РАСХОДУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ МАРКИ ЧС82-Ш
CONSUMABLE ELECTRODE FOR STEEL "+T82-+" PRODUCTION

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения слитков ЭШП бор- и титансодержащих коррозионно-стойких марок стали с высокой нейтронной поглощаемостью, в частности стали марки ЧС82.
Известен расходуемый электрод для производства слитков ЭШП, имеющий химический состав, соответствующий готовой стали, в том числе титан и бор. Для сохранения требуемого содержания титана в металле ЭШП переплав осуществляется в атмосфере аргона [1].
Недостатком применения такого электрода является необходимость дополнительного оборудования при переплаве, отсутствие гарантии получения необходимого содержания титана и равномерного распределения его и диборидов титана по объему металла, что повышает нейтронную проницаемость изделий, а также существует вероятность присутствия свободного бора, что снижает пластические свойства металла.
За прототип принят расходуемый электрод для производства слитков стали марки ЧС82 (04Х14Т3Р1Ф) методом ЭШП, содержащий, мас.%: углерод 0,02-0,06, марганец не более 0,5, кремний не более 0,5, никель не более 0,5, хром 13,0-16,0, медь не более 0,30, молибден не более 0,3, вольфрам не более 0,2, ванадий 0,15-0,30, титан 2,3-3,5, алюминий не более 0,5 и бор 1,3-1,8.
Для сохранения титана в готовой стали в процессе переплава шлаковую ванну раскисляют алюминиевым порошком по 90 г/мин каждые 5 мин [2].
Недостатком переплава такого электрода является необходимость дополнительного оборудования и то, что он не гарантирует требуемое содержание титана и равномерность распределения его и диборидов титана по объему готового металла, что повышает нейтронную проницаемость изделий, а также существует вероятность присутствия свободного бора, что снижает пластические свойства металла.
При содержании титана в расходуемом электроде более 4,0%, существует вероятность, что в готовом металле его содержание будет выше требуемого.
При содержании титана в расходуемом электроде мене 3,6%, существует вероятность, что в готовом металле его содержание будет ниже требуемого.
Поэтому предлагаемые пределы содержания титана в металле электрода 3,6-4,0% являются оптимальными.
Такое содержание титана в электроде позволяет без оборудования для дополнительных операций: раскисление флюса алюминиевым порошком в процессе переплава или переплав в атмосфере аргона, гарантировать попадание титана в пределы, требуемые для готового металла, и равномерность распределения титана (а значит и диборидов титана) по объему металла, что повышает нейтронную поглащаемость стали и подтверждается опытными данными, приведенными в таблице 2.
Таблица 2
Распределение титана по высоте и сечению слитка ЭШП.
Место отбора проб на хим. анализ
Массовая доля титана, %
Электрод
3,80
Верхняя часть слитка ЭШП
центр
3,05
½ радиуса
3,07
край
3,06
Центральная часть слитка ЭШП
центр
3,06
½ радиуса
3,05
край
3.06
Нижняя часть слитка ЭШП
центр
3,05
½ радиуса
3,05
край
3,06
2
Количества в готовом металле титана должно быть достаточно для связывания бора в дибориды Ti/В, так как наличие свободного бора снижает технологическую пластичность металла. Из практики производства слитков стали марки ЧС82-Ш выявлено, что при соотношении Ti/В менее 2,0 пластичность металла при переделе значительно ухудшается.
Задачей изобретения является получение гарантированного содержания титана в готовой стали, обеспечение равномерного распределения его и диборидов титана по объему слитка и, как следствие, увеличение нейтронной поглощаемости и пластичности металла при переделе.
Поставленная задача решается тем, что расходуемый электрод содержит, мас.%: углерод 0,02-0,06, марганец не более 0,5, кремний не более 0,5, никель не более 0,5, хром 13,0-16,0, медь не более 0,30, молибден не более 0,3, вольфрам не более 0,2, ванадий 0,15-0,30, титан 3,6-4,0, алюминий не более 0,5 и бор 1,3-1,8, при этом соотношение содержания титана и бора должно быть не менее 2,2.
Для получения качественного металла, а также для повышения его пластичности при переделе целесообразно использовать металл электрошлакового переплава.
В процессе переплава титан частично окисляется, переходя во флюс, поэтому содержание титана в расходуемом электроде должно превышать требуемое в готовой стали на величину его угара при переплаве.
Из опыта работы Златоустовского электрометаллургического завода по освоению технологии переплава стали марки ЧС82 получено, что угар титана составляет от 0,60 до 1,10%. Поэтому для получения в готовом металле содержания титана в пределах 2,3-3,5% его содержание в электроде должно быть в пределах 3,6-4,0%.
Опытные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1
Массовая доля титана в стали до и после ЭШП.
Количество плавок, шт.
Массовая доля титана, %
до ЭШП (в электроде)
после ЭШП (в готовом металле)
min-max
среднее
4 (прототип)
3,0
2,0-2,3
2,2
7
3,5
2,2-2,6
2,3
300
3,6
2,4-2,9
2,5
300
3,8
2,8-3,2
3,0
300
4,0
3,0-3,4
3,3
80
4,2
3,2-3,6
3,5
Требования для готового металла
2,3-3,5
Так как в процессе переплава титан частично окисляется, переходя во флюс, а содержание бора в процессе переплава не изменяется, соотношение титана и бора в металле электрода должно быть больше, чем в готовом металле. Полученные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3
Зависимость пластичности металла от соотношения содержания титана и бора.
Количество слитков, шт.
Соотношение Ti/В
% слитков, разрушившихся при деформации
в электроде (исходном металле)
в готовом металле
2
1,55
1,4
100
8
1,77
1,6
75
42
1,98
1,8
50
364
2,20
2,0
0
467
2,43
2,2
0
235
2,65
2,4
0
Соотношение Ti/В в электроде менее 2,2 приводит к разрушению металла при деформации.
Соотношение Ti/В более указанного на пластичность металла не влияет.
Поэтому соотношение титана и бора в металле электрода должно быть более 2,2.
Применение предлагаемого электрода для переплава на ЭШП позволяет получить металл, отвечающий требованиям заказчика с гарантированным содержанием титана и равномерными свойствами по объему.
Источники информации
1. Сборник технологических инструкций по электрошлаковому и вакуумно-дуговому переплаву завода «Днепроспецсталь», 1979 г.
2. Технологическая инструкция на производство слитков стали марки ЧС82-Ш завода «Мечел».