Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Совершенствование технологии производства высоколегированной азотсодержащей стали с целью ресурсосбережения

Диссертация: Совершенствование технологии производства высоколегированной азотсодержащей стали с целью ресурсосбережения
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

При этом наблюдаются две основные тенденции в разработке новых сталей: с одной стороны, ввиду резкого возрастания рабочих нагрузок и агрессивности эксплуатационных сред необходимо значительное повышение легирования основными легирующими элементами, придающими стали необходимые свойства: Cr, Ni, Мп и др., с другой стороны,-приходится соотносить рост потребности в высоколегированных сталях… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса, но исследуемой проблеме
    • 1. 1. Теоретические основы легирования стали газообразным азотом
    • 1. 2. Влияние азота на механические свойства стали
    • 1. 3. Структура азотсодержащей стали
    • 1. 4. Легирование стали твердыми азотсодержащими материалами
    • 1. 5. Легирование стали газообразным азотом
    • 1. 6. Выводы по главе 1
  • ГЛАВА 2. Исследование влияния азота на эксплуатационные свойства стальных отливок
    • 2. 1. Коррозионностойкие стали ЭИ-943, ЭП
      • 2. 1. 1. Проведение опытных промышленных плавок
      • 2. 1. 2. Методика проведения лабораторных исследований
      • 2. 1. 3. Определение химического состава опытных плавок
      • 2. 1. 4. Проведение металлографических исследований
      • 2. 1. 5. Термообработка
      • 2. 1. 6. Методика проведения коррозионных испытаний
      • 2. 1. 7. Методика проведения испытаний отливок под давлением
      • 2. 1. 8. Термодинамический расчет образования нитридов в стали ЭИ
    • 2. 2. Результаты коррозионных испытаний стали ЭИ
      • 2. 2. 1. Электрохимические исследования
      • 2. 2. 2. Анализ брака литья из стали ЭИ
      • 2. 2. 3. Анализ микроструктуры стали ЭИ-943 и ее заменителя. 46 2.2.4: Анализ микроструктуры стали ЭП-654 и ее заменителя
    • 2. 3. Результаты промышленных экспериментов
    • 2. 4. Выводы
    • 2. 5. Разработка оптимального состава и исследование свойств экономнолегированной жаростойкой азотсодержащей стали 40Х24Н12С2Л и 20Х25Н19С2Л
      • 2. 5. 1. Проведение лабораторных и опытно-промышленных плавок
      • 2. 5. 2. Анализ химического состава промышленных плавок
      • 2. 5. 3. Анализ микроструктуры опытных плавок
      • 2. 5. 4. Испытания на жаростойкость стал Х25Н19С2Л и ее заменителя
      • 2. 5. 5. Испытания на термостойкость стали Х25Н19С2Л и ее заменителя
      • 2. 5. 6. Исследование влияния легирующих элементов на жаростойкость
      • 2. 5. 7. Анализ техЕЮЛогии производства стали X25H19C2JI
      • 2. 5. 8. Производственное опробование

Совершенствование технологии производства высоколегированной азотсодержащей стали с целью ресурсосбережения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Современный этап развития металлургии характеризуется значительным расширением сортамента металлопродукции, неизменным ее качественным и количественным ростом, увеличением объемов производства и повышением эксплуатационных свойств сталей при одновременном снижении металлоемкости готовых изделий [1,2, 3].

При этом наблюдаются две основные тенденции в разработке новых сталей: с одной стороны, ввиду резкого возрастания рабочих нагрузок и агрессивности эксплуатационных сред необходимо значительное повышение легирования основными легирующими элементами, придающими стали необходимые свойства: Cr, Ni, Мп и др. [4, 8, 9], с другой стороны,-приходится соотносить рост потребности в высоколегированных сталях с возможностями добычи природных запасов легирующих элементов в земной коре, которые, во-первых, являются труднодобываемыми, соответственнодорогими и, во-вторых, — исчерпывающимися и невосполнимыми [5,6].

