close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Влияние технологии электрошлакового переплава на качество и свойства изделий из 9-12-ных хромистых сталей для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ШУРЫГИН Дмитрий Александрович
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
НА КАЧЕСТВО И СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ 9-12%-НЫХ ХРОМИСТЫХ
СТАЛЕЙ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С
СУПЕРСВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПАРА
Специальность: 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2016
2
Работа выполнена в Акционерном обществе «Научно-производственное
объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии
машиностроения» (АО «НПО «ЦНИИТМАШ»)
Научный руководитель:
доктор технических наук,
профессор, научный
руководитель ИМиМ
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
профессор, заведующий
лабораторией физикохимии
металлических расплавов им.
академика А.М. Самарина
ИМЕТ РАН
кандидат технических наук,
главный научный сотрудник
ФГУП «ВИАМ»
Ведущая организация:
Дуб Владимир Семѐнович
Дашевский Вениамин Яковлевич
Калицев Виктор Ананьевич
Федеральное
государственное
автономное
образовательное учреждение высшего образования
«Южно-Уральский государственный университет
(национальный исследовательский университет)»
(ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)»)
Защита диссертации состоится «17» ноября 2016 г. в 14 часов 00 мин. на
заседании диссертационного совета Д217.042.01, созданного на базе
Акционерного общества «Научно-производственное объединение «Центральный
научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (АО «НПО
«ЦНИИТМАШ») по адресу: 115088, г. Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4
малый конференц-зал (главный корпус, 2 этаж).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО «НПО
«ЦНИИТМАШ». Диссертация и автореферат размещены на официальном сайте
АО «НПО «ЦНИИТМАШ» http://www.цниитмаш.рф. Текст автореферата и
объявление о защите размещены на официальном сайте Министерства
образования и науки Российской Федерации по адресу: http://vak.ed.gov.ru/
Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просьба
направлять по адресу: 115088, г. Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4,
диссертационный совет Д217.042.01.
Копии отзыва можно направлять по е-mail: lenmark@inbox.ru
Автореферат разослан _____ октября 2016г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д 217.042.01 к.т.н.
Е.В.Макарычева
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. В настоящее время тенденцией развития мировой и
отечественной
теплоэнергетики
является
создание
новых
энергоблоков
с
суперсверхкритическими параметрами пара (ССКП) (давление 28-30 МПа, температура 600 –
620 0С). Применение таких блоков при строительстве новых тепловых станций и замене
устаревшего оборудования, обеспечивает повышение коэффициента полезного действия (КПД)
турбогенераторной энергетической установки до 44-47%. Одновременно при этом
обеспечивается возможность использования твердого топлива наряду с газообразным, а также
снижение расхода топлива и выбросов углекислого газа в атмосферу. Повышение рабочей
температуры и давления пара в турбине ССКП предъявляет требования к металлу
ответственных элементов турбины (ротора, элементы паропровода и т.д.) по работе в условиях
ползучести и необходимости обеспечивать длительную прочность 100-90 МПа при температуре
600-6200С на базе 105 часов. Изменение эксплуатационных параметров энергетических
установок требует принципиального изменения используемых материалов, а, следовательно, и
технологии их изготовления.
Наиболее широкое применение в конструкциях энергоблоков ССКП нашли хромистые
жаропрочные стали мартенситного класса с оптимизированным комплексным легированием.
Современные композиции сталей для ССКП с целью обеспечения высокого уровня
механических свойств имеют сложную систему легирования и узкие пределы по содержанию
элементов и примесей, однако ферритная основа мартенситных сталей чувствительна к
растворенным компонентам. В составе современных сталей для изделий турбин ССКП
снижены содержания элементов [Al] ≤ 0,012%, [Si] ≤ 0,10%, влияющих на длительные свойства
металла при одновременном ужесточении требований по содержанию кислорода (≤ 35 ppm).
Кроме того, содержание водорода должно быть ≤2 ppm.Увеличение массогабаритных
характеристик слитков приводит к повышению ликвации элементов, что негативно сказывается
на качестве и свойствах изделий.
Стабильной отечественной технологии производства основных изделий турбин ССКП –
роторов высокого давления, труб для паропроводов острого пара на момент начала настоящей
работы в России не сложилось. Отечественное производство металлоизделий такого класса
зависит от зарубежных заготовок из современных материалов, что сдерживает развитие
энергетики и не позволяет обеспечить энергетическую безопасность страны.
Значительную роль при изготовлении заготовок для энергоблоков ССКП играет
электрошлаковый переплав (ЭШП), зачастую включенный в производственную
технологическую
схему,
как
способ,
обеспечивающий
высокую
однородность
металлургических характеристик (химический состав, структура, неметаллические включения и
т.д.) и, в итоге, комплекс механических свойств на изделии за счет управления процессами
рафинирования и затвердевания. Следует отметить, что приблизительно 50% роторов высокого
и среднего давления в мире производят из металла ЭШП.
Необходимость улучшения качества металла, в том числе за счет управления
затвердеванием, повышения коэффициента использования металла, снижения себестоимости
заставляют производителей использовать различные технологические приемы. Одним из
приемов является электрошлаковая выплавка полых слитков, в том числе с использованием
переменного тока пониженной частоты.
Степень разработанности темы. В области технологии электрошлакового производства
ответственных изделий для современных турбин ССКП практические отечественные
разработки отстают от зарубежных. Значительный вклад в разработку технологий ЭШП внесли
представители научных школ ИЭС им. Е.О.Патона, ЦНИИЧермет им. И.П.Бардина, ЮУрГУ,
ИМЕТ РАН им. А.А.Байкова, МИСиС, ИМЕТ УрО РАН, ВНИИЭТО, ЦНИИТМАШ, ВИАМ,
предприятий Ижорские заводы, ЗЭМЗ, МЗ Электросталь, а в последние годы - Русполимет,
Композит и др. В технической литературе (преимущественно иностранной) приводятся данные
в основном о механических свойствах и характеристиках длительных свойств, в то время как
4
параметры технологии выплавки и электрошлакового переплава, а также металлургические
характеристики металла, влияющие на эти свойства, практически не отражены или относятся к
устаревшим композициям сталей.
Целью работы является исследование влияния новых технологических возможностей
ЭШП в направлении контроля и регулирования режима раскисления, шлакового и
электрического режимов, управления затвердеванием на качество и свойства жаропрочных 912%-ных хромистых сталей для получения однородного по химическому составу металла,
заданного уровня содержания легкоокисляющихся элементов, кислорода и неметаллических
включений и разработка на этой основе эффективной технологии производства сплошных и
полых слитков ЭШП для элементов основного оборудования энергоблоков ССКП.
В качестве объектов исследования выбраны следующие группы изделий и материалов:
1. сплошные слитки из высоколегированных (9-12%-ных хромистых) сталей для
изготовления роторов высокого и среднего давления турбин ССКП;
2. полые слитки из высоколегированных (8,5-10%-ных хромистых) сталей для
паропроводов острого пара.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1) выбрать состав флюса, тип и расход раскислителей для получения в слитке ЭШП
содержания кислорода <35 ppm при одновременном обеспечении содержания алюминия
<0,012% и кремния <0,10% в сталях системы легирования Cr-Mo-W-V-Nb;
2) оценить влияние на содержание кислорода в металле кинетических условий ЭШП,
включая диаметр слитка, уровень окисленности шлака и допустимое содержание в нем оксидов
железа и хрома;
3) оценить влияние парциального давления кислорода во фторидно-оксидных шлаках на
степень окисления хрома в них и получить недостающую информацию о термодинамических
характеристиках шлаковых расплавов;
4) разработать меры предотвращения наводороживания металла при ЭШП;
5) провести методическое и аппаратурное обеспечение измерения окисленности шлака в
условиях ЭШП с применением переменного тока пониженной частоты;
6) экспериментально и аналитически исследовать влияние переменного тока пониженной
частоты на теплофизические и физико-химические параметры процесса ЭШП, условия
кристаллизации, металлургическое качество и свойства металла.
Научная новизна работы определяется следующими основными положениями:
1. Изучены окислительно-восстановительные процессы при ЭШП 9-12%-ных хромистых
сталей:
1.1 установлена зависимость средней степени окисления хрома в шлаках электрошлаковой
технологии от окисленности последних. Показано для шлаков типа АНФ-6 и АНФ-29, что с
-4
-12
понижением парциального давления кислорода от 10 до 10 Па при 1873К средняя степень
окисления хрома в них уменьшается от +3 до +2;
1.2 установлены взаимосвязи между парциальным давлением кислорода в шлаке,
содержанием оксидов железа и хрома в нѐм и содержанием кислорода в металле, что позволяет
прогнозировать и регулировать содержание кислорода в металле и обоснованно проводить
дифференцированный режим раскисления;
1.3 экспериментально установлена и теоретически обоснована зависимость уровня
окисленности шлака от диаметра слитка, связанная с кинетическими особенностями процесса;
определены значения критерия Стентона, показавшие, что для получения заданного содержания
кислорода в слитке в малом кристаллизаторе (Ø 200 мм) шлак должен иметь меньшую
окисленность, чем при переплаве в большом кристаллизаторе (Ø 1500 мм);
1.4 экспериментально установлено, что для получения слитков ЭШП с содержанием
-5,0
-7,0
кислорода менее 35 ppm необходимо иметь окисленность шлака в пределах от 10 до 10 Па
(с учетом диаметра кристаллизатора) при сумме оксидов железа и хрома в шлаке не более 0,5%
для систем CaF2 – Al2O3 – CaO и CaF2 – CaO – Al2O3 – SiO2–MgO;
5
1.5 показано, что применение комбинированных кальцийсодержащих раскислителей
-7,0
позволяет при ЭШП 9-12%-ных хромистых сталей снизить окисленность шлака до 10 Па, при
этом может быть обеспечено содержание элементов с высоким сродством к кислороду –
алюминия <0,012% и кремния <0,10%;
2. изучено влияние частоты переменного тока на теплофизические процессы, происходящие
при ЭШП 9-12% хромистых сталей. Впервые теоретически установлено и экспериментально
подтверждено, что при использовании пониженной частоты тока при ЭШП:
- расстояние между осями дендритов уменьшается до трех раз; установлено снижение
дендритной ликвации легирующих элементов (кремния, хрома и молибдена с 1,36, 1,15 и 1,29
до 1,21, 1,09 и 1,16, соответственно);
- уменьшается средний размер неметаллических включений на 30-45% (с 7 мкм при 50 Гц
до 4 мкм на 2 Гц);
- роль капельного переноса возрастает при уменьшении размеров металлических капель,
отрывающихся от электрода;
- предложена аналитическая зависимость среднего расстояния между осями дендритов от
частоты тока.
