биметаллические трубные заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов с равномерным и прочным свариванием двух металлов по всей длине заготовки, с высоким коэффициентом анизотропии механических свойств двух сталей, при одновременном сокращении технологического цикла изготовления, Подача на струю основного металла порошкообразной механической см си, состоящей из 0,75-0,85% синтетического флюса и 0,6-0,8% железного порош ка, обеспечивает получение коэффициента анизотропии механических свойств основного слоя в литье, равного 0,90, при одновременном увеличении механических характеристик.

При уменьшении количества вводимого железного порошка меньше 0,6% от массы основного слоя резко уменьшается коэффициент анизотропии механических свойств. При увеличении количества вводимого железного порошка больше

0,8% от массы основного слоя с одинаковым количеством синтетического флюса, равного 0.,75-0,85%, увеличивается загрязненность м талла неметаллическими вкЛючениями.

Данное количество синтетического флюса, равное 0,75-0,85% от массы основного слоя, достаточно рафинирует его от неметаллических включений и обеспечивает надежную защиту внутренней поверхности основного металла от окисления и вторичного фронта кристаллизаци =.

Порошкообраэный модификатор — силикокальций марки KaCv 30, введенный на струю лакирующего слоя в количестве 0,2-0,35%, способствует введению в расплав 0,06%-0,10% Са (поверхностно-активного элемента), обеспечивающего равноосную и мелкозернистую структуру по всей толщине плакирующего слоя и коэффициент анизотропии механических свойств, равный 0,95, при этом температура заливки металла должна быть минимальной и составлять

30-50 С выше температуры его ликвидуса. При превышении температуры заливки выше, чем на 50 С температуры его ликвидуса, пропадает эффект модифицирования,а при понижении ниже температуры, чем на 30 С превышающую о температуру его ликвидуса, ухудшается жидкотекучесть расплава.уменьшение количества подаваемого модификатора ниже 0,20% от массы плакирующего слоя или увеличение выше 0Ä35% приводит к пропаданию эффекта модифицирования.

Температурныи интервал внутренней поверхности основного слоя, равный

30-70аС ниже его температуры солиду1 са при температуре заливки плакирующего слоя, равном на 30-50 С выше температуры его ликвидуса, выбран исходя из того, что при температуре внутренней поверхности основного металла ниже 70 C его температуры солидуса происходит плохое сваривание двух металлов по всей длине заготовС7 ки, а при тем.|ературе до 30 С ниже .температуры солидуса основного металла происходит частичное его расплавление в зоне падения струи плакирующего металла в форму, в результате

15 чего образуется нечеткая граница сваривания.

Пример. Отливку биметаллических трубных заготовок осуществляют на центробежной валковой машине в изложЩ ницу диаметром 265 мм и длиной 1500мм.

Основной металл выплавляют в дуговой печи ДСП"05, а плакирующий слой в ИСЧ-015. В качестве основного слоя используют сталь 10ГН2ИФА, а в качестве плакирующего слоя — аустенитную сталь марки 08Х18Н10Т. В качестве синтетического флюса используют флюс следующего состава,%: NaF 25, S i0g 10, 8,10% 10, Ма10 23, СаО 32, а в качестве модификатора первого рода; для основного слоя используют железный порошок марки ПЖ-1К, для плакирующего слоя — порошкообраэный силикокальций марки СаСи 30. Заливку металлов в форму осуществляют последовательно

35 с двух концов. Заливку основного металла производят при гравитационном коэффициенте на наружной поверхности.,равным 105 (на внутренней поверхности основного слоя с гравитацион (). ным коэффициентом, равным .О). Температура заливки основного металла составляет 1560-.1580 С, плакирующего слоя 1490"1510 С. Интервал между заливкой основного и плакирующего слоев составляет 9, 5-10,0 мин. На струю основного слоя, спустя 5 с с начала его заливки, подают порошкообразную механическую смесь из синтетическогс флюса в количестве 0,75-0,85% и железного порошка в количестве 0,6-0,8%

® от массы основного металла.

При заливке плакирующего слоя на его струи присаживают порошкообразный силикокальций из расчета введения в расплав 0,06-0,1% Са, при этом од5S новременно с началом заливки плаки- рующего слоя увеличивают скорость вращения формы на 30% по сравнению с первоначальной, т.е. на двигателе до

1000 об/ мин. После отливки трубнЫе биметаллические заготовки извлекаются из формы при 800-850 C и загружаются в термическую печь, где они термообрабатывают я па режиму: гомогенизирующий отжиг при 970-1000 С в течение 2 ч с последующим охлаждением отли859019

Фор!!!ула изобретения

Составитель А, Ми наев

Редактор Ю. Ковач Техред А. Савка Корректор С. Шекмар

Заказ 7417/22 Тираж 869 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, ужгород, ул. Проектная, 4 вок с печью до 150-200 C,äàëeå отливки проходят нормализацию при 900-920" С с последующим высокотемпературным отпуском при 650"660 С в течение

10 ч. Биметаллические центробежнолитые :.ðóáíûå заготовки отлитые по предлагаемому способу и термообработанные по данному режиму имеют равномерное, прочное сваривание по всей длине заготовок,равноосную и мелкозернистую структуру по всему сечению заготовок с коэффициентом анизотропии механических свойств для основного слоя, равным 0,95-0,97, а для плакирующего слоя 0,95.

В настоящее время предлагаемый спОООб находится на стадии лабОратОрных испытаний.

Предлагаемый способ позволяет получать крупногабаритные биметаллические трубные эа3.ОТОвки иэ сталей пер литного и аустенитнок о классов с прочными равномерным свариванием двух металлов по всей длине заготовки при одновременном сокращении технологическОго цикла и улучшении качества иэделия гутем повышения коэффициента аниэотропии механических свойств основного и плакирующего металлов.

Способ центробежного литья крупногабаритных биметаллических трубных заготовок, включающий заливку во вращаемую форму металла основного слоя,, металла плакирующего слоя и подачу флюса, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и равномерности сваривания двух металлов по всей длине заготовки из сталей перлитного и аустенитного классов, заливку металла плакирующего слоя производят при температуре на

30-50 С выше температуры его ликвидуса по достижении внутренней поверхностью металла основного слоя температуры на 30-70 С ниже его темперао туры солидуса, причем при заливке металла основного скоя на его струю подают механическую смесь железного порошка и синтетического флюса в количестве соответственно 0,6-0,8Ъ и

0,75-0,85Ъ от его массы, а при заливке металла плакирующего слоя на его струю подают порошкообраэный силикокальций в количестве 0,200,35% От его массы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

358074, кл. В 22 0 13/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2559868/22-02, 02.12.77.

3. Авторское свидетельство СССР

9 445514, кл. В 22 0 13/00, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 608602! кл ° B 22 0 13/00, 1976.