Развитие новых отраслей техники, а также интенсификация существующих процессов физической и химической технологии производства материалов и изделий требуют резкого повышения качества металла, уровня служебных характеристик и надёжности изделий.

Учитывая увеличивающийся дефицит наиболее важных легирующих элементов (никеля, хрома, кобальта, вольфрама, молибдена и др.)" ведущие производители стали считают, что основным направлением повышения механических и физических свойств стали и снижения массы конструкций будет переход к сверхчистым углеродистым и низколегированным сталям или сталям, легированным недефицитными элементами при более эффективном использовании возможностей управления структурой и свойствами сталей посредством микродобавок и температурной и деформационной обработки.

Одним из перспективных элементов для легирования и микролегирования стали является азот. Это доступный и совершенно 6 недефицитный материал. Поэтому легирование стали азотом для получения стабильного аустенита и его упрочнения приобретает в настоящие время всё большее распространение. Многие авторы посвятили свои исследования азотированию жидкой стали: Аверин В. В., Охотский В. Б., Семин А. Е., Григорян В. А., Стомахин А. Я., Кривонос В. Н. и другие.

Однако легирование стали азотом представляет некоторые трудности, так как для того, чтобы оценить поведение азота на различных стадиях сталеплавильного процесса, необходимо располагать надёжными данными по растворимости, скорости растворения и условиям взаимодействия азота с другими компонентами расплава.

Актуальность работы заключается в определении возможности предвидеть растворимость азота в металлических расплавах в зависимости от их химического состава, температуры, парциального давления азота в газовой фазе, а также в необходимости знать кинетические характеристики процесса, как функции от условий проведения процесса выплавки и внепечной обработки стали.

Перспективным является способ легирования стали газообразным азотом при её внепечной обработке в ковше [10]. С целью интенсификации продувки и повышения эффективности усвоения азота предлагается технология комбинированной продувки: снизу через погружную фурму и обдувом сверху через конус.

Способ отличается простотой и экономичностью и позволяет точно прогнозировать содержание азота в металле.

Но большое влияние на усвоение азота сталью при этом оказывает гидродинамика жидкой ваЕшы [11, 12]. В этой связи требуется проведение исследований в лабораторных и промышленных условиях для определения необходимых условий и параметров продувки.

ВЫВОДЫ:

В данной главе был выполнен ряд расчетов для проверки обоснованности применения технологии продувки стали азотом для условий ЭСПЦ ОАО ОЭМК. В частности было рассчитано равновесное содержание азота в стали при различных температурах. Расчет был произведен с использованием ЭВМ. Установлено, что при температуре 1700 °C равновесное количество азота в Стали 45 составляет 0.039% или 390 ррш.

Также с помощью расчета на ЭВМ найдено количество нитридообразующих элементов, необходимых для связывания 130 ррш азота.

Установлено, что для этого необходимо (при температуре солидус) 0.025% алюминия или 0.008% титана.

Предлагаемая технология продувки позволит снизить количество используемого аргона на 7,5 м3/плавку.

Все приведенные расчеты и результаты опытных данных говорят о возможном применении технологии продувки жидкого металла в ковше азотом.

Исследована технология комбинированной продувки инертными газами. Разработан режим, в котором оговорено, что первую половину обработки, при которой дается известь, пл. шпат, углерод можно проводить продувая азотомоставшееся время обработки, при которой даётся алюминий, силикокапьций, проводить продувая аргоном. В результате примерно 50% аргона можно заменить азотом, что составляет примерно 7,5−9 м3/плавку.

Данная технология не направлена на улучшение качества производимого металла, но не снижает его. Для 60% марок подходит данная технология.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

:

1. Изучены в лабораторных условиях и подтверждены в ходе выполнения промышленных исследований возможности легирования хромоникелевых и марганцовистых марок сталей азотом с получением из них литых бездефектных изделий.

2. На базе выполненных исследований разработаны новые экономнолегированные азотсодержащие стали, которые по своим литейным, механическим, эксплуатационным характеристикам не уступают, а порой и превосходят высоколегированные классические стали, такие как 40Х24Н12СЛ, 20Х25Н19С2Л, 07Х20Н25МЗД2ТЛ, 110Г13ФТЛ. Процесс их производства не содержит технологических трудностей.