Новизна технических решений, разработанных на основе перечисленных научных
положений, подтверждена патентами с участием автора на изобретения [RU 2469117, RU
2483125, RU 2456118, RU 2541333], золотой медалью международной выставки «МеталлЭкспо’2011» в составе коллектива авторов за создание и внедрение комплекса оборудования по
производству полых и сплошных заготовок и разработку технологии электрошлакового
переплава сталей ответственного назначения и серебряной медалью международной выставки
«Металл-Экспо’2012» в составе коллектива сотрудников АО «НПО «ЦНИИТМАШ» за
разработку и внедрение в производство инновационных технологий и оборудования для
электрошлаковой выплавки крупных заготовок энергетического, атомного и нефтехимического
машиностроения.
Теоретическая значимость работы состоит в развитии новых методов управления
качеством хромистых сталей при ЭШП:
1. определены зависимости для прогнозирования содержания алюминия, кремния и
кислорода в слитке ЭШП на основе информации об окисленности и составе шлака;
2. теоретически обосновано и аналитически подтверждено изменение средней степени
окисления хрома во фторидно-оксидных шлаках от +3 до +2 при понижении равновесного
парциального давления кислорода от 100 до 10-12 Па;
3. определены значения критерия, учитывающего кинетические параметры процесса
получения слитков ЭШП различного диаметра в математической модели поведения кислорода;
4. теоретически установлены и экспериментально подтверждены изменения среднего
расстояния между осями дендритов, содержания примесей, распределения и размера
неметаллических включений в зависимости от частоты переменного тока.
Практическая значимость работы:
1. впервые в РФ разработана и внедрена на ООО «ОМЗ-Спецсталь» технология ЭШП
слитков массой до 60 тонн из хромистых сталей 12Х10М1В1ФБРА и X12CrMoWVNbN10-1-1,
включающая
использование
флюса
оптимизированного
состава;
проведение
дифференцированного режима раскисления стали в процессе переплава на основе контроля
окисленности и состава шлака; использование раскислительной смеси, включающей
кальцийсодержащие
компоненты;
проведение
мероприятий
по
предотвращению
наводороживания металла. Разработана и внедрена инструкция на проведение измерений
окисленности и отбор проб шлака при производстве слитков ЭШП. Из слитков ЭШП
изготовлены и сданы заказчику заготовки ротора высокого давления для поставки на экспорт.
Получен акт внедрения результатов диссертационной работы от ООО «ОМЗ-Спецсталь»;
2. разработана техническая документация для ООО «Белэнергомаш-БЗЭМ» на изготовление
заготовок бесшовных труб методом ЭШП из легированных (ТИ 27.11.25.010.00208) и
высоколегированных сталей (ТИ 27.11.252.10.00) для трубопроводов ТЭС и АЭС; изготовлена
6
промышленная партия полых слитков ЭШП из хромистой стали 10Х9МФБ, показавших
превышение качества и свойств металла относительно требований ТУ 1301-039-00212179-2010
на бесшовные трубы ЭШП и ТУ 14-3Р-55-2001 на горячедеформированные трубы по
однородности структуры, баллу неметаллических включений, изотропности кратковременных
механических свойств (по высоте и сечению) и длительной прочности;
3. разработана технология производства с использованием источника питания тока
пониженной частоты и получена опытная партия трубных полых заготовок ЭШП из хромистой
стали 10Х9МФБ. Металл показал полное соответствие качества и свойств требованиям
ТУ 1301-039-00212179-2010 с повышением всех качественных характеристик, относительно
металла, полученного на промышленной частоте тока, в том числе по ударной вязкости,
неметаллическим включениям и длительной прочности.
Методы исследования. При проведении исследований разработаны и усовершенствованы
методы аналитической оценки дисперсности дендритной структуры, методики изучения
взаимодействия раскислителей со шлаками и измерения парциального давления кислорода во
фторидно-оксидных шлаках при ЭШП с использованием пониженной частоты тока. Для
решения теоретических вопросов использованы представления и методы смежных дисциплин –
физической химии, физического металловедения, при проведении экспериментов применялись
методы математического планирования и статистической обработки данных. Работа выполнена
с использованием современного экспериментального и исследовательского оборудования электрошлаковой печи ЭШП-0,5У, укомплектованной источниками питания промышленной и
пониженной частоты, регулируемой в интервале 0,1-10 Гц; датчиков контроля окисленности
шлака УКОШ-Т; современного прибора «Сталь 4»;современных методов анализа химического
состава металла, газов и шлака; современного электронного микроскопа JSM-6060A с
энергодисперсионной приставкой JED-2300.
На защиту выносятся:
1. результаты исследования взаимосвязи окисленности шлака и содержания в нем оксидов
железа и хрома, позволившие определить интервалы этих параметров для получения в металле
ЭШП 9-12%-ных хромистых сталей содержания кислорода менее 35 ppm при обеспечении
содержания алюминия <0,012% и кремния <0,10%;
2. зависимость средней степени окисления хрома во фторидно-оксидных шлаках от
равновесного парциального давления кислорода;
3. разработанная методика измерения окисленности шлака в условиях ЭШП с
применением переменного тока пониженной частоты;
4. определенные зависимости влияния переменного тока пониженной частоты на
теплофизические и физико-химические параметры процесса ЭШП, условия кристаллизации,
металлургическое качество и свойства металла;
5. технологические предложения, исключившие наводороживание металла при ЭШП
слитков массой до 60 тонн из 9-12%-ных хромистых сталей в условиях ООО «ОМЗ-Спецсталь».
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждают:
- корректность постановки задач исследования, комплексный подход к их решению с
использованием фундаментальных закономерностей физико-химических процессов и
теплофизических явлений, а также современных методик, экспериментального и
исследовательского оборудования, методов статистической обработки данных, анализа
литературных данных и критическое сопоставление полученных в работе результатов;
- результаты теоретических исследований согласуются с лабораторными и промышленными
данными по слиткам ЭШП диаметром от 160 до 1700 мм и массой от 40 кг до 60 т.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на:
«Металлургия для энергетики» на 16-й, 17-й, 19-й Международных выставках «Металл-Экспо»
(М., 2010, 2011, 2013гг.); II Международная научная конференция «Инновационная
деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных материалов
и сплавов» (г. Орск, 2011г.); III конференция молодых специалистов «Перспективы развития
металлургических
технологий»
(М.,
2011г.);
Научно-практическая
конференция
7
«Инновационные материалы и технологии для атомного, энергетического и тяжелого
машиностроения» (М., 2011г.); Международная научно-техническая конференция «Проблемы
разливки и кристаллизации стали, сварки, термообработки и математическое моделирование
технологических процессов» (М., 2011г.); XI научно-техническая конференция «Новые
перспективные материалы, оборудование и технологии их получения» (М., 2012г.);
Международная научная конференция «Физико-химические основы металлургических
процессов», посвященная 110-летию со дня рождения академика А.М. Самарина (М., 2012г.);
6-Международная
конференция
"Металлургия-ИНТЕХЭКО-2013"(М.,2013г.);
XV
Международная научная конференция «Современные проблемы электрометаллургии стали»
(г.Челябинск, 2013г.); Научно-практическая конференция с международным участием и
элементами школы для молодых ученых «Перспективы развития металлургии и
машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР»
(г. Екатеринбург, 2013г.); Международная научно–техническая конференция «Актуальные
проблемы машиностроения» (М., 2014г.); Всероссийская научно-техническая конференция
«Материалы ядерной техники» (г. Звенигород, 2014г.); II научно-техническая конференция
«Материалы и технологии нового поколения для перспективных изделий авиационной и
космической техники» (М., 2015г.); V Международная конференция-школа по химической
технологии ХТ’16 (Волгоград, 2016г.); 2nd Medovar Memorial Symposium (Kyiv, Ukraine, 2016г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4
публикаций в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также 4 патента РФ на
изобретения.
Личный вклад автора заключается в выполнении анализа физико-химических и
теплофизических особенностей процесса электрошлакового переплава, численных расчетов,
интерпретации и обобщении полученных результатов, обеспечении методического и
аппаратурного измерения окисленности шлака в условиях ЭШП с применением переменного
тока пониженной частоты, проведении экспериментов по исследованию степени
рафинирования 9-12%-ных хромистых сталей при использовании различных раскислителей и
изучению влияния частоты тока на характеристики качества металла ЭШП, участии в
разработке и внедрении новой промышленной технологии ЭШП слитков массой до 60 тонн,
анализе и обсуждении результатов, изложенных в работе, а также в подготовке публикаций в
печать.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения
и содержит 153 страницы текста, 50 рисунков и графиков, 33 таблицы, списка литературы из
165 наименований и 5 приложений на 7 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи
работы, раскрыта научная новизна, теоретическая и практическая ценность полученных
результатов.
В первой главе проведен анализ теоретических и технологических аспектов производства
высокохромистых сталей методом электрошлакового переплава, современного состояния и
направлений развития электрошлаковой технологии сталей для энергетики.
