способ производства биметаллических слитков

Формула изобретения

Способ получения биметаллических слитков вакуумным дуговым переплавом, включающий переплав расходуемых электродов из металла внутреннего слоя в обечайку из металла наружного слоя, отличающийся тем, что непосредственно перед плавкой обечайку подвергают безокислительному нагреву до температуры, равной 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя, при высоте нагреваемой нижней части обечайки, равной 1-6 толщины стенки обечайки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства биметаллов и может быть использовано в черной и цветной металлургии, а также в специальных отраслях машиностроения.

Известен способ получения биметаллических слитков методом электрошлакового переплава, включающий размещение металлической заготовки, являющейся основным слоем биметаллического слитка, в кристаллизатор с зазором от стенки и заплавление этого зазора коррозионностойкой сталью [1].

Недостатком способа является отсутствие гарантии свариваемости слоев слитка из-за постоянного присутствия горячего флюса, попадание которого в зону сварки слоев не исключено. Кроме того, в нижней части слитка возможно несваривание слоев из-за плохого прогрева металлической заготовки, вставленной в кристаллизатор.

Известен способ получения биметаллических слитков, включающий заплавление металла основного слоя в полую обечайку, изготовленную из плакирующего металла путем вакуумного дугового переплава расходуемого электрода на прямой полярности дуги [2].

Недостатком способа является непровар нижней части слитка основного слоя с обечайкой на высоту 1-6 толщины обечайки. Переплав на прямой полярности дуги приводит к загрязнению границы основного металла с обечайкой. В начале переплава, когда начинается плавление электрода, обечайка еще холодная и тепла от наплавляемого металла недостаточно для его сваривания с обечайкой в нижней части слитка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения биметаллических слитков, включающий вакуумный дуговой переплав расходуемых электродов из металла основного внутреннего слоя в полую обечайку плакирующего наружного слоя на обратной полярности дуги наплавлением основного металла в обечайку на высоту, равную ее толщине, с последующей выдержкой без плавления для прогрева обечайки [3].

Применение переплава на обратной полярности дуги позволяет получать чистые границы основного слоя с обечайкой.

Недостатком способа является неравномерное сваривание основного слоя с обечайкой по высоте слитка - в нижней части слитка наблюдаются непровары и она уходит в технологическую обрезь.

Задачей изобретения является улучшение свариваемости слоев в нижней части слитка, качества металла внутреннего слоя и сокращение донной обрези.

Поставленная задача решается за счет того, что обечайку непосредственно перед плавкой подвергают безокислительному нагреву до температуры, равной 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя, при высоте нагреваемой нижней части обечайки, равной 1-6 толщины стенки обечайки.

Нагрев обечайки производят в безокислительной среде, которая предотвращает образование окисной пленки, содержащей шлаковые включения, и не обеспечивает надежного сваривания слоев.

Интервал нагрева обечайки до 0,3-0,8 температуры солидуса металла наружного слоя обусловлен различными температурами плавления сочленяемых пар металлов внутреннего и наружного слоев.

При нагреве обечайки ниже температуры солидуса не достигается требуемый эффект, т.к. в начальный период плавки не создаются необходимые условия для сварки в нижней части слитка. В случае нагрева обечайки выше 0,8 температуры солидуса происходит оплавление наружного слоя и перемешивание внутреннего и наружного слоев, что приводит к большой отбраковке металла.

В результате выполненных экспериментов с различными металлическими парами (сталь 30+95X18), (10ГН2МФА+08Х18Н10Т), (КВК55+КВК37) и др. было установлено, что высота нагреваемой нижней части обечайки в пределах 1-6 толщины стенки обечайки является тем необходимым стартом начала процесса, который обеспечивает равномерное сваривание шва в нижней части слитка, улучшает качество биметалла и сокращает до минимума донную обрезь.

В случае нагрева обечайки на высоту менее одной толщины стенки обечайки не происходит прогрев донной части до необходимой температуры, так как рассеивание тепла превалирует над аккумуляцией его обечайкой, и как результат не достигается надежная сварка в нижней части.

При нагреве обечайки на высоту, превосходящую 6 толщин стенки обечайки, происходит дестабилизация основного процесса плавки из-за наличия излишнего тепла в наружном слое (обечайке), что приводит к подплавлению слоя и нарушению геометрии, т.е. к браку.

Пример конкретного осуществления.

Вакуумно-дуговой переплав осуществляли в обечайку из стали марки 10ГН2МФА с наружным диаметром 600 мм и внутренним 320 мм. В случае неиспользования подогрева обечайки имели место плохая свариваемость слоев, неудовлетворительная макроструктура, и донная обрезь составляла примерно 300 мм или 180 кг/т (см. таблицу).

Таблица
Температура нагрева обечайки	Высота нагреваемой части обечайки	Высота, на которую наплавляемый слиток не приваривается к обечайке, мм	Донная обрезь, кг/т
прототип		300	180
0,2 t солидуса	0,8	200	150
0,3 t солидуса	1,0	50	30
0,6 t солидуса	4,0	45	25
0,8 t солидуса	6,0	40	23
0,9 t солидуса	7,0	300*	180
* из-за расплавления обечайки

При использовании заявляемого способа обечайку подогревали с помощью индуктора в безокислительной среде - вакууме в течение 20 мин до температуры 750°С (0,5 температуры солидуса для стали 10ГН2МФА) и на высоту 280 мм (2 толщины стенки обечайки). При этом было обеспечено надежное сваривание слоев, плотная макроструктура и сокращение донной обрези до 25 кг/т в 6 раз.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №2193071, кл. С22С 9/20, 2000.

2. Патент США №3109235, кл. 29, 1973 г.

3. Авторское свидетельство СССР №435288, кл. С21С 5/56, 1974.