3. Установлены кинетические закономерности усвоения газообразного азота в зависимости от способа подачи газа в расплав, влияние различных параметров продувки на процесс азотирования жидкого металла. Установленные закономерности хорошо коррелируют с данными, полученными при промышленных испытаниях.

4. Предложен и опробован в промышленных условиях способ легирования жидкой стали газообразным азотом, подаваемым через специальный продувочный узел, позволяющий одновременно вводить газ в расплав и обдувать оголенную от шлака поверхность, что приводит к интенсификации процесса азотирования, снижению эффекта кислородной блокады, защите металла от окисления, уменьшению расхода раскислителей.

5. В результате обработки высокомарганцовистой стали газообразным азотом в ковше вместимостью 6 тонн в условиях фасонно-сталеплавильного производства ОАО «ОЗММ» по предложенному способу продувки за относительно короткое время продувки (около 5 мин.) удалось достичь оптимальной концентрации азота 0.035−0.040%, обеспечивающей наилучшие эксплуатационные свойства отливок из марганцовистой стали.

6. На основе проведенных исследований и анализе закономерностей процесса разработана математическая модель, позволяющая оперативно контролировать и определять степень насыщения металла азотом при различных параметрах внепечной обработки стали.

7. Разработанная математическая модель позволяет рассчитывать равновесную концентрацию азота для различных технологических режимов продувки жидкой стали в ковше для высоколегированных хромоникелевых и марганцовистых сталей.