Анализ литературных данных показывает, что наиболее востребованными и
перспективными в зарубежной и отечественной тепловой энергетике являются 9-12%-ные
хромистые стали мартенситного класса благодаря выгодному соотношению жаропрочных
характеристик и стоимости. Выполнен анализ химического состава сталей, используемых в
мире для изготовления элементов турбин ССКП (роторов, паропроводов острого пара, дисков и
т.д.), особенности их производства и требований, предъявляемых к ним. Сделан вывод о том,
что усложнение состава и степени легирования стали приводит к увеличению чувствительности
8
сплавов к ликвации, особенно в отношении растворенных компонентов ферритной основы
мартенситных сталей, что негативно сказывается на их качестве и свойствах.
Показано, что заготовки для изделий элементов турбин ССКП производятся с
использованием специальных технологий выплавки. Зачастую в технологическую схему
производства заготовок, особенно крупных слитков для изготовления роторов высокого и
среднего давления, включен электрошлаковый переплав, как способ, позволяющий обеспечить
требуемое металлургическое качество и однородность механических свойств ответственных
изделий для энергетики. Показана необходимость создания стабильной отечественной
технологии производства крупных слитков, включающей ЭШП, для производства основных
изделий новых энергоблоков ССКП.
Проанализированы основные направления развития электрошлаковой технологии и
оборудования для еѐ реализации - увеличение массогабаритных характеристик сплошных
слитков и использование различных технологических приемов, направленных на повышение
качества продукции, увеличение производительности оборудования и снижения себестоимости,
среди которых можно выделить использование переменного тока пониженной частоты (0,1-10
Гц) и выплавку полых слитков для повышения качества металла и технико-экономических
показателей производства, а также применение защитной атмосферы для предотвращения
повышения содержания водорода и окисления элементов в составе стали при переплаве.
Показано, что на момент начала работы в литературе практически не было представлено
исследование влияния технологических возможностей электрошлаковой технологии с
использованием
пониженной
частоты
тока
на
качественные
характеристики
высоколегированных хромистых сталей, тем более отсутствуют такие данные для полых
слитков ЭШП.
Продемонстрировано, что вопросы рафинирования металла от газов и примесей,
неметаллических включений и кристаллизации занимают в электрошлаковой технологии
центральное место и на протяжении всего времени существования этого процесса являются
предметом детального изучения. Обеспечение требуемого высокого металлургического
качества слитков ЭШП связано с решением ряда проблем - точным управлением химическим
составом, в первую очередь легкоокисляющихся элементов, равномерностью распределения
легирующих элементов, однородной мелкой литой структуры, минимальной загрязненности,
размера и заданного состава неметаллических включений и так далее. Регулирование и
регламентирование этих характеристик особенно важно для изделий из высокохромистых
сталей, работающих длительное время при высокой температуре и давлении. Решение этих
проблем предусматривает применение новых способов управления окислительновосстановительными процессами, основанных на современных теоретических представлениях о
строении шлаковых систем, поведении поливалентных элементов и раскислителей во
фторидно-оксидных шлаках, управление теплофизическими параметрами процесса переплава,
использование современных способов экспрессного контроля шлакового расплава и
исследования качества металла. Возможности управления качеством слитка при ЭШП не
исчерпываются процессами раскисления и рафинирования металла от примесей. Качество
металла, полученного способом ЭШП, во многом зависит от характера кристаллизации слитка,
определяемого параметрами ванны расплавленного металла.
Отмечено, что технологии раскисления шлака, использующиеся в настоящее время,
практически не учитывают важный фактор для оценки эффективности процессов, протекающих
во время ЭШП высокохромистых сталей - содержание оксида хрома в шлаке. Эта информация
является важной, ввиду большого содержания хрома в композиции стали, поскольку оксиды
переходных элементов в большой степени способствуют переходу кислорода из газовой фазы в
жидкий металл. Показано, что значительное влияние на активность оксида хрома оказывают
парциальное давление кислорода над шлаком (Ро2), основность и температура расплава. Однако
для шлаков на основе флюорита в литературе не представлено влияние парциального давления
кислорода на изменение средней степени окисления хрома в шлаке, относящееся к числу
важнейших термодинамических характеристик шлакового расплава. Теория электронного
9
строения конденсированных систем (МКЭ) А.Г.Пономаренко, рассматривающая шлак как фазу,
имеющую коллективную электронную систему, позволяет рассчитать активности компонентов
шлака как химических элементов, используя атомные коэффициенты активности, и может быть
применена ко фторидно-оксидным шлакам. С позиций этой теории можно оценить среднюю
степень окисления хрома во фторидно-оксидных шлаковых системах.
Особенности электрошлакового процесса такие, как развитая поверхность реагирования
металла со шлаком и длительное время их контакта, а также высокие температуры, позволяют
предположить, что при стабильном режиме в течение всего процесса переплава
устанавливается равновесие между жидким металлом и шлаком, непосредственно
контактирующим с ним.
Анализ литературы показал, что выбор равновесного парциального давления кислорода,
как величины, доступной для прямых и экспрессных измерений, в качестве меры окисленности
шлака достаточно обоснован. В качестве измерительного оборудования в шлаковых расплавах,
отличающихся высокой агрессивностью, используются датчики с применением твердого
электролита, однако при использовании переменного тока пониженной частоты могут
возникать помехи в измерительных цепях, которые способны значительно искажать результаты
измерения. Следовательно, необходима модернизация метода измерения температуры и
окисленности шлака на печах, использующих ток пониженной частоты.
Во второй главе приведены методики проведения экспериментов, обработки
экспериментальных данных и исследования качества металла, а также аппаратурное
обеспечение измерения окисленности шлака в условиях ЭШП с применением переменного тока
пониженной частоты.
Возможность использования метода электродвижущей силы (э.д.с.) для измерения
окисленности фторидно-оксидных шлаков при ЭШП наглядно продемонстрирована в работах
А.Ф.Вишкарева и Л.Я.Левкова. В настоящей работе измерение температуры и э.д.с. для
определения окисленности шлака (Ро2) проводилось с использованием датчиков УКОШ-Т,
доказавшего свою применимость к условиям электрошлакового переплава.
С целью повышения точности измерений окисленности шлака адаптирован современный
прибор «Сталь 4». Сигнал датчика анализировался по программе считывания и анализа данных
«Steel», позволяющей получать подробную информацию о замерах, в том числе графическую, и
сохранять данные замеров. Погрешность в определении температуры для термопар типа Вр5/20 (А-1) составляет ±0,5%. Приведенная погрешность измерения э.д.с. датчиком
окисленности составляет ±1,0%, а относительная погрешность - ±2,5%. Оценка
инструментальной погрешности измерения ΔlgPo2 и ошибок метода измерения окисленности
шлака датчиками УКОШ-Т и прибора «Сталь 4» показала, что в интервале окисленности шлака
от 10-3 до 10-10 Па ΔlgPo2 не превышает 0,25.
Использование при ЭШП переменного тока пониженной частоты выявило необходимость
пересмотреть методику измерений окисленности шлака с применением рассматриваемого
прибора с целью получения достоверных, интерпретируемых и воспроизводимых результатов.
Пример влияния таких помех при проведении замера температуры и э.д.с. шлака приведен
на рисунке 1а. При прохождении по измерительному каналу высокочастотной помехи,
совпадающей по частоте следования с переключением полярности силового питания, например
2 Гц, прибор не может определить площадку на измеряемом сигнале, которая соответствует
фактическому его уровню, а, следовательно, нет возможности перейти к расчету окисленности
по регистрируемым параметрам шлака. Ранее исследователи не сталкивались с этой проблемой,
поскольку питание осуществлялось гармоническими (синусодальными) сигналами от
источников питания промышленной частоты, исключающими резкие фронты и тем более
осцилляции. Для преодоления помех, появляющихся в измерительных цепях прибора,
возникающих из-за быстрых фронтов переключения тиристорного источника питания,
формирующего напряжение силового питания в схемах пониженной частоты, в ходе настоящей
работы выполнена модернизация методики измерений.
10
Продемонстрировано, что решить проблему (рисунок 1б) возникающих высокочастотных
помех при проведении измерений окисленности шлака по ходу ЭШП с использованием
переменного тока пониженной частоты можно за счет введения в систему измерения фильтра
низких частот, предназначенного для удаления этих помех, и состоящего из сопротивления и
емкости, параметры которых определены эмпирически.
1
2
а)
б)
Рисунок 1. Регистрограммы замеров температуры и э.д.с. шлака при ЭШП на токе
пониженной частоты: а) измерение стандартным оборудованием; б) измерение с фильтром
низких частот; 1 – температура, 0С; 2 – э.д.с., мВ.
Описаны средства и методика проведения отбора проб шлака специальным
пробоотборником. Пробы шлака анализировали рентгено-флуоресцентным методом на
установке ARL 9900 WS. Экспресс-контроль параметров шлака позволяет оценить протекание
окислительно-восстановительных реакций при переплаве и, в случае необходимости,
обоснованно проводить корректировку режима раскисления.
Подробно описаны методики проведения экспериментов и установки для их проведения печь Таммана и установка ЭШП-0,5У, оснащенная двумя источниками питания
(промышленной частоты 50 Гц и пониженной частоты, регулируемой в интервале от 0,1 до 10
Гц). В качестве базового состава металла на лабораторных плавках выбрана высокохромистая
сталь10Х9МФБ, флюс АНФ-6 для плавок на печи Таммана и сплошных слитков ЭШП, и АНФ29 – для полых слитков ЭШП. В качестве раскислителей при проведении лабораторных
экспериментов использовали алюминиевый порошок марки АПЖ, лигатуру с редкоземельными
металлами цериевой группы (ФС30РЗМ30), силикокальций (СК20) и комплексный
раскислитель, состоящий из смеси феррокальция (ФК40), алюминиевого порошка марки АПЖ
и дробленого ферросилиция марки ФС65 в пропорции 5:1:1.
