Титан в нержавеющей стали // Ti in corrosion resistant steel
Published by Ната on Апрель 15th, 2010
in Форум
В индукционной печи плавим нержавейку 08Х18Н10Т для АЭС. Слитки подковываем и переплавляем в ЭШП, далее - свободная ковка. Есть проблема неравномерного распределения титана. Если доводим в индукционной печи до верхнего марочного +0,2% (в расчете на угар при ЭШП), в поковках - либо недо-, либо перебор. В чем может быть причина?
Спасибо.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправить комментарий
dima333a on Апрель 15th 2010
Честно говоря не встречался с такой проблеммой ранее, поэтому мой совет скорее общий нежели относящийся к данной проблемме в частности.
1. Какой диапазон содержания Тi допустим в поковке? Насколько сильно недобор или перебор? Насколько точно поддерживаете содержание других элементов, особенно Si и C ?
2. Проверить хим. состав слитков из индукционной печи ( top & bottom) и убедится что ЭШП электрод имеет правильный хим состав.
3. Обратить внимание на режим ЭШП, шлак, и режим обдува шлаковой ванны.
Я надеюсь что каждый раз плавим тем же самым способом, т.е. тот же размер слитка, та же печь ЭШП... и т.д.
Olg on Апрель 16th 2010
Плавите, наверно в тигле,а если на набивных кварцевых материалах, то должны быть проблеммы с Si.
Ti- сильный раскислитель и продукты раскисления сильно ликвируют по телу слитка, причем, чем больше размер слитка, тем выше ликвация. А при определении хим состава спектрометр не распределяет титан на свободный и связанный, а дает общее содержание элемента.
Стоит проверить шлак после плавки на содержание титана - если титан есть, то в связанном виде, если нет, то связанный титан переходит в отливку ЭШП, причем с тем же распределением, с каким он ликвировал при криталлизации слитка.
Ната on Апрель 16th 2010
Сечение индукционного слитка - 350х300, электрода - кв.220, слитка ЭШП - 315х370.
Есть предположения, что титан находится в слитке в восновном в виде нитридов, которые ликвируют к центру при кристаллизации?
Ната on Апрель 16th 2010
О тигле - футеровка хромомагнезитовая, с кремнием проблемы нет
Ната on Апрель 16th 2010
Спасибо за ответ. Поясняю:
1.В готовой поковке содержание титана должно быть в пределах 5хС-0,7%. Содержание C и Si в исходной индукционной плавке стабильное. Имеет место именно наравномерное распределение титана по слитку: как в нижней и верхней части, так и от периферии к центру.
2. Из индукционной печи отбираем стандартную маркировочную пробу, разливаем из печи сифонным способом (минуя ковш). После ковки слитков до электродов, делаем контрольные замеры, правда при помощи переносного анализатора. Уже на этой стадии обнаруживаем различное содержание титана по высоте слитка. После ЭШП (на поковках) разбег еще больше. На некоторых поковках содержание не укладывается в требования ГОСТ.
3. Что касается режимов на ЭШП. Может ли повлиять на стабильность процесса наличие трещин на поверхности электрода? Если да, то почему такое влияние оказывает именно на распределение титана по сечению слитка?
dima333a on Апрель 16th 2010
Ну теперь ситуация вырисовывается более точно
Я бы смотрел на сл. аспекты:
1. Контроль процесса отливки электродов. Тут типичные кандидаты для рассмотрения скорость заполнения форм и температура заполнения. При этом пытаемся улутшить равномерность распределения титана.
2. Вы электроды переворачиваете? Т.е. при ЭШП электрод ориентирован так же как и при его отливке, или "в верх ногами"? Обыно переворот электрода " в верх ногами" помогает справится с неравномерностью распределения легких элементов по высоте переплавного слитка.
3. ЭШП в общем довольно таки "forgiving" к качеству электродов, но естественно что максимум качества достигается при максимально хорошем электроде.
Я так понимаю что в вашем случае то не локальная неоднородность или дефекты в слитке, а более глобальная неоднородность по всему обьему слитка, особенно снизу в верх? По крайне мере я бы ожидал именно такого эффекта.