8. Модель дает возможность прогнозировать получение необходимой концентрации азота до пределов его термодинамической растворимости для конкретных марок сталей, что позволит экономить значительное количество дорогостоящих и все более дефицитных легирующих элементов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. П.В., Меркер 33 J (Новые эконолшолегировсишые азотсодержащие стали.
  2. Литейные процессы. Выпуск 5. Магнитогорск, 2005 г., с.24−28.
  3. Г. М., Мошкевич Е. И. Нержавеющая сталь,— М.: Металлургия, 1973 г., 319 с.
  4. Н.Н., Доронина Е. В., Матросов Ю. И. // Пути создания экономнолегированных э/саростойких сталей и ставов.- М: Металлургия, 1983 г., с. 169−173.
  5. Банных О.А.//Основные направления создания жаропрочных сталей. Металлы, 1982 г., № 5, с. 18−23.
  6. М.И., Грачев С. В. Специальные стали.- М.: Металлургия, 1985 г., 408с.
  7. М.А., Ажогин Ф. Ф., Ефимов Е. А. Коррозия и защита металловМ.: Металлургия, 1989 г., 215 с.
  8. Материалы I Всесоюзной конференции по высокоазотистым сталям. Киев, 1990 г., 144 с.
  9. Левин Ф.Л.// Коррозионностойкие безникелевые и экономнолегированные никелем стали в СССР и за рубежом. Информсталь, выпуск 11, 1984 г.
  10. В.Н., Гейхман М.В.// Совершенствование технологии производства коррозионностойких сталей за рубежом. Сталеплавильное производство. Обзорная информация. Выпуск 1.-М.: Металлургия, 1982 г.
  11. Ю.Свяжин А.Г.// Легирование стали азотом.- Бюллетень НТИ ЧМ, 1990 г., № 6, с. 23−30.
  12. Д.Я., Кудрин В. А., Вишкарев А. Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСиС, 1995 г., 256 с.
  13. С.А., Казачков С. В., Свяжин А. Г. // Использование газообразного азота для внепечной обработки стали.- М.: ИМЕТ, 1987 г., с. 10.
  14. З.Павлов А. В., Уточкин Ю. И., Григорян В.А.// Экспериментальное изучение растворимости азота в расплавах. Известия вузов «Черная металлургия» № 8, 1984 г., с. 56−57.
  15. Н.Зайцев В. В., Шакиров К. М., Рыбенко И.А.// Растворимость азота в жидких безникелевых сталях при температурах 1923.2073 К и высоких давлениях. Известия вузов «Черная металлургия» № 8, 1995 г., с. 6−10.
  16. В.В., Ревякин А. В., Федорченко В. И. Азот в металлах.- М.: Металлургия, 1976 г., 223 с.
  17. В.А., Белянчиков Л. Н., Стомахин А. Я. Теоретические основы электросталеппавильных процессов.-М.: Металлургия, 1987 г., 272 с.
  18. В.Н. Разработка технологии выплавки азотсодержащей коррозионностойкой стали для фасонных отливок. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.- М.: МИСиС, 1978 г., 152 с.
  19. К.А. Высокохромистые жаропрочные стали.- М.: Металлургия, 1976 г., 216 с.
  20. Л.Г., Васильев Я. М., Дуб B.C. и др.// Легирование стали азотом.- Электрометаллургия, № 2, 2005 г., с. 14−21.
  21. Д., Фишер В.// Параметры взаимодействия примесных и легирующих элементов в жидкой стали. Черные металлы № 9, 1975 г., с. 30−33.
  22. В.А., Белянчиков Л. Н., Стомахин А. Я. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1989 г., 287 с.
  23. Н.Ф. Легированная сталь.- М.: Металлургиздат, 1963 г., 271 с.
  24. Э., Вебер К. Производство отливок из специальныхсталей.-М.: Машгиз, 1960 г., 138 с.
  25. Новые металлические материалы и защита от коррозии. Сборник научных трудов. НИИ Химмаш, г. Москва, 1977 г., 155 с.
  26. М.А. Фасонное литье из легированных сталей. М.: Машиностроение, 1964 г., 227 с. 26.3олотаревский B.C. Механические свойства металлов.- М.: Металлургия, 1983 г., 350 с.
  27. С.Б. Высокотемпературные механические свойства коррозионностойкой стали для атомной техники.- М.: Металлургия, 1987 г., 479 с.
  28. А. Высокопрочные материалы.- М.: Мир, 1976 г., 261 с.
  29. Н.Ф. Легированная сталь,— М.: Металлургиздат, 1963 г., 271 с.
  30. С., Вербер Т. Современные жаростойкие материалы (справочник).- М.: Металлургия, 1986 г., 359 с.
  31. Ф.Ф. Нержавеющие стали.- М.: Металлургия, 797 с.