Методика исследования качества металла при проведении настоящей работы включала
определение химического состава, металлографическое исследование структуры и
неметаллических включений. Исследование химического состава в образцах осуществляли
методами: классической химии (фотометрический метод) - P; атомной-эмиссии на
спектрометре «PMI MasterPlus» - основные легирующие элементы; ИК-спектроскопии на
анализаторе CS 244 «LECO» - C, S; атомной-абсорбции с использованием спектрометра
«Perkin-Elmer», модель 560 – Cu, Al; восстановительного плавления образцов в несущем газе на
анализаторе ONH-2000 «Eltra» - O, N, H. Металлографическое исследование неметаллических
включений и микроструктуры проведено на микроскопе “NEOPHOT 30” (СarlZeiss),
оснащенном телевизионным анализатором изображения Levenhuk C310. Расчет параметра
дисперсности дендритной структуры (среднего расстояния между осями дендритов первого
порядка) проведен в программном комплексе «Видео Тест Структура 5.2». Исследование
распределения химических элементов и состава неметаллических включений в образцах
металла было проведено методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) на растровом
электронном микроскопе JSM-6060A с приставкой JED-2300 фирмы JEOL и методом
фракционного газового анализа (ФГА), которое проводили на анализаторе азота и кислорода
ТС-600 фирмы LECO в ИМЕТ им. А.А. Байкова. Определялись кратковременные и длительные
механические свойства: кратковременные свойства на образцах металла определяли на
разрывной машине ИМ-4Р по ГОСТ 1497-87 и маятниковом копре PSW-300 по ГОСТ 9454-78;
испытания на длительную прочность осуществляли на машине АИМА-5 по ГОСТ
11
9651.Обработка результатов анализов экспериментов осуществлена с помощью программного
обеспечения MS Office и программы «Statistica».
В третьей главе приведены результаты анализа физико-химических, термодинамических и
кинетических параметров ЭШП, влияющие на рафинирование металла.
Для получения недостающей информации о термодинамических характеристиках хрома во
фторидно-оксидных шлаковых системах с позиций теории электронного строения
конденсированных систем, с учетом принятого допущения о том, что в условиях
электрошлакового переплава в шлаках хром находится только в форме Cr3+ и Cr2+, оценено
влияние окисленности шлака на отношение Cr3+/Сr2+для флюсов АНФ-6 и АНФ-29. Принимая
во внимание исключение хрома из правила Клечковского, получено уравнение для определения
средней степени окисления хрома в шлаке:
(1)
(
)
(
)
где
и
- постоянные при заданной температуре величины, значения которых
рассчитаны на основе данных И.С.Куликова и Е.Н.Иноземцевой о зависимости состава оксидов
хрома от парциального давления кислорода над шлаком.
Установлены зависимости соотношения Cr3+/Сr2+ от температуры, парциального давления
кислорода (рисунок 2б) и основности шлака, позволяющие более обосновано осуществлять
выбор шлака и оптимизировать электрошлаковую технологию. Выполнено сравнение
расчетных результатов с экспериментальными данными для различных шлаковых систем
(рисунок 2а) с основностью от 0,5 до 2,4 при температурах 1773, 1873 и 1923 К.
Полученные для фториднооксидных шлаковых расплавов
зависимости
соотношения
3+
концентраций
Cr
и
Cr2+
согласуются
с
имеющимися
данными по оксидным шлаковым
системам.
Соотношение
концентраций
двух- и трехвалентного хрома
увеличивается
с
ростом
температуры,
уменьшением
парциального давления кислорода и
основности шлака. Показано, что
флюорит влияет в основном на
кинетику процесса и практически
а)
не влияет на изменение этого
соотношения.
Рисунок
2
Влияние
окисленности
шлака
на
3+
2+
соотношение Cr /Cr в шлаковых
расплавах: а) литературные данные:
1 –при Т=1773 К (Pretorius E. - ,
Muan A. - ); 2 –при Т=1873 К
(Павлов А.В.- , Holappa L. - , Pei
W. - , Jahanshahi S. - , Morita K. , Sano N. - ); 3 –при Т=1923 К
(Frohberg G.); б) данные
настоящей работы при Т=1873 К
б)
(4 – АНФ-29; 5 – АНФ-6).
12
По уравнению материального баланса кислорода при ЭШП, предложенного Л.Я. Левковым,
оценено влияние окисленности шлака на содержание кислорода в слитке ЭШП. На основе этой
модели проведен расчет диффузионного критерия Стентона, учитывающего кинетические
параметры переплава, при ЭШП стали 10Х9МФБ. В результате расчета получены следующие
значения критерия Стентона: для слитка ЭШП диаметром 200 мм – 0,23 и 1500 мм – 0,75.
Выполнено сравнение расчетных и фактических данных по содержанию кислорода для
лабораторных и промышленных слитков ЭШП. Расчетные данные имеют схожий характер
распределения с фактическими данными. Следовательно, на основе информации об
окисленности шлака можно прогнозировать содержание кислорода в слитке высокохромистых
сталей. Показано, что содержание кислорода 35ppm в металле может быть получено при Ро2 от
10-5,0 до 10-7,0 Па. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что уровень
окисленности шлака при прочих постоянных условиях зависит от диаметра слитка, что связано
с кинетическими особенностями поведения шлака. Показано, что для получения одинакового
содержания кислорода в слитках малого размера lgРо2 должен быть в 1,4 - 1,5 раза ниже.
При использовании этой модели, на основе термодинамических расчетов, определены
максимально допустимые содержания оксида хрома (Cr2O3) во фторидном, фторидно-оксидных
и оксидном флюсах при ЭШП стали типа Х12CrMoWVNbN-10-1-1 с различным исходным
содержанием кислорода в расходуемом электроде (рисунок 3).
Рисунок 3. Допустимое содержание
Cr2O3 во флюсе в зависимости от атомного
коэффициента активности хрома (ΨСr) в
шлаках АНФ-1 ( ), АНФ-6 ( ), АНФ-29
( ), 60%СаО-40%Al2O3 ( ) при переплаве
стали типа Х12CrMoWVNbN-10-1-1 с
различным
исходным
содержанием
кислорода в расходуемом электроде:
1-0,03%; 2-0,01%; 3-0,005%.
Установлено, что предoтвращению
окисления металла в начальный периoд
ЭШП способствует использoвание шлаков
с высоким атoмным коэффициентoм
активности хрома: АНФ-1 (ΨСr = 7,0) и
АНФ-6 (ΨСr = 5,9).
Одним из средств воздействия на форму металлической ванны является применение
переменного электрического тока в диапазоне низких частот. В работе проведена
аналитическая оценка изменения условий переплава и кристаллизации слитка ЭШП при
использовании переменного тока пониженной частоты, продемонстрировавшая, что
применение такого тока позволяет снизить весовую скорость наплавления (установлено
В.Б.Гуткиным), уменьшить протяженность двухфазной области, уменьшить глубину
металлической ванны и получить практически плоский фронт кристаллизации, что согласуется
с результатами экспериментальных исследований, приведенных в разделе 4.
Оценка магнитного числа Рейнольдса, критерия подобия в магнитной гидродинамике,
характеризующего взаимодействие проводящих движущихся жидкостей и газов с магнитным
полем вращения, показала, что при использовании низкой частоты тока уменьшается
интенсивность перемешивания жидкого металла вблизи границы раздела фаз «шлак-металл».
Однако за счет значительно большей (более 20 раз) глубины проникновения электромагнитной
волны в металл при использовании тока частотой 2 Гц по сравнению с 50 Гц происходит более
эффективное перемешивание металлического расплава в целом, способствуя усилению
тепломассообмена в двухфазной области, из-за вовлечения в процесс практически всего объема
металлической ванны. Это положение подтверждают недавние результаты исследований
института Леобена (Австрия).
13
При использовании тока пониженной частоты при ЭШП по данным М.М.Клюева,
П.Дьюснапа, Р.Шлаттера, Дж.Кэмпбелла и А.Хариши создаются условия для уменьшения
размера металлических капель. С целью оценки влияния на процесс капельного переноса
размера капли металла проведен расчет, учитывающий отношение площади контакта
металлических капель между металлом и шлаком (Sкапель) к сумме площадей контакта пленки
жидкого металла на торце расходуемого электрода (Sэл) и поверхности раздела металлической
ванны со шлаком (Sшл) (рисунок 4). Рисунок 4 демонстрирует, что при уменьшении размеров
капель и диаметра слитка возрастает роль капельного переноса при ЭШП. Повышение роли
капельного переноса важно для получения в металле ЭШП преимущественно мелких
неметаллических включений, поскольку рафинирование от включений, находящихся в
электроде, происходит преимущественно до попадания капель металла в металлическую ванну,
а из металлической ванны всплывают включения в основном диаметром более 10 мкм. Это
подтверждается результатами расчета, выполненного в главе 4, который показал, что роль
капельного переноса для рафинирования жидкого металла от первичных неметаллических
включений возрастает при уменьшении размеров металлических капель и увеличении слоя
шлака.
Рисунок 4. Расчетная зависимость удельной
площади поверхности металлических капель от
их среднего радиуса (rкапли), заглубления
электрода в шлак и диаметра слитка ЭШП:
1 - rкапли=0,20 см при длине участка
расходуемого электрода, погруженного в шлак
(hэл) = 1/3 диаметра слитка (Dсл);
2 - rкапли=0,20 см при h’рэ=1/5 Dсл;
3 - rкапли=0,26 см при h’рэ=1/3 Dсл;
4 - rкапли=0,26 см при h’рэ =1/5 Dсл.
