Технические науки

Металлургия

Жигуц Ю.Ю., Легета Я.П., Циганин Ю.Б.

Ужгородський національний університет, Україна

ТЕХНОЛОГІЯ ТЕРМІТНОГО ЗВАРЮВАННЯ МАРГАНЦЕВИХ СТАЛЕЙ

 

Вступ. У першій половині двадцятого століття вперше було запропоновано метод отримання рідкої сталі в результаті горіння термітної суміші та впроваджено у промислову практику алюмінотермітне плавлення сталі і отримання на її основі фасонних виливків. Сучасні дослідження в області металотермії значно розширили діапазон синтезованих сплавів [1]. Існуючі склади екзотермічних сумішей для синтезу легованих сталей неможливо використовувати для живлення виливків з легованих і високолегованих сталей у зв’язку із значною їх ліквацією [2]. В той же час існує можливість відновлення легуючих елементів в результаті металотермічних реакцій з відходів металургійного та термічного виробництв.

Поставлена проблема. Аналіз способів отримання заготовок з високолегованих сталей виявив проблему, яка полягала у необхідності отримування термітного високолегованого матеріалу та організації способу зварювання, який би поєднував у своєму технологічному циклі пізнє модифікування термітної сталі і при економії легуючих матеріалів дозволив би отримувати надійне якісне з’єднання деталей з високомарганцевих сталей.

Матеріали і методика проведення експерименту. Для визначення маси металевого зливка з шихти на першому етапі дослідження були проведені мікроплавлення при масі шихти 250–300 г у металевому тиглі діаметром 80 мм з різним процентним співвідношенням компонентів у суміші. Порошкова шихта просушувалася, перемішувалася, розміщувалася у металотермічному реакторі і після цього ущільнювалася. У подальшому теоретичні розрахунки перевірялися при проведенні експериментальних мікроплавлень. Для реалізації металотермічного синтезу високолегованої сталі було розроблено спеціальну конструкцію металотермічного реактора [3]. При проведені роботи використовували у складі металотермічної шихти пус’єри, що вловлюються фільтрами з диму дугової сталеплавильної печі у процесі плавлення високомарганцевої сталі. Ці пус’єри мають наступний хімічний склад (у % за масою): перекис марганцю 35–40, оксид заліза 15–25, оксид кальцію 4–7, інші сполуки – решта. Хімічний склад пус’єр дозволяє скласти на їх основі термітну суміш, здатну самовільно горіти з утворенням рідкої сталі типу 110Г12Л. Проведені відповідні термохімічні розрахунки із врахуванням засвоєння компонентів шихти дозволили розробити склад екзотермічної суміші (у % за масою): залізоалюмінієвий терміт 70–76, пус'єри 20,5–25,0, алюмінієвий порошок 3,0–3,7, порошок вуглецю 0,5–0,7. Алюмінієвий порошок у складі шихти у наступному вдалося замінити мливом алюмінієвої стружки.

Експериментальна частина. В результаті проведених мікроплавлень вдалося встановити, що механічні властивості отриманих високомарганцевих термітних сталей не гірші за аналоги виготовлені промисловими способами, про що свідчать дані табл. 1.

 

Таблиця 1

Механічні властивості термітної високомарганцевої сталі 110Г12Л

№ зразка

sв, МПа

d, %

ан, МДж/м2

1

830

21

11

2

835

18

9

3

830

20,5

9

4

810

21

10,5

 

Розрахована адіабатична температура горіння суміші склала 1840–28900С. Задані границі домішок вуглецю у екзотермічній суміші відповідають границям вмісту вуглецю у високомарганцевій сталі (0,9–1,5%) із врахуванням випалу вуглецю, який сягає 7–8,5%.

У ливарній лабораторії ВО „Машинобудівний завод „Тиса” (м. Ужгород) було проведено термітне плавлення на основі шихти вказаного вище розрахункового складу. Отриманий виливок високомарганцевої сталі масою 1,5 кг був підданий хімічному аналізу, який дав результати показані у табл. 2.

 

Таблиця 2

Хімічний аналіз виливка з високомарганцевої сталі

Елементи

С

Mn

Si

P

S

Вміст, %

1,20

13,1

0,38

0,09

0,035

 

За аналогічною методикою проведено було плавлення і зварювання двох сталевих заготовок зі сталі 110Г12Л за допомогою термітного зварюванні з отриманням задовільних результатів.

Висновки. 1. Термітним способом отримано високомарганцеву термітну сталь, а у складі екзотермічної шихти для її синтезу застосовано пус’єри, використання кожної тонни яких, дозволяє повернути у виробництво 230 кг марганцю. 2. Досліджено властивості термітної сталі 110Г12Л, що дозволило встановити − ударна в’язкість термітної високомарганцевої сталі на 14–17% вища, ніж у сталі звичайного плавлення. 3. Запропонована технологія дозволяє проводити зварювання високолегованих сталевих заготовок із отриманням міцного зварного шву, крім цього вона придатна і для синтезу високолегованих сталей термітним способом при отриманні виливків.

Література:

1. Жигуц Ю.Ю. Використання порошкових матеріалів для синтезу високохромованих неіржавіючих сталей// Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. − Запоріжжя, ЗНТТУ. − 2005. − №2. − С. 26−29.

2. Патент №2001106813. Екзотермічна суміш для живлення виливків з високолегованих сталей/ Жигуц Ю.Ю. Бюл. №9, 2002.

3. Патент України на корисну модель. № u 2005 03319 А МПК: 7В22С9/08. Металотермічний реактор/ Жигуц Ю.Ю., Скиба Ю.Ю., Похмурський В.І., Крайняй І.І. Опубл. 17.10.2005.; − Бюл. №10.