Зварювання сталей

Зварювання вуглецевих сталей. Маловуглецеві сталі (до 0, 25 % С) добре зварюються різними способами. Середньовуглецеві сталі
(0, 26... 0, 45 % С) здебільшого зварюються з попереднім підігріванням, а іноді й з наступною термообробкою – нормалізацією або відпусканням чи відпалюванням. Високовуглецеві сталі (0, 46...0, 75 % С) погано зварюються, тому їх не рекомендують для виготовлення зварних конструкцій.

Зварювання низьколегованих сталей. Низьколеговані сталі з вмістом до 5 % легуючих елементів зварюються різними способами. Однак на відміну від звичайних маловуглецевих сталей вони, подібно до сталей з підвищеним вмістом вуглецю, мають підвищену схильність до загартування і утворення загартувальних тріщин у зоні термічного впливу. Тому більшість низьколегованих сталей при товщині понад 10 мм зварюють з попереднім підігріванням до температури 150...350 °С, а після зварювання піддають термічній обробці − нормалізації і високотемпературному відпусканню.

Для виготовлення електродів, що застосовуються для зварювання цих сталей, використовують низьколегований зварювальний дріт. Електродні покриття, як правило, мають фтористо-кальцієву шлакову основу.

Зварювання хромистих сталей. Хромисті корозієстійкі сталі з вмістомхрому 13... 18 % при наявності вуглецю понад 0, 1 % мають різко вираженусхильність до загартування на повітрі. Тому зварювання цих сталей, щоб уникнути появлення в зварюваних швах і в навколошовних зонах структури мартенситу, виконують з обов'язковим підігріванням до 200...250 °С і наступним відпалюванням або високотемпературним відпусканням.У практиці широко застосовують дугове зварювання хромистих сталей електродами з хромонікелевого дроту або дроту того самого складу, що й основний метал, з покриттям типу УОНИ-13.

Хромисті сталі, які містять хрому понад 25 %, наприклад марок 15X25, 13X28, належать доферитного класу.

При зварюванні феритних хромистих сталей у металі шва утворюється крупнозерниста структура з низькими механічними властивостями. В навколишній зоні також відбувається інтенсивний ріст зерна, що властиве однофазним сталям, які не зазнають фазових змін зі зміною температури.

Структура і механічні властивості швів на цих сталях трохи поліпшаться, якщо в електродні покриття ввести титан, алюміній та інші елементи, які сприяють подрібненню зерна. Застосовують також проковування зварних швів. Сталі марок 15X25 і 15X28 зварюють електродами, металевий стрижень яких має такий самий склад, що й основний метал. Зварювання хромонікелевих аустенітних сталей. Хромонікелеві аустенітні сталі мають високу корозійну стійкість і широко використовуються для виготовлення хімічної і нафтової апаратури, особливо сталь марки 10Х18Н9Т. Ці сталі зварюються всіма способами і значно краще, ніж хромисті.

Основними труднощами при зварюванні хромонікелевих сталей є утворення при температурі 500...700 °С карбідів хрому і випадання їх на границях зерен, що значно погіршує антикорозійні властивості зварних з'єднань. Щоб перешкодити цьому явищу, хромонікелеві сталі зварюють при мінімальному розігріванні і великих швидкостях охолодження. Для повного відновлення аустенітної структури після зварювання рекомендується вироби піддавати загартуванню від температури 1050... 1100 °С з наступним швидким охолодженням у воді.

Ручне дугове зварювання виконують на малих струмах аустенітними хромонікелевими електродами малого діаметра, що мають покриття типу УОНИ-13.

Газове зварювання здійснюють із застосовуванням флюсів з бури, борної кислоти і плавикового шпату, а при автоматичному дуговому і електрошлаковому зварюванні використовують спеціальні марки флюсів.

Зварювальний дріт у всіх випадках застосовують того самого складу, що й основний метал, але з більш низьким вмістом вуглецю і з присадками титану, молібдену, ніобію й інших елементів.