Анализ изменения условий переплава и кристаллизации слитка ЭШП при использовании
переменного тока пониженной частоты с учетом результатов работ В.Б. Гуткина, А.Хариши,
В.С. Дуба, Ю.К. Янга и других авторов впервые позволил получить аналитическую зависимость
среднего расстояния между осями дендритов первого порядка (̅, мкм) от частоты
электрического тока переплава (f, Гц), выраженную соотношением (2):
̅
(
)
(2),
где λ0 – постоянная величина, характеризующая минимальное расстояние между осями
первого порядка, мкм и m – безразмерный коэффициент, составляющий для хромистых сталей
от 0,25 до 0,43, определяемые эмпирически; ΔT - разница температур ликвидус и солидус,
С;
линейная скорость кристаллизации, м/с; КD =
2
2
(
(
)
)
(
)
– показатель
коэффициента диффузии, м /с ; – коэффициент, характеризующий изменение времени
затвердевания при уменьшении температуры, определяемый эмпирически, с/ 0С.
Из соотношения (2) следует, что среднее расстояние между осями дендритов зависит от
частоты тока переплава, применяемого при ЭШП. Понижение частоты переменного тока влияет
на изменение теплофизических, электрохимических параметров переплава и условий
кристаллизации металла (градиент температуры, скорость наплавления и кристаллизации,
напряжение на ячейке и так далее) и приводит к повышению степени дисперсности его
структуры.
Представленные данные анализа физико-химических, термодинамических и кинетических
параметров электрошлакового переплава позволяют руководствоваться ими для повышения
степени рафинирования металла при разработке и оптимизации технологий, и оборудования
для переплава.
14
Четвертая глава посвящена разработке эффективной технологии производства сплошных
и полых слитков ЭШП из высокохромистых сталей, включающей обоснование выбора флюса и
раскислителей на основе физико-химических расчетов, экспериментальных данных и
исследования качества опытно-промышленного металла.
С учетом результатов, приведенных в главе 3, свидетельствующих, что при
электрошлаковом переплаве 9-12%-ных хромистых сталей для предотвращения поглощения
кислорода металлом предпочтительно использовать шлаки с высоким атомным коэффициентом
активности хрома, а также на основании литературных данных по физическим и
технологическим характеристикам шлаков, в том числе защитным свойствам от поступления
водорода, для получения крупных слитков из высокохромистых сталей предложен состав
фторидно-оксидного флюса на основе АНФ-6: CaF2 – основа, Al2O3 = 26,0-30,0%, CaO ≤ 5,0%,
SiO2 ≤ 1,5%. Проведены расчеты активностей компонентов шлакового расплава в соответствии
с теорией МКЭ, показавшие, что наибольшую активность в шлаке проявляют флюорит и
известь, а активности глинозема и кремнезема относительно низкие. Высокая активность
оснóвного компонента флюса (СаО) способствует переходу из газовой фазы водорода, поэтому
при ЭШП флокеночувствительных сталей, к которым относятся 9-12%-ные хромистые стали
для турбин ССКП, необходимо проводить мероприятия, препятствующие наводороживанию
металла. Отмечено, что при равной концентрации в шлаке FeO и Cr2O3, активность оксида
железа намного выше и, соответственно, выше его влияние на окисленность шлака.
Выполнен расчет равновесных с кремнием, алюминием, марганцем, хромом, кальцием и
церием концентраций кислорода в металле, который показал, что элементами, которые будут
окисляться в первую очередь, являются кальций и алюминий. На содержание кислорода
равновесное с переходными элементами, которые оказывают большое влияние на переход
кислорода в металл, тип используемого при ЭШП флюса влияет незначительно, так как не
содержит в своем составе таких компонентов. Поэтому в процессе раскисления при ЭШП
высокохромистых сталей требуется поддержание концентраций оксидов металлов с
переменной степенью окисления на низком уровне – менее 0,25%.
С целью выбора типа раскислителей, их расхода и исследования влияния на окисленность
шлака при ЭШП крупных слитков хромистых сталей проведена серия плавок на лабораторной
печи Таммана. Установлены зависимости Ро2 от расхода различных раскислителей (рисунок 5)
по методике, разработанной и опробованной в главе 2. Выбор раскислителей для
экспериментальных плавок производился с учетом ограничений содержания алюминия
(≤0,012%) и кремния (≤0,10%) в марочном составе современных и перспективных 9-12%-ных
хромистых сталей для ССКП.
Рисунок
5
Изменение
окисленности шлака АНФ-6 в
зависимости от типа и расхода
раскислителей: СК20- , АПЖ- ,
ФС30РЗМ30- ,
ФК40:АПЖ:ФС65(5:1:1)- .
Рисунок 5 демонстрирует, что
применение
однокомпонентных
раскислителей (все из выбранных
для проведения эксперимента,
кроме редкоземельной лигатуры
ФС30РЗМ30)
обеспечит
рекомендованный интервал Ро2 от
10-5,0 до 10-7,0 Па.
Показано, что при производстве хромистых сталей необходимо использовать сильные
раскислители или их смеси, которые позволяют обеспечить заданные нормативной
15
документацией требования по химическому составу металла и неметаллическим включениям.
Однако обеспечение содержания кремния ≤ 0,10% и алюминия ≤ 0,012%, в соответствии с
узкими пределами марочного состава (ТУ 0574417-066-98 и TLV 9258 04) сталей марок
12Х10М1В1ФБРА
и
Х12СrMoWVNbN10-1-1,
при
использовании
традиционных
однокомпонентных раскислителей затруднительно. Наиболее рациональным решением
снижения окисленности шлака является использование комплексного многокомпонентного
раскислителя. В качестве такого раскислителя, например, может быть использована
предложенная и опробованная на экспериментальных плавках в печи Таммана композиция на
основе кальцийсодержащих материалов системы Ca-Al-Si.
С целью изучения влияния контролируемых параметров режима, в том числе частоты тока
переплава, на металлургическое качество металла сплошных Ø160 мм и полых слитков Ø275мм
с толщиной стенки 60 мм из хромистой стали 10Х9МФБ проведена серия плавок на установке
ЭШП-0,5У с измерением окисленности и отбором проб шлака для химического анализа.
Из слитков ЭШП вырезали темплеты для металлографического исследования металла и
химического анализа. Результаты анализа химического состава металла показали наименьшее
содержание кислорода в металле при использовании раскислительной смеси алюминия и
силикокальция. По результатам анализа содержания кислорода в металле ЭШП и содержания
оксидов железа и хрома в шлаке определена их взаимосвязь с окисленностью шлака,
приведенная на рисунках 6 и 7.
Рисунок 7 Влияние окисленности шлака на
содержания оксидов железа ( -под флюсом
АНФ-6,
- под флюсом АНФ-29) и хрома ( под флюсом АНФ-6,
- под флюсом АНФ-29)
в шлаке при переплаве стали 10Х9МФБ-Ш.
Показано, что применение переменного тока низкой частоты взамен тока промышленной
частоты не приводит к повышению содержания кислорода в металле при одинаковом уровне
окисленности шлака. Поскольку хром имеет большее, чем железо сродство к кислороду, то по
изменению содержания оксида хрома в шлаке можно достаточно достоверно предсказывать
направление протекания окислительно-восстановительных реакций между металлом и шлаком,
в том числе приводящим к повышению содержания кислорода в металле слитка ЭШП.
Проведение обоснованного раскисления при ЭШП полых и сплошных слитков на основе
информации о параметрах шлака (окисленность, состав) позволяет управлять рафинированием
металла. Определен оптимальный интервал окисленности шлака при ЭШП, составляющий от
10-5,0 до 10-7,0 Па, для обеспечения требуемого ТУ1301-039-00212179-2010 химического состава,
в том числе содержания кислорода, и неметаллических включений в хромистой стали
10Х9МФБ. При этом сумма оксидов железа и хрома в шлаке не должна превышать 0,5%.
Для проведения дифференцированного режима раскисления на основе информации об
окисленности шлака предложено уравнение (3), связывающее количество раскислителя (G, %
масс.), вводимого в процессе ЭШП с массой металла, наплавляемого между замерами
парциального давления кислорода. Подана заявка на изобретение («Способ раскисления стали
Рисунок 6 Влияние окисленности шлака на
содержание кислорода в слитке ЭШП
( -под флюсом АНФ-6,
-под флюсом
АНФ-29) из стали 10Х9МФБ-Ш.
16
при электрошлаковом переплаве» № 2016120984 от 30.05.2016г.). Корректировка режима
раскисления может проводиться в зависимости от коэффициента заполнения кристаллизатора и
результатов измерения окисленности шлака с использованием соотношения:
*
(
√ )
+,
(3)
где R– коэффициент, учитывающий расход раскислителя в начальный период переплава
и/или перед измерением окисленности шлака, % масс; S/s – отношение площадей поперечного
сечения кристаллизатора и расходуемого электрода, соответственно, в момент замера; A–
коэффициент, характеризующий степень усвоения раскислителя; po– оптимальное парциальное
давление кислорода в шлаке, Па, выбранное на основании результатов экспериментальных
плавок; p – измеренное парциальное давление кислорода в шлаке, Па.
Проведено сравнительное исследование металла опытно-промышленных плавок полых
трубных заготовок, выплавленных из хромистой жаропрочной стали марки 10Х9МФБ-Ш на
лабораторной печи ЭШП-0,5У (Ø275х60 мм, 2 Гц) и на промышленной печи ЭШП-5Л (Ø325х55
мм, 50 Гц, ООО «Белэнергомаш–БЗЭМ»). По методикам, приведенным в главе 2, исследовалась
макроструктура, дендритная структура, ликвация легирующих элементов, неметаллические
включения, механические свойства и длительная прочность.
Макроструктура темплетов полых заготовок ЭШП плотная, дефекты усадочного
происхождения не обнаружены. Преимущественное развитие имеют оси первого порядка,
ориентированные с малым углом отклонения (20-300) от оси слитка. При использовании тока с
частотой 2 Гц за счет изменения физико-химических и теплофизических условий переплава и
процесса кристаллизации металла уменьшается глубина металлической ванны и протяженность
двухфазной области, фронт кристаллизации становится практически плоским. Коэффициент
формы ванны (отношение высоты цилиндрической части к общей высоте металлической
ванны) при плавке на частоте тока 50 Гц, составил 0,45, а при плавке на 2 Гц - 0,70. Изменение
формы ванны влияет на кристаллизацию и структуру слитка. Из представленных на рисунке 8
результатов видно, что с использованием переменного тока частотой 2 Гц
λ̅ при
формировании стенки полого слитка ЭШП из хромистой стали 10Х9МФБ-Ш меньше до 2-3 раз,
чем с использованием тока промышленной частоты.