Ната on Апрель 16th 2010
Насчет переворачивания - надо попытаться проследить, спасибо.
Еще одно предположение: наличие на поверхности электродов окалины (после подковывания) видимо тоже может сделать свое черное дело, именно в отношении титана?
dima333a on Апрель 17th 2010
С окалиной мне думается вы верно подметили. Как тут уже упомянули, Ti имеет высокое сродство к кислороду, соответственно будет востанавливать железо. Но... тем же самым макаром будут действовать и Si и C.
С другой стороны обычно поверхность электродов ЭШП не подвергают никакой обработке, по крайне мере литых. Исключение составляет тройной переплав, там даже ЭШП электроды чистенькие. Хотя в вашем случае, после подковывания возможно остается действительно слишком много окалины. Это можнет повлиять как на общий уровень потерь Ti, так и на локальную неоднородность.
Ната on Апрель 18th 2010
И все же я думаю при ЭШП бороться с неоднородностью любых элементов (особенно по высоте слитка) проблематично, т.к. из-за небольшого слоя жидкого металла перераспределение происходит только в пределах горизонтальной зоны. Надежда в этом случае только на шлак, но влиять на состав шлака при ЭШП можно только в ограниченных пределах, к тому же точно зная, на что именно нужно влиять.
Вернемся к индукционной плавке. Искала в литературе пояснения по проблеме неоднородности. В основном титан дают в ковш (полностью или частично), считая, что в ковше достигается максимальное перемешивание. Но в нашем случае, во-первых, разливка сразу из печи, во-вторых, в печи перемешивание хорошее засчет индукции. Есть два параметра, с чем можно "поиграть" - время перемешивания (от дачи титана до выпуска) и температурный режим в этот период.
Интересовалась у коллег-металлургов. Похоже никто особо с такой проблемой не сталкивался. Где же искать ошибку?...
dima333a on Апрель 18th 2010
1. Надо боротся с проблеммой там, где она максимально выраженна, т.е. смотреть насколько выраженна неоднородность в электроде и в слитке ЭШП и делать выводы.
2. Титан дают в ковш в случае традиционной дуговой печи. Причины для этого вполне определенные - плохое перемешивание в дуговой печи и попытка дать титан как можно ближе к разливке, а то он весь выгорит. У вас индукционная печь которая уже сама по себе сносно замешивает. Там есть нюансы, но если у вас нету специальной системы перемешивания, то боротся с ними сложно. Обратите внимание на то как Ti вводится в расплав. С точки зрения времени перемешивания и температурного режима- да вы правы. Но тут у вас ограничения - вводим Ti как можно ближе к разливке, соответственно с температурой особо не поиграешся - надо уже метить на разливочную температуру. Время перемешивания на известном мне предприятии - порядка 15-20 минут ( ввод кальция в сталь) ну и ковш еще едет на разливку минут 10.
3. Если действительно наблюдается градиент Тi по высоте слитка, то перевертывание электрода при ЭШП точно поможет. ЭШП это очень гибкий процесс, зря вы так уверовали в его ограниченность. Более того -проблемма неоднородного рапсределения Ti- необязательно в виду плохого механического перемешивания, ведь растворимость Ti в жидкой стали фактически неограниченная.
4. Если есть локальные "пятна" в распределении Ti, то я бы волновался по поводу трешин и окалины на электроде.
Olg on Апрель 19th 2010
1. Ввод титана - лучше всего в "колокольчике" под шлак. Если этот термин неизвестен, то обратитель к литейщикам, они разъяснят, для них это уже история (ввод магния в чугун раньше осуществлялся именно так, уже потом были разработаны другие методы, да и в производстве цветных сплавов, зачастую пользуются таким приемом).