Тонколистові вироби успішно зварюють на точкових і шовних контактних машинах, в середовищі вуглекислого газу, аргонодуговим способом

Титан і його сплави знаходять все більше поширення в промисловості та будівництві. Значно затрудняє зварювання титанових сплавів їх висока активність до кисню і азоту повітря, що приводить до зниження якості зварних з’єднань. Тому сплави, що зварюються і присадний метал повинні мати мінімально допустиму кількість шкідливих домішок (кисню до 0, 15%, азоту – 0, 04%, водню – 0, 01%, вуглецю –0, 1%). Головною відмінністю зварювання титану від зварювання вуглецевої сталі являється створення умов, надійно захищаючих зварювальну зону і ділянки деталей, що нагріваються до температури 500^0, С від впливу повітря, і мінімальний час нагріву виробів, що зварюються.

Титан зварюють вольфрамовими електродами в середовищі інертних газів і плавкими металевими електродами під фторидними і хлориднимифлюсами, які не містять кисневих сполук. Зварювання в середовищі інертних газів ведуть на постійному струмі прямої полярності, а зварювання під флюсом − на постійному струмі зворотної полярності.

Газове зварювання для титану і його сплавів не застосовується.

Свинець зварюють ацетиленокисневим і воднево-кисневим полум'ям. Зварювання виконують в нижньому положенні із застосуванням присадного металу або без нього.

При виготовленні конструкцій з цирконію, танталу і ніобію найбільш поширене зварювання в аргоні і гелії вольфрамовими і плавкими електродами, а також електронним променем у вакуумі.

Молібден зварюють як електронним променем у вакуумі, так і вольфрамовими електродами в камерах з контрольованою атмосферою. Як контрольовану атмосферу використовують захисні інертні гази − аргон або гелій, якими заповнюються вакуумні камери.

Література:

https://lib.lntu.info/book/tf/m_ta_pfkm/2013/13-38/page7.html

https://lib.lntu.info/book/tf/m_ta_pfkm/2013/13-38/page19.html

https://uk.wikipedia.org/wiki

https://bukvar.su/tehnologija/67552-Povyshenie-kachestva-stali.html

1 Безперервне розливання сталі Безперервне розливання сталі має наступні переваги перед звичайним розливанням: на 10-15% скорочується витрата металу на 1 т придатного прокату внаслідок зменшення обрізу головної і донної частин заготовки; скорочуються капітальні витрати на спорудження металургійного заводу, оскільки виключаються парк чавунних виливниць, відділення для їх підготовки та вилучення зливків з виливниць, дорогі блюмінги або слябінг, на яких великі злитки обжимаються в заготовку для подальшої прокатки; створюються умови для повної механізації і автоматизації процесу розливання; завдяки прискоренню затвердіння підвищується ступінь однорідності металу, поліпшується його якість.

При безперервному розливанні сталі рідкий метал надходить в наскрізну виливницю-кристалізатор. Стінки кристалізатора (виготовленого зазвичай з міді) інтенсивно охолоджуються водою, що циркулює по наявних у них каналах. На початку процесу в кристалізатор вводиться тимчасове дно - так звана затравка. Метал твердне поблизу стінок кристалізатора й поблизу затравки, і оболонка заготовки починає витягуватися з кристалізатора із заданою швидкістю. Зверху в кристалізатор безперервно подається рідкий метал в такій кількості, щоб його рівень був постійним у процесі всого розливання. Для зменшення зусиль витягування кристалізатору надається зворотно-поступальний рух по поздовжній осі, а на його стінки подається мастило. Поверхня рідкого металу охороняється від окиснення шаром синтетичного шлаку або захисною атмосферою з інертного газу. Заготовка що виходить з кристалізатораз рідкою серцевиною потрапляє в зону вторинного охолодження, де на її поверхню подається з форсунок розпорошена вода. Після затвердіння по всьому перетину заготовка розрізається на частини необхідної довжини. Відстань L (м) від рівня металу в кристалізаторі до місця, де закінчується кристалізація заготовки товщиною а (м), відливається зі швидкістю v (м / хв), так само: L = (240-340) a2 × v. Значення коефіцієнта пропорційності залежить від профілю та розміру заготовки та від марки разливаємої сталі.