Следует отметить, что в металле
полых заготовок ЭШП дендритная
ликвация смещена с критической для
труб
внутренней
поверхности
в
середину
толщины
стенки,
что
положительно влияет на свойства
трубных изделий.
Рисунок 8 Сопоставление расстояния
между осями дендритов первого порядка
в полых слитках ЭШП из стали марки
10Х9МФБ-Ш, произведенных на токе с
частотой 2 Гц ( - низ и - верх трубы)
и 50 Гц ( - верх трубы).
Результаты оценочного расчета влияния частоты тока на изменение среднего расстояния
между осями дендритов по уравнению (2) в сравнении с фактическими данными (рисунок 8)
показали схожий характер, что позволяет говорить об адекватности полученной аналитической
зависимости.
Оптимизация формы металлической ванны оказывает положительное влияние на
повышение дисперсности первичной литой структуры слитка и, как следствие, на
равномерность распределения химических элементов. Определенная методом РСМА
микроликвация элементов в осях дендритов и в междендритных промежутках после
статистической обработки массива данных позволила оценить коэффициенты дендритной
17
ликвации легирующих элементов стали 10Х9МФБ: хрома, молибдена и кремния. Значения
коэффициентов ликвации демонстрируют, что в полых слитках ЭШП из хромистой стали
10Х9МФБ, полученных на частоте 2 Гц, за счет улучшения условий кристаллизации снижается
ликвация основных легирующих элементов на 5-12%. Средние коэффициенты ликвации Si, Cr,
Mo при использовании частоты переменного тока 50 Гц составляют 1,36, 1,15 и 1,29, а при
использовании частоты тока 2 Гц - 1,21, 1,09 и 1,16, соответственно.
Металлографическое исследование образцов показало, что для металла, полученного без
раскисления характерно наличие достаточно крупных (до 15 мкм) неметаллических включений
сложного состава, основным типом которых, ввиду достаточно большого содержания
кислорода (более 70 ppm), являются шпинели типа (Fe,Mn)O·Cr2O3 и MnO·Cr2O3. При
исследовании металла, раскисленного алюминием на 0,12%, неметаллические включения - в
основном алюминаты железа и хрома, а также глинозем, доля которого в составе оксидной
фазы значительно возрастает по сравнению с металлом без раскисления. Анализ ФГА
подтверждает уровень содержания кислорода в металле и в целом согласуются с данными
РСМА по составу и размеру включений. Исследование металла полых и сплошных заготовок
ЭШП показало, что при содержании алюминия более 0,020% и кислорода менее 40 ppm
основным типом включений становится корунд. Эти положения подтверждают данные работ
В.Г.Шумского, В.С.Дуба и А.Н.Ромашкина.
По результатам металлографического исследования установлено, что при использовании
тока низкой частоты средний размер неметаллических включений уменьшается на 35-45% (с 7
мкм при 50 Гц до примерно 4 мкм при 2 Гц). Распределение их в объеме металла равномерное
(рисунок 9). Загрязненность металла неметаллическими включениями в полых слитках ЭШП
полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к данным изделиям ТУ 1301-03900212179-2010.
а)
б)
Рисунок 9 Неметаллические включения в образцах полых слитков ЭШП из стали
10Х9МФБ-Ш, выплавленных с применением частотой 50 Гц (а) и 2 Гц (б).
Приведенные выше результаты исследования химического состава, микроликвации
элементов, структуры и неметаллических включений высокохромистой стали позволяют
проследить влияние металлургического качества металла на его механические свойства.
Механические свойства образцов промышленного и опытного металла трубных заготовок,
полученных на частоте тока 50 и 2 Гц, изотропны по высоте и сечению, полностью
удовлетворяют требованиям ТУ 1301-039-00212179-2010 для металла электрошлаковой
выплавки и ТУ 14-3Р-55-2001 для горячедеформированных труб. Результаты исследования
металла полых слитков ЭШП из стали марки 10Х9МФБ-Ш приведены в таблице 1.
Во всем диапазоне исследуемых температур (550-600°С) пределы длительной прочности
металла труб из стали 10Х9МФБ-Ш соответствуют гарантированным значениям ТУ 1301-03900212179-2010 и ТУ 14-3Р-55-2001. Причем значения длительной прочности металла
бесшовных труб из полых слитков ЭШП, выплавленных на частоте тока 2 Гц, превышают
значения характеристик электрошлакового металла, полученного при переплаве с
промышленной частотой тока.
18
Таблица 1. Кратковременные механические свойства металла полых слитков ЭШП из стали
марки 10Х9МФБ-Ш при температуре испытания 20ºС. Средние значения. Образцы
тангенциальные.
Размер полого
Место отбора
σВ ,
σ0,2,
δ,
ψ,
Ударная вязкость
слитка ЭШП, мм
проб
МПа
МПа
%
%
KCU, Дж/см2
Головная часть
685
550
19,25
56,25
134,0
Ø325×55 мм, 50Гц
Донная часть
680
535
20,25
57,0
155,0
Головная часть
705
565
20,25
57,5
173,5
Ø275×60 мм, 2Гц
Донная часть
690
545
20,50
58,0
183,7
Требования ТУ1301-039-00212179-2010
≥600
≥400
≥19
≥55
≥78
Требования ТУ14-3Р-55-2001
≥600
≥400
≥17
≥50
≥59
Проведенные исследования опытно-промышленного металла хромистой стали 10Х9МФБ
показали, что за счет контроля физико-химических и теплофизических процессов при ЭШП на
основе информации об окисленности и составе шлака, управления затвердеванием слитка,
может быть улучшено металлургическое качество изделий (химический состав, структура,
неметаллические включения и т.д.) и, как следствие, их механические свойства.
Разработана технология производства, использующая рекомендации по шлаковому режиму
и режиму раскисления, и впервые выплавлены качественные полые слитки ЭШП Ø275х60 мм
из хромистой жаропрочной стали марки 10Х9МФБ с применением тока пониженной частоты.
Показано, что существует принципиальная возможность применения полых слитков
электрошлаковой выплавки в литом состоянии для изделий теплового энергетического
машиностроения.
В пятой главе представлена разработка технологии промышленного производства на ООО
«ОМЗ-Спецсталь» крупных сплошных слитков ЭШП массой до 60 тонн для роторов высокого и
среднего давления из перспективных 9-12%-ных хромистых сталей.
Разработанный технологический подход на основе управления физико-химическими
процессами при ЭШП, рассмотренный в главах 3 и 4, использовался для получения крупных
слитков из перспективных 9-12%-ных хромистых сталей, производство которых отличается
большой длительностью процесса переплава (до 2 суток). Переплав происходит со
значительным, нарастающим в ходе плавки, нагревом и окислением поверхности электрода.
Технология ЭШП, включенная в технологическую цепочку производства на ООО «ОМЗСпецсталь», разработана и освоена в ходе выполнения настоящей работы.
В рамках работы проведено 4 плавки ЭШП крупных слитков из такого типа сталей от 18 до
60 т: № 1 – слиток (18 т) для изготовления макета ротора высокого давления, на котором
выполнены исследования и аттестационные испытания металла; № 2 (30 т) – на этой плавке
проводилась отработка технологических приѐмов (шлаковый режим, режим раскисления,
микролегирование); № 3 и № 4 – слитки (60 т) для изготовления промышленных роторов
высокого давления и поставки на экспорт. На каждую плавку ЭШП подготовлены и
согласованы технологические указания, откорректированные с учетом информации о
химическом составе расходуемого электрода, диаметра кристаллизатора, включающие
рекомендации по электрическому режиму, составу и расходу раскислителей. Плавка № 1 была
реперной и проведена без применения этих рекомендаций.
При разработке технологии ЭШП исходили из имеющегося технологического
оборудования и действующей на ООО «ОМЗ-Спецсталь» схемы производства, позволяющей
уже на этапах выплавки, внепечной обработки и разливки обеспечить в металле расходуемого
электрода заданное содержание основных легирующих элементов, низкое содержание фосфора,
серы, водорода и кислорода. Определены требования к расходуемым электродам, а результаты
обоснования выбора флюса, раскислителей и экспериментальных плавок представленные выше
позволили скорректировать состав флюса, разработать композиции раскислительных смесей и
определить их расход. Разработана и внедрена на ООО «ОМЗ-Спецсталь» инструкция на
19
проведение измерений окисленности и отбор проб шлака при производстве крупных слитков
ЭШП.
Раскисление на плавке № 1 проводили алюминием с постоянным количеством вводимого
раскислителя. Плавка № 2 отличалась от первой тем, что дополнительно к алюминию со второй
половины плавки добавили молотый ферросилиций (65 %) с постоянным количеством.
В результате содержание кислорода в металле слитка № 1 увеличилось с 48 ppm в нижней
части слитка до 130 ppm в верхней, а в слитке № 2 - с 23 ppm до 87 ppm, соответственно. С
учетом результатов плавок № 1 и 2 для получения требуемого TLV 9258 04 содержания
[Al]≤0,012%, [Si]≤0,10% при одновременном обеспечении содержания кислорода (≤ 35 ppm) в
технологию раскисления были внесены изменения, использованные в ходе плавок № 3 и 4 разработаны регламенты дифференцированного раскисления шлака по ходу переплава, которое
проводили на основе результатов измерений окисленности шлака и химического экспрессанализа проб шлака.
На плавках № 3 и 4 было
ограничено применение алюминия
в качестве основного раскислителя
и произведена его частичная
замена на многокомпонентные
раскислительные
смеси
кальцийсодержащих материалов
(типа ФК40 : АПЖ : ФС65 в
соотношении 5:1:1), что позволило
получить в 60 тонных слитках
содержание кислорода менее 35
ppm. Как показано на рисунке 10
это позволяет получить требуемые
содержания алюминия, кремния и
кислорода в металле.