  32. Ю.М., Коган Я. Д. Структура и прочность азотированных сплавовМ.: Металлургия, 1982 г., 176 с.
  33. Ю.И., Капуткина Л.М./(Легирование азотом и упрочнение нержавеющих аустенитных сталей в процессе термомеханической обработки. Извести вузов «Черная металлургия», № 5, 2004 г., с. 5054.
  34. Л.Л. Коррозия (справочник).-М.: Металлургия, 1981 г., 630 с.
  35. Л.В., Кононенко В. А. и др. Структура и свойства металлов и сплавов.- Киев, Hayкова думка, 1986 г., 567 с.
  36. Кривонос В.Н.// Экономнолегированные стали. Метаплоснабжение и сбыт, Лг2 6, 1998 г., с. 56−59.
  37. Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы.- М.: Металлургия, 1976 г., 216 с.
  38. Я.Е., Митин В. Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали,-М.: Металлургия, 1986 г., 271с.
  39. В.М., Грачев В. А. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроенииМ.: Машиностроение, 1984 г., 432 с.
  40. Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов,— М.: Металлургия, 1988 г., 287 с.
  41. В.А., Стомахин А. Я. и др. Производство стали и ферросплавов. Учебное пособие. Расчеты по термодинамике расплавов на основе железа и никеля.-М.: МИСиС, 1981 г., 116 с.
  42. Лев И.Е., Покидышев В. В. Анализ азотсодержащих соединений в сплавах железаМ.: Металлургия, 1987 г., 135 с.
  43. Жук Н. П. Курс коррозии и защиты металлов.-Ы.: Металлургия, 1968 г., 167 с.
  44. В.И. Расчет жаростойкости металлов.- М.: Металлургия, 1976 г., 207 с.
  45. А.П. Металловеде}те.- М.: Металлургия, 1986 г., 544 с.
  46. Ю.З. Структура и свойства литой стали.- Киев: Наукова думка, 1980 г., 240 с.
  47. Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов,— М.: Металлургия, 1983 г., 353 с.
  48. Солнцев Ю. П, Металловедение и технология металлов.- М.: Металлургия, 1988 г., 512 с.
  49. Н.Д., Жук Н.П., Титов А. А. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов.- М.: Металлургия, 1971 г., 280 с.
  50. Г. В., Ивлев С.А.// Поглощение азота при продувке стали азотом в ковше через шиберный затвор. Сталь, № 3, 1990 г., с. 40−43.
  51. Тэн Э.Б., Беловодский В. Б. и др.// Повышение эффективности расплава инертным газом в ковшах малой вместимости. Известия вузов «Черная металлургия», № 9, 1995 г., с. 49−51.
  52. Я.Б., Найдек В. Л. и др.// Повышение эффективности продувки расплава инертным газом в ковшах малой вместимости. Внепечная обработка стали азотом и другими материалами. Литейное производство № 5, 1990 г., с. 11−12.
  53. Я.Б., Сычевский АЛЛ Внепечная обработка стали. Литейное производство, № 9, 1990 г.
  54. А.Д., Удовенко В. Г. и др.// Исследование и разработка технологии продувки конвертерной стали азотом в ковше. Сталь, № 10, 1979 г., с. 26−27.
  55. А.Д., Явойский В. И., Свяжин, А .Г.// Продувка металла в ковше газообразным азотом. Сталь, № 6, 1980 г., с. 48.
  56. С.А., Казаков С. В., Свяжин А.Г.// Использование газообразного азота для внепечной обработки стали. М.: ИМЕТ, 1987 г., с. 10.
  57. А.А., Садовник Ю. В. // Выплавка в конвертере азотсодержащих нержавеющих сталей, легированных газообразным азотом. Бюллетень НТИ. Черные металлы № 10, 1983 г., с. 31−33.
  58. Е.А., Свяжин А. Г. // Использование погружаемых фурм для продувки жидкой стали. Сталь, № 7, 1993 г.
  59. БаклаЕЮВ К.П., Бармотин И. П. Рафинирование стали инертным газом.- М.: Металлургия, 1975 г., 232 с.
  60. П.Н., Степанов А. В. и др. Обработка металлов инертным газом.-Ы.ш. Металлургия, 1969 г., 112 с.
  61. A.M., Маслов А. В. И Повышение качества чугунных отливок обработкой расплава в ковше азотом. Литейное производство, № 9, 1987 г., с. 7−9.
  62. Г., Мелан Д.// Современное состояние и перспективы развития способов вдувания твердых материалов при обработке стали. Черные металлы, № 11, 1989 г., с. 12−17.
  63. Э.Э., Тимофеева А. С., Свяжин А. Г. // Исследование барботажног1 зоны в ковше при внепечной обработке. Известия вузов «Черная металлургия», № 11, 1988 г., с. 32−35