До 1963 в промисловому масштабі застосовувалися УБРС вертикального типу, у яких формування заготовки та різання її здійснювалися на вертикальній ділянці. При литві заготовок великої товщини ділянку її різання розташовується на відстані 15-20 м від кристалізатора, а загальна висота установки може перевищувати 40 м. Для розміщення такої установки потрібна споруда веж чи колодязів. Прагнення зменшити висоту УБРС призвело до створення установок радіального, і криволінійного типів. На радіальних УБРС кристалізатор і напрямні пристрої вторинного охолодження розташовані на дузі певного радіуса (зазвичай радіус дорівнює 30-40 товщинам відливається заготовки). В кінці радіальної ділянки заготовка проходить через правильно-тягнучі ролики і виводиться в горизонтальне положення, в якому проводиться різання на мірні довжини. На УБРС криволінійного типу кристалізатор і частина зони вторинного охолодження мають постійний радіус; потім радіус збільшується і відбувається поступове випрямлення заготовки.

УБРС радіального і криволінійного типів, у яких неповністю затверділа заготовка виходить на горизонтальну ділянку, дозволяють значно підвищити швидкість розливання при великих перерізах заготовки, так як ділянка різання може бути розташованою на досить великій відстані від кристалізатора (30-35 м). Загальна висота таких установок, як правило, не перевищує 12 м.

На УБРС відливаються заготовки квадратного перерізу розміром від 50x50 до 300x300 мм, плоскі сляби товщиною від 50 до 300 мм і шириною від 300 до 2000 мм, круглі заготовки (суцільні і з внутрішньою порожниною) діаметром від 100 до 550 мм, з яких отримують труби, сортовий і листовий прокат, поковки. Велика ступінь хімічної однорідності по довжині і поперечним перерізом безперервнолитих заготовок забезпечує стабільні механічні властивості і підвищує надійність роботи металовиробів. Завдяки своїм перевагам безперервне розливання сталі прийнятого в якості основного способу розливання у всіх нових споруджуваних сталеплавильних цехах і буде широко використовуватися при реконструкції діючих заводів. Найбільша продуктивність УБРС забезпечується при їх роботі в поєднанні з кисневими конвертерами. У цьому випадку досягається рівність циклів випуску сталі з конвертера і розливання її на УБРС, завдяки чому рідкий метал може подаватися на установку безперервно протягом тривалого часу. У цехах з сучасними дуговими печами також може бути організоване розливання так званим методом «плавка на плавку» (одна установка безперервно приймає метал від декількох печей). Перспективні агрегати, в яких безперервне розливання сталі поєднується з безперервною прокаткою в єдиному потоці. При цьому знижуються витрати енергії, підвищуються якість злитка і вихід придатного, скорочується цикл виробничих операцій від виплавки сталі до одержання готового прокату. Такі агрегати вже стали до ладу.

1.2 Металургійні способи підвищення якості стали.

Розроблено низку інших і найефективніших способів підвищення якості стали у металургійному виробництві. Ці засоби засновані, по-перше, більш повному видаленні з сталей газів і шкідливих неметалічних включень і, по-друге на зміні хімічного складу сталей з допомогою входження у них спеціальних легуючих елементів, що поліпшують різні властивості сталей.

У виплавленої стали завжди міститься певну кількість газів і неметалевих включень. Зміст газів навіть у сотих і тисячних частках відсотка істотно знижує механічні та інші властивості стали. Неметаллическими включеннями, які у стали, є сполуки заліза, кремнію, марганцю та інших. Основними металургійними способами зниження змісту газів і неметалічних включень в стали є: электрошлаковый її переплавку, рафінування олії синтетичним шлаком, вакуумна дегазація, вакуумно-дуговой переплавку, переплавку в электроннолучевых печах та інших. Зниження в стали неметалевих включень досягається також зміною поєднання і послідовності запровадження розкислювачів.

При электрошлаковом переплаве з металу, що підлягає обробці, спочатку виготовляють електроди, які потім опускають в сой робочого флюсу, який володіє високим опором. Під час проходження електричного струму робочий флюс плавиться й утворюється шлак, який виділяє тепло. Проходячи через рідкий шлак, краплі металу очищаються шкідливих домішок й творять високоякісний зливок. Цей метод доцільно застосовувати і при отриманні високоякісних шарикоподшипниковых сталей, жароміцних сплавів, виготовленні деталей турбін та інших.

Сутність обробки металу синтетичним шлаком у тому, що рідку сталь з плавильної печі виливають в ківш зі спеціальним синтетичним шлаком з великою висоти. При бурхливому перемішуванні шлак спливає, сталь виходить чистої. Рафинирование рідким синтетичним шлаком в ковші покращує макроструктуру стали, видаляє до70% сірки. Такий спосіб знайшов широке застосування при обробці конвертерной, мартенівської стали, і навіть электрометалла.

Вакуумна дегазація - одне з найбільш поширених способів підвищення якості стали- залежить від видаленні зі сталі водню, кисню й азоту. При вакуумировании різко підвищуються механічні властивості сталей. основними способами вакуумної обробки є вакуумирование в ковші, вакуумирование струменя металу при переливе з ковша в ківш або за заливанню в изложницу та інших. Встановлено, що з вакуумировании струменя зміст водню в металі знижується на 60-70%, а зміст азоту- до 40%. Через війну взаємодії з вуглецем метал очищається від кисневих оксидних включень.

Однією з найпоширеніших способів вакуумирования є вакуумно-дуговой переплавку в печах з расходуемым електродом. У цьому виплавлену сталь переплавляють повторно в вакуумному просторі з допомогою електричної дуги. Через війну оплавлення металу у вакуумі відбувається дегазація і сталь набуває нові, вищі механічні властивості.

Сутність вакуумирования в электроннолучевых печах у тому, що у переплавляемый метал, що у вакуумної камері, направляють електронні промені з катодів. У процесі впливу високої температури метал розплавляється і рафинируется в вакуумі.

Істотно впливають на властивості сталей надає легування - навмисне введення до складу сплаву відповідних компонентів. Це спричиняє зміни як механічних, хімічних і технологічних, а й спеціальних властивостей сталей. Основними легирующими елементами є: кремній, марганець, нікель, хром, вольфрам, алюміній, молібден, ванадій, титан, кобальт, мідь та інші метали.

Різні легирующие елементи, водимые в сталь, неоднозначно впливають їхньому властивості. Так, кремній ефективне раскислителем використовується і при отриманні «спокійній» стали. Як легуючий елемент вводять у сталь підвищення міцності її, стійкості до корозії і жаростійкості.

Марганець - найважливіший компонент стали. Застосування її як легирующего елемента сприяє підвищенню прокаливаемости стали що характеризує глибину загартованою зони при термічній обробці. При запровадження у сталь 10-12% марганцю вона размагничивается. Нікель підвищує міцність і ударну в'язкість стали, збільшує її прокаливаемость й відвертий спротив корозії. Хром підвищує твердість і міцність, зберігає ударну в'язкість сталей, сприяє опору на стирання, різко збільшує стійкість до корозії. При запровадження у сталь понад десять% хрому вона стає нержавіючої. Вольфрам підвищує твердість легованих сталей і покращує ріжучі властивості інструментальної стали. Алюміній підвищує жаростійкість і корозійну стійкість стали, а молібден - міцність, пружність, зносостійкість і кілька спеціальних властивостей стали. Ванадій підвищує твердість, міцність і щільність стали.

На властивості стали впливає вуглець, входить до складу стали. Зі збільшенням змісту вуглецю до 1.2% твердість і міцність сталей підвищується, але знижується пластичність і ударна в'язкість; у своїй погіршуються такі технологічні властивості сталей, як гнучкість, свариваемость, обробка різанням та інших., одночасно поліпшуються ливарні властивості сталей.