Рисунок 10 Изменение содержания кремния (1), алюминия (2) и кислорода (3) в металле
крупных слитков ЭШП из 9-12%-ных хромистых сталей в зависимости от окисленности шлака.
Определены
параметры
шлака,
позволяющие получать содержание кислорода
менее 35 ppm в слитках ЭШП из
высокохромистых сталей:
- окисленность шлака от 10-5,0 до 10-7,0 Па;
- сумма оксидов железа и хрома в шлаке <0,5%.
Представленная на рисунке 11 зависимость
позволяет проводить при ЭШП обоснованный
режим раскисления и его корректировку при
необходимости.
Рисунок 11 Влияние окисленности шлака и
содержания окcидов железа и хрома в шлаке на
содержание кислорода в металле крупных
слитков ЭШП из высокохромистых сталей.
Обеспечение в электрошлаковом металле, особенно при переплаве крупных слитков,
содержания водорода менее 2 ppm является довольно сложной задачей. Поэтому на плавках
ЭШП предложены и проведены мероприятия для снижения наводороживания металла:
- максимальное содержание извести во флюсе АНФ-6 оптимизированного состава, в
соответствии с результатами, продемонстрированными в главе 4, ограничено 5,0%;
- снижена температура заливаемого шлака на 50-70 0С по сравнению с условиями действующей
технологической инструкции ТИ № 201.2030.25010.00092;
20
- повышена до 60 0С температура воды, подаваемой
в поддон и кристаллизатор для предотвращения
образования конденсатной влаги перед заливкой
шлака;
- в качестве защитного газа на плавках № 3 и 4
использован азот высокой чистоты по ТУ 301-07-2589, что позволило обеспечить
понижение
содержания влаги в атмосфере над шлаком, по
сравнению с аргоном технической чистоты (плавки
№ 1 и 2) вследствие пониженной влажности газа. Рисунок 12 Содержание водорода в
Следует отметить, что использование для этой цели металле крупных слитков из 9-12%-ных
- до и - после
азота не приводит к увеличению его содержания в хромистых сталей:
ЭШП.
металле.
Проведение этих мероприятий позволило получить в электрошлаковом металле требуемое
содержание водорода (рисунок 12).
Разработанная электрошлаковая технология позволила получить в 60-тонных слитках ЭШП
требуемые содержания всех контролируемых химических элементов. Задача обеспечения
равномерного распределения кислорода и активных элементов (кремний, алюминий) по высоте
слитка была решена в ходе работы за счет разработки дифференцированного режима
раскисления, сопровождавшегося контролем окисленности и химического состава шлака.
При исследовании слитка № 1, который был получен без применения рекомендаций по
раскислению и шлаковому режиму, ввиду высокого содержания кислорода в металле,
обнаружены включения низкотемпературного кварца размером до 50 мкм, образовавшиеся изза окисления кремния, а в основном неметаллические включения размером до 10 мкм по
составу представляют собой сложные шпинели, содержащие оксиды марганца, железа, хрома,
алюминия и ванадия, вследствие недостаточной раскисленности металла.
В металле слитков плавок № 3 и 4 неметаллические включения размером от 3 до 10 мкм
(средний размер 7 мкм), распределенные достаточно равномерно в объеме металла,
представляют собой в основном корунд. Включения корунда практически не деформируются в
процессе термодеформационной обработки металла, не вытягиваются в цепочки и в меньшей
степени, чем включения иного состава, влияют на свойства металла. Поэтому они являются
наиболее предпочтительными для мартенситных 9-12%-ных хромистых жаропрочных сталей,
используемых для деталей турбин ССКП.
Механические свойства металла поковок роторов из слитков плавок № 3 и 4 полностью
удовлетворяют техническим требованиям, в том числе по длительным характеристикам.
Полученные результаты в сравнении с результатами ведущих мировых производителей
показывают высокий уровень свойств. Прочностные характеристики металла ЭШП,
полученного на ООО «ОМЗ-Спецсталь», находятся на одном уровне со свойствами металла
производства Saarshmiede и JSW, а вязкопластические свойства даже превышают его.
Ротора высокого давления, изготовленные из слитков ЭШП стали X12CrMoWVNbN10-1-1,
прошли аттестацию зарубежного заказчика, показав высокий уровень однородности
химического состава, структуры и свойств.
Таким образом, разработана технология ЭШП слитков массой до 60т из современных 912%-ных хромистых сталей для производства из них изделий ССКП, включающая
использование флюса оптимизированного состава; проведение дифференцированного режима
раскисления на основе контроля окисленности и состава шлака; использование
раскислительной смеси композиции Ca-Al-Si; проведение приѐмов снижения наводороживания
металла при ЭШП, и позволяющая управлять содержанием кислорода и технологических
элементов (кремния, алюминия) в металле, морфологией и размером неметаллических
включений, что в итоге позволяет обеспечить высокий уровень свойств металла.
21
Выводы
1. Теоретически и экспериментально исследованы окислительно-восстановительные
процессы при ЭШП сталей с 9-12% хрома:
1.1. Получена аналитическая зависимость соотношения оксидов (Cr+3/Cr+2) от окисленности
шлака, описывающая обобщенные результаты исследований по различным шлаковым системам
в диапазоне
от 10-12 до 100 Па.
1.2. Аналитически предсказано и экспериментально подтверждено для шлаков систем CaF 2
– Al2O3 – CaO и CaF2 – CaO – Al2O3 –SiO2 – MgO, что при снижении окисленности шлака от 10-4
до 10-12 Па при 1873К средняя степень окисления хрома уменьшается от +3 до +2.
1.2. Установлены зависимости между окисленностью шлака, содержанием алюминия и
кремния, количеством введенного раскислителя, компонентами шлака и содержанием
кислорода в металле для сталей системы легирования Cr-Mo-W-V-Nb (+N, B).
1.3. Разработана математическая модель и показано, что для получения кислорода в слитке
ЭШП на одном уровне шлак должен иметь более низкую окисленность в малом
кристаллизаторе (Ø 200мм), чем при переплаве в большом кристаллизаторе (Ø 1500мм).
1.4. На основании результатов изучения окислительно-восстановительных процессов при
ЭШП:
1.4.1. для получения в слитке содержания кислорода менее 35 ppm окисленность шлака
должна быть от 10-5,0 до 10-7,0 Па с учетом диаметра кристаллизатора при содержании оксидов
хрома и железа в шлаке не более 0,5% суммарно;
1.4.2. показано, что поддержание в слитке ЭШП высокохромистых сталей низкого
содержания кремния (≤0,10%) и алюминия (≤0,012%) возможно только при использовании
комбинированного раскислителя по схеме с частичной заменой алюминия на кальций; впервые
предложено уравнение для расчета необходимого количества раскислителя при проведении
дифференцированного режима раскисления на основе информации об окисленности шлака;
1.5. Обоснован выбор флюса для ЭШП высокохромистых марок стали. Предложен
оптимизированный флюс на основе АНФ-6 (CaF2–основа, Al2O3 = 26,0-30,0%, CaO ≤ 5%, SiO2 ≤
1,5%).
2. Экспериментально и аналитически исследовано влияние частоты электрического тока на
теплофизические и физико-химические параметры процесса:
2.1. Впервые теоретически показано и экспериментально подтверждено влияние частоты
тока на рафинирование металла. Показано, что роль капельного переноса возрастает при
уменьшении размеров металлических капель, отрывающихся от электрода, уменьшении
диаметра слитка и увеличении слоя расплавленного шлака.
2.2. Подтверждено, впервые установлено для полых слитков ЭШП, что изменение частоты
тока позволяет эффективно управлять теплофизическими процессами за счет
перераспределения тепловых потоков; при равной массовой скорости наплавления
коэффициент формы ванны изменяется от 0,45 до 0,70.
2.3. Исследования металла полых слитков хромистой стали марки 10Х9МФБ-Ш
электрошлаковой выплавки на промышленной и пониженной частоте показали, что:
2.3.1. Среднее расстояние между осями дендритов первого порядка при выплавке на
пониженной частоте тока до 2-3 раз меньше, чем на промышленной частоте.
2.3.2. За счет улучшения условий кристаллизации при низкой частоте тока снижается
ликвация элементов по сечению и высоте слитка - дендритная ликвация легирующих элементов
(кремния, хрома и молибдена) снижается с 1,36, 1,15 и 1,29 до 1,21, 1,09 и 1,16, соответственно.
2.3.3. При таком способе производства дендритная ликвация при общем еѐ уменьшении
смещена в середину толщины стенки, что благоприятно для свойств трубных изделий.
2.3.4. При использовании тока низкой частоты средний размер неметаллических включений
уменьшается на 35-45% (с 7 мкм при 50 Гц до 4 мкм на 2 Гц) и происходит равномерное их
распределение в объеме металла.
22
2.3.5. Механические свойства образцов металла от опытно-промышленной партии труб
(полых слитков) ЭШП, полученных на промышленной и пониженной частоте тока, изотропны
по высоте и сечению, полностью удовлетворяют требованиям кованых труб.
2.3.6. Разработана технология электрошлаковой выплавки и впервые выплавлены
качественные полые слитки Ø275х60 мм из хромистой жаропрочной стали марки 10Х9МФБ с
применением тока низкой частоты.
3. На основании комплексного изучения окислительно-восстановительных процессов при
ЭШП 9-12%-ных хромистых сталей разработана комплексная технология, включающая
использование флюса оптимизированного состава; проведение дифференцированного режима
раскисления стали в процессе переплава на основе контроля окисленности и состава шлака;
использование раскислительной смеси, включающей кальцийсодержащие компоненты;
проведение приѐмов для снижения наводороживания металла при ЭШП, и позволяющая
управлять содержанием кислорода в металле слитка, морфологией и размерами
неметаллических включений, остаточным содержанием технологических элементов (кремния,
алюминия).