2. Сифонная отливка слитка - сечение Вы назвали, а каков материал изложницы? Какова толщина стенок в изложнице, или сталь заливается в керамическую форму (землю)? Есть ли прибыльная часть, или слиток "бесприбыльный"? Есть ли отсечка шлака при заливке? Сделаю предположение, что слиток выполнен по классической схеме с прибыльной частью, с хорошим утеплением зеркала металла при кристаллизации. Тогда все неметаллические всплывают в прибыльную часть, которая при ковке не удаляется, в последующем сварка слитков в электрод - переплав - ступенчатое распределение Титана по сечению. Для проверки этого предположения стоит пожертвовать 1/3 отлитого слитка с прибыльной части, сделать продольный темплет - определить глубину залегания усадочных дефектов - определить размер головной обрези поковки перед сваркой слитков в электрод. Головная обрезь может использоваться при последующей выплавке данной марки стали, правда на сохранение титана в стали при переплаве расчитывать не стоит.
3. После ковки заготовки стоит подвергнуть абразивной зачитке до чистого металла. Это и удаление окалины, и частичный контроль поверхнолсти заготовки.
Ната on Апрель 19th 2010
1. Про "колокольчик" выясню, спасибо. Но мы даем титан после скачивания шлака на зеркало металла.
2. Изложницы чугунные. Толщина стенок - 80мм. Слитки весом около 900кг, бесприбыльные (прибыльные надставки под печь не помещаются), наверное это неправильно, но поскольку дальше идет ковка и затем ЭШП, на этом не зацикливались. Шлак при заливке отсекается. При ковке электродов под ЭШП (на последнем выносе) верхняя (грязная) часть слитка отрубается. До отрубания эта часть используется для захвата манипулятором.
3. Поковки делаются с припуском +10мм, в дальнейшем подвергаются механической обработке. Часто именно при сдаче продукции обнаруживаем титановую неоднородность в готовой продукции.
Уже много лет плавим титанистые марки. Достоверной считали пробу, отобранную при заливке слитков (на канаве). Возможно и раньше по слитку титан распределялся неравномерно. Заморочки пошли с тех пор, как по требованиям атомщиков пришлось подвергать сталь электрошлаковому переплаву (требования по НВ и пр.).
Olg on Апрель 19th 2010
1. В "колокольчике" можно отдавать и под шлак, да и усвоение жолжно быть выше, тем более, что шлак при разливке отсекается.
2. Бесприбыльные слитки имеют один недостаток - усадочные дефекты, особенно при хорошем утеплении зеркала жидкого металла, могут достигать до 2/3 по высоте слитка (Именно по этому трубники отказались от слитков для трубной заготовки и перешли на заготовку МНЛЗ, но и там есть свои заморочки в виде центральной пористости, которая потом вылазит на внутреннюю поверхность труб). Свой совет по отрезке и исследованию 1/3 верхней части слитка, все-таки оставляю в силе. не поленитесь, и получите много полезной информации для размышления и самостоятельного принятия решения.
3. Поковки с припуском +10мм под мех обработку в общем неплохо, но посчитайте потери металла, все-таки абразивная обдирка будет экономичней.
4. Интересно, атомщики сами ввордят в ТТ ЭШП, или это Ваше решение, для выполнения их уровня требований (требования по НВ и пр.).
5. Последний вопрос. конечная заготовка - полая внутри (типа цилиндра) или корпусная полнотелая заготовка?? Для каждого типа продукции возможно применение своего технологического решения.
Ната on Апрель 19th 2010
По пунктам:
2. Усадочные дефекты, по крайней мере, большая их часть, выводится в процессе ковки электродов и обрубается в конце ковки, как я уже описывала выше. Кроме того, разве при ЭШП эти дефекты не должны устраняться? Мне кажется, макротемплет верхней трети слитка не особо прояснит проблему. Величина усадочной раковины зависит также и от субъективных факторов: от плавки к плавке меняются разливщики, сталевары и т.д.
3. Абразивной зачистке подвергаются только электроды перед ЭШП с целью удаления окалины, образующейся после их подковывания, и промежуточного контроля титана. "Стреляем" в нескольких местах по высоте электрода, хотя, я полагаю, эти показания не очень достоверны - просто дают общую картину распределения титана.
Механически обрабатываем поковки по условиям договора поставки - максимально приближаем к размерам готовой детали. Большая часть поковок - полнотелая, часть из них прошиваем на стане винтовой прокатки, также с последующей механической обработкой.
4. Про ТТ атомщиков - это отдельная песня! В ТУ указаны только два вида плавильных агрегатов: мартеновская печь и ДСП. Составляли ТУ видимо машиностроители, они похоже, не знали о существовании других видов печей, в частности индукционных. Там еще есть приписка: "допускается обработка на установках ЭШП". ТУ древнее, пришлось исполнять букву закона. К тому же требования по НВ и пр. - без ЭШП рисковать не стали.
5. По поводу полых заготовок указала выше, делаем и те, и другие.
Olg on Апрель 20th 2010
1. Да, большая часть дефектов обрубается в конце ковки, но неметаллические включения скапливаются на дне усадочной раковины. Если их не обрубить, то они пойдут в последующий переплав в ЭШП. В сообщении от 16.04.10 был задан вопрос о содержании титана в шлаке после плавки. Не ради красного словца, а для определения % перехода неметаллический титановых включений при переплаве. А дефекты усадочного характера, действительно хорошо исправляются ЭШП, но на небольших диамметрах. Влияние субъективных причин в металлургии, конечно велико, но не настолько, если исполнители выполняют требования техпроцесса.
2. Если ТТ только допускают обработку на установках ЭШП, то только для получения НВ стоит рискнуть достичь результата не прибегая к двойному переплаву заготовки. Да и использование наборного электрода из разных плавок в индукционной печи для ЭШП не особо повысит однородность всей заготовки в целом.
3. По полым заготовкам могу помочь на уровне передачи ноу-хау, но это вопрос не Вашего уровня принятия решения, хотя и инициатива может исходить от Вас. Почему берусь за полые заготовки - потому, что процесс был испытан и отработан на многих марках стали и на меди, но к сожалению незаслуженно забыт. Для исходников мне достаточно знать вес поковки. расход слитка на поковку -1,05-1,15. однородность металла и мех. свойства увеличиваются. Основная изюминка в параметрах изложной оснастки и некоторых изменениях технологических приемов при заливке, которые не требуют кап вложений. Главное - это изложная оснастка, разработанная как инструмент для управления процессом кристаллизации, а не емкость для приема металла.
Феликс Швед on Апрель 21st 2010
Ф.И.Швед
Прочёл впервые обсуждение проблемы титана в нержавейке. Обратил внимание на то, что почему-то не упоминается алюминий. Это единственный элемент, способный защитить Ti от окисления. И наоборот SiO2 - выступает в роли окислителя титана.
Имеет смысл:
обратить внимание на содержание Al в стали и вводить его до присадки титана.;
после снятия шлака в конце плавки надо заводить высокоосновный шлак из CaO и CaF2
и вводить Ti под этот шлак;
проверяйте содержание SiO2 в составе исходного флюса и изменение концентрации этого компонента, а также TiО2, FeO и Al2O3 по ходу переплава;
горячие трещины и окалина - источники кислорода, и по мере его накопления в шлаке титан будет окисляться;
неизбежность изменения состава шлака при ЭШП побуждает корректировать его по ходу процесса, и это средство надо признать радикальным решением проблемы титана.
Ната on Апрель 23rd 2010
1. Разумеется, в индукционной плавке даем достаточное количество алюминия прежде чем легировать титаном. В электродах содержание алюминия получаем 0,35-0,55% в расчете на то, что при ЭШП это позволит сберечь титан от окисления.
Проблема не в том, чтобы сохранить титан, а в том, как обеспечить равномерное его распределение по объему электрода и далее по телу слитка ЭШП и следовательно в готовой поковке?
2. Анализ шлаков не делаем - нет технической возможности. В индукционной печи оцениваем визуально и "наощупь". При ЭШП - тем более, оборудование древнее, держится на опыте и энтузиазме персонала и на упование ... Это наша боль (и наверное не только наша).
Феликс Швед on Апрель 24th 2010
Ф.И.Швед
Не знаю, что и сказать. Коль скоро вы убеждаетесь в неравномерности распределения титана, постройте график "титан - алюминий" в слитке ЭШП. Зависимость должна обнаружиться.
Какой флюс вы используете? Кто его поставляет? Что написано в сертификате? Применяете ли оборотный флюс? В каких количествах?