  64. Э.Э., Тимофеева А. С., Мещеринов А.А.// Особенности продувки литейных сталей. Литейное производство, № 1, 1990 г., с. 16−18.
  65. Э.Э., Тимофеев П. В. Тимофеева А.С. // Особенности внепечной обработки маргаш{евых сталей азотом. Известия вузов «Черная металлургия», № 11, 1995 г., с. 19−21.
  66. Э.Э. // Определение параметров ГДЗ в ковше. ВИНИТИ. Депонированные научные работы, № 2, 1988 г., с. 141.
  67. Меркер Э.Э.// Разработка и исследование методов ГДЗ в ковше ВИНИТИ. Депонированные научные работы, № 6, 1988 г., с. 134.
  68. Э.Э. // Параметры барботажной зоны и ГДЗ в ковше. ВИНИТИ. Депонированные научные работы, № 2, 1988 г., с. 140
  69. Меркер Э.Э.// Исследование процессов и разработка технологических основ плавки стали с применением газоструйных систем над зоной продувки агрегата. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н.-М.:МИСиС, 2001 г., 108 с.
  70. Г. А. Внепечное рафинирование стали.-Ы.: Металлургия, 1977 г. 206 с.
  71. П.В., Семин А. Е., Меркер Э.Э.// Исследование процессов насыщения э/сидкой стали азотом при внепечной обработке. Материалы 5 Международной НТ конференции, г. Череповец, 2005 г.
  72. П.В., Семин А. Е., Меркер Э.Э.// Интенсификация процесса газового азотирования жидкой стали в ковше азотом. Известия вузов «Черная металлургия», № 11, 2006 г.
  73. Взаимодействие металлов и газов в сталеплавильных процессах. Сборник научных трудов Лг" 79, М.: Металлургия, 1973 г., 2292 с.
  74. И.Ф., Дробышев А. Н. и др.// Математическая модель продувки жидкого металла инертными газами. Известия вузов «Черная металлургия», № 8, 2004 г., с. 31−33.
  75. Ригина Л.Г.// Исследование и разработка технологии ЭШП и ЭШПД хромомарганцевых сталей, легированных азотом. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н. НПО ЦНИИТМАШ, 2005 г.
  76. М.Ф. Теория и технология электроппавки стали.- М.: Металлургия, 1985 г., 270с.
  77. В.В., Ревякин А.В, и др. Азот в металлах.- М.: Металлургия, 1976 г., 223 с.
  78. Шевченко А.Д.// Исследование и разработка технологии внепечной обработки низколегированных марок стали в ковше газообразным азотом. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н. М.: МИСиС, 1981 г.
  79. Э.Э., Тимофеев П.В.// Непрерывный контроль активности кислорода в эюидкой стали. Литейное производство, № 1, 1997 г., с. 8, 9.
  80. Э.Э., Тимофеева А.С.// Контроль окисленности стали методом эдс в дуговой печи. Металлург № 5, 1990 г., с. 29, 30.
  81. А.С., Меркер Э. Э., Свяжин ATM Определение барботаэ/сной зоны в ковше. Бюллетень Черметинформация, № 18, 1998 г.
  82. Э.Э., Тимофеева А. С., Мещеринов А.А.// Моделирование применения ГДЗ в конвертере. Бюллетень НТИ Черные металлы, № 19, 1989 г., с. 37−39.
  83. Сборщиков Т.С.// Введение в волновую теорию стабилизации газовой струи под уровнем расплава. Известия вузов «Черная металлургия, № 1, 2006 г., с. 55−58.
  84. П.В., Семин А. Е., Меркер Э.Э.// Исследование npotfeccoe вторичного металла в ковше с использованием метода газоконусной защиты. Литейные процессы. Выпуск 5, г. Магнитогорск, 2005 г., с. 88−92.
  85. Э.Э., Тимофеева А. С., Мещеринов А. А. // Обработка литейных сталей аргоном в ковше. Литейное производство, № 2, 1990 г., с. 28−30.
  86. Н.Я., Кац Р.З.// Продувка жидкой стали 110Г13 инертными газами. Литейное производство, № 1, 1974 г., с. 40, 41.
  87. A.M., Казачков Е. А., Свяжин, А .Г.// Определение оптимальной продолэюительности продувки расплава инертным газом. Сталь, № 9,1991 г.
  88. Н.А., Стадничук А. В., Тимофеев П. В. Исследование механических свойств экономнолегированной стали. Литейное производство, № 3,2005 г., с. 7, 8.
  89. Л.А., Козырев Н. А. и др. // Разработка технологии легирования рельсовой стали газообразным азотом. Сборник трудов ТН конференции, г. Волгоград, 2002 г., с. 92−94.
  90. М.А. Фасонное литье из легированных сталей.- М.: Машиностроение, 1964 г., 227 с.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?