4. Разработана и освоена комплексная технология производства новых мартенситных
комплексно-легированных хромистых жаропрочных сталей марок 12Х10М1В1ФБРА и
X12CrMoWVNbN10-1-1 для роторов высокого и среднего давления турбин ССКП из слитков
ЭШП массой до 60т в условиях ООО «ОМЗ-Спецсталь»:
4.1. разработана и внедрена инструкция на проведение измерений окисленности и отбор
проб шлака;
4.2. обеспечен однородный химический состав по содержанию кремния (≤0,10 %),
алюминия (≤0,012 %), кислорода (≤ 35ppm), водорода (≤ 2ppm), мелкая однородная структура
по высоте и сечению заготовки, неметаллические включения преимущественно корунда (от 3
до 10 мкм);
4.3. металлургическое качество металла обеспечивает высокий уровень свойств, в том
числе при длительной эксплуатации, полностью соответствующий требованиям нормативной
документации.
Основные публикации по теме диссертации
В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Дуб, А.В. Основные положения технологии производства заготовок из высокохромистых
жаропрочных сталей для энергоустановок суперсверхкритических параметров / А.В. Дуб, В.С.
Дуб, А.П. Куликов, Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, А.В. Дурынин, Э.Ю. Колпишон, И.А. Щепкин
и др. // Тяжелое машиностроение. – 2012. – № 7. – С. 51-57.
2. Дуб, А.В. Электрошлаковый переплав – способ кардинального повышения качества и
свойств ответственных изделий в современном машиностроении. Технические требования и
новые решения / А.В. Дуб, В.С. Дуб, Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, Ю.Н. Кригер и др. //Тяжелое
машиностроение. – 2012. – №6. – С. 2-6.
3. Скоробогатых, В.Н. Технология и комплекс свойств заготовок электрошлаковой
выплавки для оборудования ТЭС и АЭС / В.Н. Скоробогатых, Л.Я. Левков, И.А. Щенкова, Д.А.
Шурыгин и др.// Тяжелое машиностроение. – 2014. – №11-12. -С. 32-38.
4. Скоробогатых, В.Н.Способ производства и комплекс свойств заготовок корпуса
запорной арматуры пара Ду250 из стали марки 10Х9МФБ / В.Н. Скоробогатых, Л.Я. Левков,
Ю.Н.Кригер, И.А.Щенкова, Д.А.Шурыгин и др.//Тяжелое машиностроение.–2015.–№ 6.–С.2-6.
В других изданиях:
5. Дуб, А.В. Многоцелевая печь ЭШП для современного энергетического и тяжелого
машиностроения / А.В. Дуб, В.С. Дуб, Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, Ю.Н. Кригер и др. //
Электрометаллургия. – 2011. – № 9. – С. 2-8.
23
6. Дуб, В.С. Опыт производства полых трубных заготовок методом электрошлаковой
выплавки / В.С. Дуб, Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, Ю.Н. Кригер, С.В. Орлов, С.И. Марков, М.С.
Нахабина // Электрометаллургия. – 2015. – № 1. – С. 10-19.
7. Шурыгин, Д.А. Управление технологическими процессами при электрошлаковом
переплаве / Шурыгин Д.А., Левков Л.Я., Дуб В.С. и др.// Metal Russia. - 2013. - №7. - С. 20-23.
8. Левков, Л.Я. Исследование влияния скорости наплавления на качество полых стальных
заготовок электрошлаковой выплавки / Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, С.В. Орлов, Ю.Н. Кригер,
А.В. Лазукин, Г.А. Дудка, А.С. Лесунов, А.С. Ронжин // Металлург. – 2014. – № 8. – С. 72-77.
9. Дуб, А.В. Перспективы производства оборудования для АЭС с использованием ЭШП /
А.В.Дуб, В.С. Дуб, Л.Я.Левков, Д.А.Шурыгин, Ю.Н.Кригер, С.И.Марков, С.В.Орлов и др. //
Вопросы Атомной Науки и Техники - материалы и технология изготовления оборудования РУ.
– Вып. № 34. – 2013. – С. 11-18.
10. Dub, V.S. Experience of Production of Hollow Tubular Ingots by Electroslag Melting / V.S.
Dub., L.Ya. Levkov, D.A. Shurygin // Russian Metallurgy (Metally). - Vol. 2015. - №6. - Р.478-486.
11. Шурыгин, Д.А. Технология производства роторов и труб из высокохромистых
жаропрочных сталей для современных турбоагрегатов с суперсверхкритическими параметрами
пара. Достижения и задачи / Д.А. Шурыгин, А.В. Дуб, В.С. Дуб, Л.Я. Левков, А.П. Куликов,
И.А. Щепкин // Неделя металлов в Москве. Сборник трудов конференций. - 2013. – 670 с.
12. Шурыгин, Д.А. Производство и исследование свойств труб ЭШВ для энергетики/Д.А.
Шурыгин, Л.Я. Левков, Ю.Н. Кригер, С.В. Орлов, В.С. Дуб, Т.В. Тыкочинская, А.А. Чернавина,
А.С. Гуденко // III конференция молодых специалистов «Перспективы развития
металлургических технологий», Москва. - 14-15.12.2011г. - 80 с.
13. Дуб, А.В. Создание и промышленное освоение инновационной ресурсосберегающей
технологии спецметаллургии для производства паропроводов острого пара и роторов
турбогенераторов атомной и тепловой энергетики, высокостойких прокатных валков / А.В. Дуб,
Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, В.С. Дуб, К.В. Григорович, Г.К. Тарараксин и др.// Сборник
докладов научно-практической конференции с международным участием и элементами школы
для молодых ученых «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием
завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». Екатеринбург.-2013г. – С. 71-75.
14. Левков, Л.Я. Электрошлаковый переплав – способ повышения качества,
потребительских свойств и конкурентоспособности оборудования в современном
машиностроении / Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, В.С. Дуб, Ю.Н. Кригер, С.В. Орлов// Неделя
металлов в Москве.-Сборник трудов конференций. - 2013. – 670 с.
15. Левков, Л.Я. Особенности физико-химических процессов и новый подход к
управлению технологическими параметрами при ЭШП /Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин, В.С. Дуб //
Физико-химические основы металлургических процессов посвященная 110-летию со дня
рождения академика А.М. Самарина. Сборник трудов междунар. науч. конф.– 2012. – С.20.
16. Шурыгин, Д.А. Новый подход к управлению технологическими параметрами при ЭШП /
Шурыгин Д.А., Левков Л.Я., Дуб В.С.// Сборник тезисов выступлений участников межд. научнопрактической конф. «Проблемы разливки и кристаллизации стали, сварки, термообработки и
математическое моделирование технологических процессов», Москва. - 2012г. – С. 27-28.
17. Шурыгин, Д.А. Электрошлаковый переплав. Новые технические решения – новое качество
металла /Д.А. Шурыгин, Л.Я. Левков, В.С. Дуб, Ж.К. Каширина, С.В. Орлов, Ю.Н. Кригер //
Сборник докладов 6-й Межд.конф."Металлургия-ИНТЕХЭКО-2013"-Москва.-2013г. – С.39-43.
18. Шурыгин, Д.А. Разработка способов контроля и управление окислительновосстановительными процессами и кристаллизацией слитков ЭШП / Д.А. Шурыгин, Л.Я.
Левков, В.С. Дуб и др.// Сборник докладов 15-й Международной научной конференции
«Современные проблемы электрометаллургии стали». Челябинск. - 2013г.– С.91-96.
19. Шурыгин, Д.А. Роль технологии ЭШП в новых свойствах для трубных изделий /Д.А.
Шурыгин, Л.Я. Левков, В.С. Дуб, С.В. Орлов, Ю.Н. Кригер и др. //Сборник трудов (CD-диск) II
научно-технической конференции «Материалы и технологии нового поколения для
перспективных изделий авиационной и космической техники», Москва, ФГУП ВИАМ. - 2015 г.
24
20. Шурыгин, Д.А. Контроль параметров шлака – новый подход к управлению технологией
ЭШП ответственных изделий для энергетического машиностроения / Шурыгин Д.А., Дуб В.С.,
Левков Л.Я., Уткина К.Н. // Сборник тезисов докладов «V Международной конференциишколы по химической технологии ХТ’16», Волгоград. - 2016г. – С.195-198.
21. Dub, V.S. Applications of ESR in modern energy engineering // V.S. Dub, L.Ya. Levkov,
D.A. Shurygin //Proceedings of the 2ndMedovar Memorial Symposium, 7-10.06.2016. – P.39-49.
Изобретения
22. Патент № 2541333 (RU). Способ раскисления стали при электрошлаковом переплаве /
А.И. Данилов, В.С. Дуб, А.Г. Лебедев, Л.Я. Левков, Д.А. Шурыгин и др. // Опубл. 10.02.2015 г.
23. Патент № 2469117 (RU). Способ выплавки безуглеродистой жаропрочной стали /В.Н.
Скоробогатых, А.В.Дуб, В.А.Дуб, В.С.Дуб, Л.Г.Ригина, Д.А.Шурыгин и др//Опубл. 10.12.2012г.
24. Патент № 2456118 (RU). Способ контроля уровня жидкой металлической или шлаковой
ванны в кристаллизаторе и устройство для его осуществления / С.М. Нехамин, А.А. Деднев,
С.В. Орлов, Д.А.Шурыгин, Л.Я. Левков, С.В. Каманцев, и др. // Опубл. 20.07.2012 г.
25. Патент № 2483125 (RU). Способ перемешивания шлаковой ванны при
электрошлаковом переплаве расходуемого электрода / А.В. Красовский, А.В. Дуб, Л.Я. Левков,
Д.А. Шурыгин, Ю.Н. Кригер, С.В. Каманцев, М.А. Киссельман и др. // Опубл. 27.05.2013 г.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа