Фізико-хімічні та технологічні основи одержання композитних сталевих зливків для виробництва зварювальних дротів

В більшості високолегованих сплавів добавки РЗЕ використовують з метою покращення технологічної пластичності сплаву при переробці. Тому, незважаючи на доцільність введення РЗЕ в композитну вставку для підсилення ефекту модифікування зварного шва, повне виключення їх із складу матриці нераціональне. Результати порівняльних випробуваннь композитних та звичайних дротів показали перевагу перших в забезпеченні стабільності властивостей по довжині розкату та подрібненні дендритної структури. В цілому слід відмітити, що випробування композитного способу введення для виготовлення високолегованих дротів, показало принципову можливість та доцільність використання його з метою підвищення рівномірності розподілу мікролегуючих елементів по довжині розкату дроту та покращення структури металу швів за рахунок прояви модифікуючого ефекту.

Дроти для зварювання чавуну відносяться до материалів, вибір складів та/або виготовлення яких представляють суттєві труднощі. Тому, випробувана можливість композитного виконання самозахисних дротів для зварювання чавуну. Для зниження схильності металу швів до появи пор в композитну вставку ввели розкислюючі елементи та вуглець. Відлили 4 варіанти зливків із матрицею на основі нікелю, состав яких відповідав маркам ПАНЧ-11 (у %: С-0,15; Mn - 5,3-5,5; Fe - 6,0-9.4; Si - 0,35-0,38; Cu - 2,4-2,8) та FC-55, США (у %: C-0,1; Mn - 5,0-5,2; Fe 40-41,5; Si - 0,5). Із складу виключений вміст заліза, який привносить композитна вставка (трубка із сталі 10 із внутрішнім діаметром 19,2 мм та зовнішнім - 23 мм, 26% об'єму зливка). Для обох складів дроту випробувано два варіанти: - із складу матриці в композитну вставку вилучені добавки РЗЕ - 0,3% та введений вуглець в кількості 1,0%; - рідкісноземельні елементі введені на ту ж кількість до складу матриці, а композитна вставка містить 1,3 та 1,4 відсотки вуглецю (для двох марок відповідно). Одержані зливки були перероблені на дроти діаметром 2 мм. Результат є важливим з металургійної точки зору, оскільки показана можливість додаткового введення розкислювачів та вуглецю в склад високолегованих дротів на нікелевій основі без погіршення технологічної пластичності металу.

Випробувана можливість композитного виконання високолегованого наплавочного дроту типу Нп-60Х3В10Ф із зливків. Дріт застосовують для наплавки під флюсом поверхні валків прокатних станів, втулок та матриць пресів, які працюють в умовах високих температур, ударних та зтираючих навантажень. Зазвичай цю марку виготовляють у вигляді порошкового дроту, тому що високолегований сплав, який утворюється при розплавленні його компонентів, має високу твердість та міцність і пластична деформація його ускладнена. Вольфрам в кількості 9,73% (марочний вміст 9,0-10,5%) був винесений в композитну вставку (оболонка діаметрами 13/16 мм, 12,6 % об'єму зливка). Метал зливка мав наступний склад (% мас.): С - 0,55; Mn - 1,5; Si - 0,6; Cr - 3,0; V - 0,5; S - 0,03; P - 0,02. При переробці ковкою композитна вставка набула форми ковочного хреста, але, відношення площі її перерізу до площі перерізу профілю зберігалося постійним (8,93 ј 8,96 %).

В ході конструювання зливків для макролегованих композитних зварювальних дротів показана доцільність виділення в композитну вставку вуглецю та зміцнюючого комплексу заданого марочного складу (в тому числі і складів, які неможливо реалізувати в сплавах для дротів суцільного перерізу) для забезпечення можливості одержання їх в композитному виконанні високопродуктивними металургійними методами.

Композитні зливки та зварювальні дроти, реалізовані в промисловості

Технологія композитного введення добавок із використанням уніфікованої матриці пройшла перевірку при одержанні композитно-мікролегованих зливків із добавками рідкісноземельних елементів та цирконію в промислових умовах. Виконане узагальнення результатів, одержаних при дослідженні дослідно-промислової партії із 40 зливків масою 12,5 тон, відлитих із конверторної сталі на Криворізьському Державному Горно-металургійному комбінаті “Криворіжсталь”. Встановлено, що переробка композитних зливків на катанку не потребує в сталеплавильних і прокатних цехах змін технологічних регламентів, які передбачені для виробництва катанки суцільного перерізу. Єдиною відмінністю технології одержання композитних зливків є операція по розміщенню в рідкому ядрі зливка композитної вставки за допомогою крану, після кінця розливки або встановленню їх у виливниці до початку розливки. Перший варіант є переважним. Композитні вставки виготовляли із товстостінних труб (із сталі 10-20 тр) заданого діаметру та довжиною, яка дорівнює висоті тіла зливка, або забезпечує необхідну мінімальну кількість композитного металу. Оптимізована товщина стінки складає 20-25 мм. В якості уніфікованої матриці випробувана сталь Св-08Г2С.

Проведений комплекс металографічних досліджень макро- та мікроструктури композитних заготовки, катанки та зварювальних дротів. Показано, що у всіх переробних та кінцевому профілях немає дефектів, які б знижували якість металу та технологічність подальшої переробки та використання. Фрагмент мікроструктури зони з'єднання композитної вставки із металом зливка. Наявність намороженого на оболонку композитної вставки шару викликане проявою теплоакумулюючої здібності її.

З метою встановлення ступеню впливу композитної вставки на процес кристалізації зливка, були виконані заміри та розрахунки обсягів намерзлого шару. Встановлено, що розмір намерзлого шару закономірно зростає із збільшенням загального обсягу композитної вставки, при чому збільшення об'єму вставки за рахунок долі наповнювача менш впливає на її теплоакумулюючу здатність. Слід відмітити, що обсяг намерзлого шару металу досить великий - 6-12% об'єму зливка і перевищує об'єм самої композитної вставки в 6-10 разів. Тепловий вплив композитної вставки навіть невеликого об'єму на процес кристалізації зливка є суттєвим. Наявність композитної вставки зменшує розвиток внутрішніх дефектів зливка (підусадочної та вісьової пористості, центральної ліквації) та покращує металургійну якість металу зливка.

Дослідженнями на емісійному спектрометрі OES та електронному мікроскопі EDAX дроту діаметром 1 мм показана наявність зони із високим вмістом церію, лантану та цирконію, що підтверджує збереження композитної вставки при переробці на тонкі дроти.

Проведений повний комплекс дослідницьких, промислових та кваліфікаційних випробувань композитних зварювальних дротів з добавками РЗЕ і цирконію (в зливки сталі Св-08Г2С) при зварюванні в середовищі захисних газів. Встановлено, що високий рівень зварювально-технологічних властивостей дротів досягається при вмісті 0,03-0,05% РЗЕ та 0,07-0,1% цирконію. Досягнене покращення формування та властивостей швів, яке зумовлене посиленням модифікуючого впливу добавок при їх попаданні в зварювальну ванну в реакційно-здатному стані завдяки композитному способу їх введення до складу дроту. Для дротів з уніфікованою матрицею встановлене значне зниження розбризкування металу: 2-4% для Св-08Г2Сч та 4-6% для Св-08Г2CЦ проти 10-16% для Св-08Г2С.

Дослідження властивостей дротів з парним мікролегуванням (одночасне введення РЗЕ в композитну вставку і цирконію в розплав і навпаки) показали, що обидва варіанти забезпечують високу стабільність процесу зварювання, як на прямій так і зворотній полярності. Кращі технологічні результати при парному мікролегуванні одержані для зварювання на прямій полярності дротом з композитним вводом РЗЕ і добавками цирконію в матрицю.

Проведене дослідження ступеню переходу добавок у зварний шов при різних способах вводу їх в склад дроту. Ступінь переходу мікролегуючих добавок із дроту в метал зварного шва при композитному введенні в 5 та більше разів вищий порівняно із традиційними методами вводу, що забезпечує модифікуючий ефект відносно металу зварювальної ванни, покращення механічних властивостей зварних швів.

Механічні випробування виконували за стандартними методиками на зразках многошарових 5-прохідних швів. За рахунок високої стабільності процесу зварювання композитними дротами механічні характеристики металу зварних швів мали низький розбіг значень.

Механічні властивості швів, які одержують композитними дротами при зварюванні в захисних газах відповідають вимогам по зварюванню металоконструкцій відповідального призначення та становлять:

sв, МПА sт, МПА y, % KCU,Дж/см2,(+20°С)

СвК-08Г2СЦ 560-640 460-540 60-68 134-159

СвК-08Г2Сч 580-650 480-540 63-69 145-162

Парне мікролегування 620-650 480-550 60-67 143-158 Св-08Г2С 585-590 395-435 58-68 96-155.

Композитний зварювальний дріт СвК-08Г2Сч із добавками РЗЕ пройшов кваліфікаційні випробування в TNO Metals Research Institute (Нідерланди). Процедура випробувань включала повний комплекс досліджень у відповідності із прийнятими в ЕС нормами і стандартами. Результати механічних випробувань (за DIN 50125).

Комплекс характеристик міцності відповідає вимогам Європейських стандартів по зварюванню сталей типу St52 та Е355. Результати випробувань ударної в'язкості по Шарпі-V: 90Дж при 0°С; 76Дж при (-20° С) та 30Дж при ( -40° С) є кращими, ніж середні для зварювальних дротів суцільного перерізу за DIN та EN стандартам. В той же час міцність (твердість) пов'язана із утворенням холодних трісок - 230 одиниць HV- зберігається на задовільному рівні (нижче 325 HV).

Досліджена схильність наплавленого композитним дротом металу до утворення гарячих трісок за жорсткими вимогами "Tekken-test" - перевіркою хрестовинних зварних з'єднань пластин товщиною до 20 мм. Тріски з'явилися тільки при товщині пластин 30 мм, що показує дуже високу стійкість металу шва проти утворення гарячих трісок. Зварюваність досліджували при зварюванні в вуглекислому газі та захисній суміші аргону та вуглекислого газу у співвідношенні 85 та 15%, відповідно. Програма зварювальних випробувань включала всі типи з'єднань та положень зварювання. Матеріал пластин, які зварювали St42, St52 та E355. Встановлено, що формування швів, одержаних композитним дротом СвК-08Г2Сч, значно краще, ніж порівняльних. Кваліфікаційними випробуваннями показана відповідність композитного дроту з добавками РЗЕ вимогам Європейських стандартів та перевага його в забезпеченні зварюваності та якості швів, перед дротами, які на сьогодні використовують на ринку ЄС.

Виконана оцінка економічної ефективності виробництва та використання композитних дротів в промислових умовах. Показана повна відсутність угару мікролегуючих добавок РЗЕ та цирконію при композитному способі введення, що забезпечує економічну ефективність на тону сталі (в цінах жовтня 1993 року) 57-70 тис. крб (9-11,8 дол. США) для дроту с РЗЕ та 19,3 - 36 тис. крб. (3,25-6,05 дол. США) для дроту із цирконієм. Економічний ефект використання композитних дротів з РЗЕ у споживача, одержуваний за рахунок зниження розбризкування, складає 4000 російських рублів на тону дроту (по курсу НБУ в травні цього року - 760 гривень).

Принципи створення сталевих зливків для виробництва ефективних композитних зварювальних дротів

Основний принцип конструювання сталевих зливків для виробництва зварювальних дротів високопродуктивними металургійними методами полягає в визначенні оптимальних параметрів та ефективних наповнювачів (мікролегуючих, модифікуючих або флюсуючих добавок) композитної вставки, які забезпечують технологічність отримання та ефективність використання композитних зварювальних дротів різноманітного складу та призначення.

З позицій умов технічної результативності та економічної ефективності і на основі одержаного практичного досвіду, зливки для зварювальних дротів, які конструюють для використання в різних процесах зварювання, доцільно умовно розділити на групи. Такий підхід дозволяє апріорно визначити тип добавок, виділення яких в композитну вставку підвищує технологічність виробництва зливків для композитних зварювальних дротів та ефективність воздії при їх використанні:

- дроти для зварювання низьколегованих та вуглецевих (в т.ч. високоміцних) сталей в захисних газах: доцільне введення мікролегуючих та модифікуючих добавок в реакційно-здібному стані (загальна масова доля введених добавок не більше 2-5%), що дозволяє суттєво покращити структуру та властивості зварних швів;

самозахисні дроти для зварювання низьколегованих та вуглецевих сталей: доцільне введення добавок активних мікролегуючих, розкислюючих, нітридоутворюючих елементів, а також компонентів, які оказують у відношенні розплавленого та твердіючого металу шва захисну дію: флюсуючих добавок та реагентів, які виділяють при зварюванні захисний газ;

макролеговані дроти: для зварювання високолегованих хромонікелевих сплавів - доцільне введення мікролегуючих та модифікуючих добавок; для зносостійких наплавок - доцільне вилучення зміцнюючих елементів із складу металу матриці для покращення технологічної пластичності, що робить можливим композитне виконання складів, які не

можна здійснити в дротах суцільного перерізу (замість порошкових наплавочних дротів).

Композитний спосіб введення в склад дроту, безумовно, переважний для добавок високоактивних мікролегуючих та модифікуючих елементів із високою спорідненістю до кисню та інших домішок сталі (повна відсутність угару при вводі); флюсуючих та рафінуючих шлакових компонентів; зміцнюючих компонентів легуючого комплексу важко і недеформуємих сплавів; вуглецю (як додатково, так і вилучення у вставку з метою покращення технологічної пластичності).

Оскільки композитний спосіб вводу дозволяє на основі єдиного підходу створювати широку гаму композитних зварювальних матеріалів є доцільним використання уніфікованої матриці. Склад уніфікованої матриці переважно повинен відповідати або бути максимально наближеним до стандартних марок сталі для дротів суцільного перерізу (типу Св-08Г2С, Св-08). Це дозволяє спростити процедуру впровадження композитних дротів на ринок зварювальних матеріалів (здолати інерцію мислення споживача). Крім того, використання уніфікованої матриці забезпечує гнучкість реагування на змінення потреб, різноманітний сортамент та можливість випуску невеликих партій без засвоєння різних марок сталі.

Висновки

1. На основі аналізу теоретичних аспектів та узагальнення практичного досвіду покращення структури та властивостей сталі, які накопичені в металургії, запропоноване нетрадиційне рішення проблеми створення та одержання зливків нових конструкцій для виробництва ефективних зварювальних материалів. Розглянута та обгрунтована можливість залучення відомих фізико-хімічних властивостей елементів (температур плавління та кипіння, міцностних та іонізаційних характеристик) для оцінки поведінки їх в високотемпературних процесах в складних системах.

2. Зварювальні дроти є специфічним видом металопродукції, оскільки предназначені для переплаву в зварювальній ванні. Спосіб введення активних добавок в склад зварювального дроту (в шихтову частину або метал) визначає його тип та ефективність воздії на метал зварювальної ванни, що підтверджено критичним аналізом результативності та економічності існуючих способів введення мікролегуючих елементів в сталі та особливостей прояви модифікуючого ефекту при переплаві.

3. На основі запропонованого комплексного підходу до розглядання та оцінки переваг та недоліків існуючих зварювальних материалів і, одночасно, технологій їх виробництва, вперше сформульовані основні принципи створення на основі сталевих зливків нового класу зварювальних дротів різного складу та призначення - композитних.

4. Розвинене фізико-хімічне обгрунтування доцільності введення активних

мікролегуючих елементів (виділення їх зі складу сталі) в ізолюючу від взаємодії на стадії зливка композитну вставку. Результатами термодинамічних розрахунків високотемпературної взаємодії мікролегуючих елементів із домішками сталі, а також складів фаз в реагуючих системах (відповідаючих сталі зварювального сортаменту) підтверджена першочерговість окислення вуглецю при температурах зварювальних процесів, можливість утворення модифікованих неметалевих фаз.

5. Термодинамічними розрахунками показана істотна відмінність характеру взаємодії та розподілу елементів між фазами в реагуючих системах складу, який характерний для мікролегованих сталей зварювального сортаменту, при різних температурах організації процесу в окислювальній (СО2) та нейтральній (Ar) атмосфері. Показано, що окислення мікролегуючих добавок істотно погіршує умови зв'язування сірки та іонізаційні властивості матеріалу.

6. При наявності контакту розплавленого металу зварювальної ванни із окислювальною атмосферою (зварювання в вуглекислому газі або на повітрі) необхідне введення додаткових кількостей розкислювачів та вуглецю в склад композитних зливків для виробництва зварювальних матеріалів, що сприяє збільшенню переходу легуючих в шов і прояві добавками модифікуючого та зміцнюючого ефекту (за рахунок виділення дисперсних часток сприятливої морфології).

7. Фізичним моделюванням із додержанням відповідних критеріїв подібності встановлені характерні особливості процесу формування композитного зливка, пов'язані із воздією композитної вставки як макрохолодильника: в початковий період затвердіння зливка вздовж поверхні композитної вставки утворюються намерзла корка та низхідний потік розплаву. Після вичерпання теплоакумулюючої здібності вставки наростання намерзлого шару та рух низхідного потоку припиняються.

8. Математичним моделюванням процесу формування композитного зливка із центральною вісьосиметричною вставкою, яка заповнена порошковим матеріалом, визначені максимальні температури (1250-1470 К) в центрі композитних вставок діаметром 95-115 мм та оптимізованою товщиною стінки (20-25 мм) для порошків наповнювачів із коефіцієнтом теплопровідності 0,5-1,5 Вт/мЧК при нагріванні в рідкому ядрі зливка. Порівнянням результатів чисельного експерименту із експериментальними даними для сортових зливків підтверджена адекватність результатів моделювання та стійкість їх при зміненні розмірів об'єкту. Задовільна відповідність результатів чисельних та експериментальних визначень товщини намерзлого шару підтверджує можливість математичного прогнозування процесів наморожування на композитну вставку, яка заповнена порошковими матеріалами.

9. Експериментальними визначеннями теплофізичних властивостей порошкових матеріалів, які використовують в якості наповнювачів композитної вставки, встановлено, що величини теплопровідності порошків суттєво (на порядок та більше) нижчі за значення для матеріалу в компактному стані. Показана тенденція зменшення коефіцієнта теплопровідності досліджених порошкових матеріалів із підвищенням температури.

10. Металографічними дослідженнями металу на різних стадіях переробки композитних зливків показана відповідність ступенів деформації композитної вставки, заповненої порошками різноманітних матеріалів, та металічної матриці. Встановлена можливість деформування в металічній матриці порошків, в тому числі і матеріалів непластичних в компактному стані, при різних процесах деформації (прокатка, ізостатичне пресування, волочіння). Явище, яке спостерігається, переважно зумовлене подрібненням та взаємним переміщенням часток порошку при зменшенні профілю, а постійність співвідношень площин перерізу вставки та профілю - досягненням в процесі формозмінення порошкового тіла рівня рівноважної пористості.

11. Вперше сформульований, теоретично обґрунтований принцип та експериментально підтверджені можливість та доцільність використання металу сталевого зливка в якості уніфікованої матриці для створення зварювальних композитних матеріалів різноманітного складу та призначення. Обґрунтоване та випробуване використання в якості уніфікованої матриці стандартних сталей типу Св-08Г2С та Св-08.

12. Вперше експериментально підтверджені широкі технологічні можливості нетрадиційного металургійного способу композитного введення добавок в сталеві зливки для одержання ефективних зварювальних матеріалів з наповнювачами із металевих та неметалевих матеріалів. Встановлена можливість одержання композитних зливків із вставками до 46% об'єму зливка, в тому числі із розділеним об'ємом (коаксіальної конструкції), а також заповненими непластичними матеріалами і ефективної переробки їх на тонкі дроти.

13. Вперше експериментально підтверджена технічна можливість одержання сталевих композитних зливків та доцільність використання одержуваних із них композитних зварювальних дротів різного складу (із вуглецевих, низьколегованих та високолегованих сталей та сплавів на основі нікелю) і різноманітного призначення - для механізованого зварювання в захисних газах та на повітрі, під флюсом та під водою, зносостійких наплавок, в тому числі із композиціями легування, здійснення яких важке або неможливе традиційними металургійними способами.

14. Виробництво композитно-мікролегованих зливків із використанням стандартної сталі Св-08Г2С в якості уніфікованої матриці випробуване в промислових умовах КДГМК “Криворіжсталь” без змінення технологічних схем основних переробок. Показана економічна ефективність композитного способу введення мікролегуючих добавок РЗЕ та цирконію.

15. Зварювально-технологічними випробуваннями композитних зварювальних дротів різних типів, складів та призначення, одержаних із зливків лабораторної та промислової виплавки, показаний високий рівень властивостей і якість зварних швів, що підтверджує правильність сформульованих принципів конструювання. Кваліфікаційними випробуваннями (на відповідність DIN та EN стандартам) дроту з матрицею зі сталі Св-08Г2С із добавками рідкісноземельних елементів показана конкурентоспроможність та перспективність впровадження його на ринку Європейської спільноти.

Основний вміст дисертації опублікований в роботах

1. Стовпченко А.П. Металлургические возможности получения эффективных сварочных проволок // Металлургическая и горнорудная промышленность.-1999.-№4.-С.81-84.

2. Стовпченко А.П. Особенности получения композитных слитков с сердцевиной из неметаллических компонентов //Теория и практика металлургии.-1999.-№4.-С.56-58.

3. Стовпченко А.П. Теоретическое обоснование целесообразности и принципы создания композитных сварочных материалов // Теория и практика металлургии.-1998.-№4.-С.10-12.

4. Стовпченко А.П. Проблема микролегирования стали применительно к получению сварочных проволок // Современные проблемы металлургии: Сб. науч. трудов ГМетАУ.- Днепропетровск: Системные технологии, 1999.-С.133-142.

5. Стовпченко А.П. Экспериментальное исследование макроструктуры и моделирование затвердевания композитных слитков // Процессы литья.-1998.-№1.-С.55-58.

6. Stovpchenko A. Experimental study and Simulation of Solidification in Composite-Added Microalloyed Ingots // Material Science Forum, 215-216, 157-162 (1996) [Transtec Publications, Switzerland.Germany.UK.USA].

7. Стовпченко А.П. Моделирование и исследование затвердевания композитных слитков // Теория и практика металлургии.-1999.-№5.-С. 27-28.

8. Стовпченко А.П., Яковлев Ю.Н. Термодинамические особенности высокотемпературного взаимодействия в микролегированных расплавах // Теория и практика металлургии.-1999.-№6.-С.18-20.

9. Стовпченко А.П., Титова Т.М. Некоторые особенности формирования литых композитов // Процессы литья.-1999.-№2.-С.65-71.

10. Стовпченко Г.П., Тітова Т.М., Павленко Ю.О., Грищенко Ю.М. Деякі питання структуроутворення в композитних зливках // Металознавство та обробка металів.-1999.-№3.-С.28-32.

11. Стовпченко А.П., Титова Т.М.., Павленко Ю.А. О двойном эффекте воздействия присадок РЗМ: модифицирование и десульфурация стали // Сталь.-1999.-№8.-С.68-70.

12. Титова Т.М., Стовпченко А.П. Возможности регулирования и стабилизиции величины зерна в низко- и среднеуглеродистых сталях // Проблемы современного материаловедения. Вып. 8., ч.1.-Днепропетровск.: ПГаСиА, 1999.-С.96-97. (ISBN 966-7282-16-3, ISBN 966-7282-21-Х)

13. Титова Т.М., Стовпченко А.П., Поляков С.Н. Литые композиты, как перспективные способы экономии легирующих элементов // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів: Збірник наукових праць ЗДТУ.-Запоріжжя.: ЗДТУ, 1998.-С.192-193.(ISBN 966-565-067-X.)

14. Зигало И.Н., Грищенко Ю.Н., Кимстач В.М., Павленко Ю.А., Стовпченко А.П. Обоснование и разработка высокоэффективных способов модифицирования стали исходя из назначения металлопродукции // Металл и литье Украины.-1997.-№10.-С.17-20.

15. Стовпченко А. П., Зигало И.Н., Вихлевщук В.А., Поляков В.А., Грецкий Ю.Я., Покладий В.Р., Омесь Н.М., Боровиков Г.Ф., Гребенюк Н.М., Хазанкин М.Г. Отливка композитных микролегированных слитков и особенности их передела на сварочную проволоку // Сталь.-1996.-№5.-С.9-12.

16. Зигало И.Н., Грищенко Ю.Н., Стовпченко А.П., Зигало С.И. Теплофизические свойства порошков некоторых ферросплавов и графита // Порошковая металлургия.-1996.-№1/2.-С.16-21.

17. Зигало И.Н., Грищенко Ю.Н., Стовпченко А.П., Зигало С.И. Исследование деформируемости порошковых материалов в металлической матрице при прокатке композитных слитков // Порошковая металлургия.-1996.-№3/4.-С.19-23.

18. Покладий В.Р., Грецкий Ю.Я., Стовпченко А.П., Зигало И.Н., Емельянов В.Г., Гребенюк Н.А. Композитные микролегированные сварочные проволоки // Автоматическая сварка.-1995.-№2.-С.53-54.

19. Стовпченко А. П., Зигало И.Н. Концепция создания и технологические основы композитного микролегирования слитков для производства сварочных материалов // Процессы литья.-1994.-№4.-С.72-75.

20. Математическое моделирование процесса затвердевания композитного слитка / В.С. Минаева, И.А. Павлюченков, С.Е. Самохвалов, Г.Н.Черномаз, А.П. Стовпченко // Литье и металлургия.-1999.-№4.-С. 30-31.

21. Титова Т.М., Стовпченко А.П. Характер движения потоков расплава при формировании двухслойных слитков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - К.: Наукова думка,1999.-вып.3.-С.208-214. (ISBN 966-00-0550-4).

22. Stovpchenko А., Titova T. Physical simulation of composite ingots crystallization // La Revue de Metallurgie.-SF2M-JA99.-1999.-Numero hors serie.-p.136.

23. Стовпченко А. П., Титова Т. М., Павленко Ю. А. О механизме образования скоплений неметаллических включений в донной части стальных слитков // Теория и практика металлургии.-2000.-№1.-С.28-30.

24. Mathematical model of crystallization in composite ingots with solid insert/S. Brodskij, I. Pavluchenkov, A. Stovpchenko, S. Samochvalov, S. Kazakov // Simulation, Designing and Control of Foundry Processes.-Krakow, Aachen, Sofia: Instutut Odlewnictwa Krakow-1999.-p.85-90.-ISBN 83-911283-1-8.

25. Минаева В.С., Павлюченков И.А., Черномаз Г.Н., Стовпченко А.П. Математическое моделирование процесса затвердевания композитного слитка с микролегирующей добавкой в металлической оболочке //Литье и металлургия.-1999.-№2.-с.41-43.

26. Stovpchenko А., Panin V. The peculiarity of microalloying elements behaviour by the welding and principles of creation of effective composite welding wire// Proc. of the Int. metallurgy and materials congress (24-28 may 2000).-Istanbul (Turkey): ITF-CME, 2000.-v.3.-p.1223-1230 (ISSN 1301-3637 (3 Volume set), ISBN 975-395-382-8.)

27. Стовпченко А.П., Титова Т.М., Павленко Ю.А., Грищенко Ю.Н. Некоторые возможности повышения качества стального литья // Пути повышения качества и экологичности литейных процессов / Под. ред. Л.А. Ивановой.-Одесса: ОГПУ,1998.-с.15-21.

28. Stovpchenko A., Zigalo I., Sipkes M.P., Pokladij V.Conception of creation and welding-processing properties of composite welding wires // Proceeding of International Welding conference. Welding Science & Technology.- Tatranska Lomnitca Matliare (Slovakia).- 1997.-p. 257-260. ISBN 80-7099-255-7.

29. Zigalo I., Stovpchenko A., Pavlenko Yu., Gristchenko Yu. Experience of designing of composite welding materials // Proceeding of International Welding conference. Welding Science & Technology.- Tatranska Lomnitca Matliare (Slovakia).- 1997.-p. 184-187. ISBN 80-7099-255-7.

30. Stovpchenko A., Zigalo I. Phisicochemical basis of new approach and designing of composite welding materials // Book of proceeding The ASM International European Conference on Welding and Joining Science and Technology / Madrid ( Spain).- 1997.-p.407-415.

31. Zigalo I., Yushchenko K., Stovpchenko A. Welding materials as composite materials // Book of proceeding The ASM International European Conference on Welding and Joining Science and Technology / Madrid (Spain).-1997.-p.390-395.

32. Pavluchenkov I., Stovpchenko A., Minaeva V., Samokhvalov S. Mathematical simulation of solidification in composite steel ingots// La Revue de Metallurgie.-SF2M-JA99.-

1999.-Numero hors serie.-p.138.

33. Грецкий Ю.Я., Покладий В.Р., Свєцинський В.Г., Стовпченко Г.П., Зигало І. Н. Композитні дроти для зварювання в захисному газі (Draechte aus einem verbundwerkstoff zum schutzgasschweissen) // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Зварювання в енергетиці” (2-3 жовтня 1996р.).- Київ.: ІЕЗ-DVS, 1996.-с.17-18.

34. Stovpchenko A. Deformability of Low Plastic Materials in Metal Matrix by Composite Goods Processing // Metallurgija.- 37(1998).-2.-103-132.-p.108.

35. Постный В.А., Стовпченко А.П., Кирсанов Н.В., Зигало И.Н., Бондарчук Н.А., Гончарова Н.Ю. Исследование качества и эффективности послойной наплавки валков трубопрокатных станов // Сталь.-1994.-№10.-с.57-60.

Анотація

Стовпченко Г.П. Фізико-хімічні та технологічні основи одержання композитних сталевих зливків для виробництва зварювальних дротів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - Металургія чорних металів - Національна металургійна Академія України. Дніпропетровськ, 2000.

В дисертації одержані та узагальнені результати теоретичних та експериментальних досліджень, які забезпечили наукове обгрунтування та практичне рішення важливої прикладної науково-технічної проблеми - створення принципів конструювання та економічної високопродуктивної технології металургійного одержання та переробки сталевих композитних зливків для виробництва ефективних зварювальних дротів. На основі дослідження фізико-хімічних властивостей мікролегуючих елементів, фізичного та математичного моделювання кристалізації сталевих композитних зливків із порошковими вставками, які заповнені металевими та неметалевими матеріалами, лабораторного та промислового експерименту визначені широкі технологічні можливості композитного способу введення різноманітних добавок (мікролегуючих, розкислюючих, флюсуючих) в зливки сталі для створення эфективних композитних зварювальних дротів різного складу та призначення із використанням металу зливка як уніфікованої матриці.

Ключові слова: термодинаміка; фізичне моделювання, математичне моделювання; композитний сталевий зливок; мікролегуючі, флюсуючі добавки; композитний зварювальний дріт.

Аннотация

Стовпченко А.П. Физико-химические и технологические основы получения композитных стальных слитков для производства сварочных проволок.-Рукопись.

Диссертация на соискания ученой степени доктора технических наук по

специальности 05.16.02 - Металлургия черных металлов - Национальная металлургическая Академия Украины. Днепропетровск, 2000.

В диссертации получены и обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, обеспечивших научное обоснование и практическое решение важной прикладной научно-технической проблемы - создания принципов конструирования и экономичной высокопроизводительной технологии металлургического получения и передела стальных композитных слитков для производства эффективных сварочных проволок. На основе исследования физико-химических свойств микролегирующих элементов, физического и математического моделирования кристаллизации стальных композитных слитков с порошковыми вставками, заполненными металлическими и неметаллическими материалами, лабораторного и промышленного эксперимента установлены широкие технологические возможности композитного способа ввода разнообразных добавок (микролегирующих, раскисляющих, флюсующих) в слитки стали для создания эффективных композитных сварочных проволок разного состава и назначения с использованием металла слитка как унифицированной матрицы.

Ключевые слова: термодинамика; физическое моделирование, математическое моделирование; композитный стальной слиток; микролегирующие, флюсующие добавки, композитная сварочная проволока.

Annotation

Stovpchenko A.P. Physico-Chemical and Process-Engineering Fundamentals of Making Composite Steel Ingots for Welding Wire. -- Manuscript.

Dissertation for the Degree of Doctor of Engineering Sciences, Speciality 05.16.02 -- Metallurgy of Ferrous Metals -- National Metallurgical Academy of Ukraine. Dnipropetrovsk, 2000.

The dissertation produces and summarizes results of theoretical and experimental investigations, providing scientific substantiation and a practical solution of an important problem of applied science and engineering, namely devising the principles of design and developing a cost-effective, highly efficient technology for metallurgical production and processing of composite steel ingots for making advanced welding wire grades. Special designs have been developed for ingots with composite inserts varying in design and containing components that stabilize the welding process and enhance the metallurgical treatment of the metal bath. The composite insert may have a sectional design enabling introduction of several materials.

Based on the uniform approach to the welding wire as the key component of and the major feeding medium for the metal bath, rational ways have been found to ensure appropriate effects of the various additives introduced into the composite insert for purposes of microalloying, deoxidizing and fluxing on welding process and composition and properties of welds.

Merits of eliminating the microalloying additions and carbon in the steel bulk and concentrating them in the composite insert, thus preventing any reactions in the process of making the ingot, are substantiated physico-chemically. Thermodynamic calculations have confirmed that, in the welding temperature range, carbon undergoes oxidation first, so that good conditions are established for in teractions of the microalloying elements with impurities in the metal and/or for alloying reactions.

Physical modeling has revealed features of melt flow and solid growth in the presence of a central macro-size chill during solidification of a composite ingot. A method of analysis has been developed and mathematical modeling carried out for solidification of a composite ingot having an axially symmetric central insert filled with powdered materials whose thermal properties have been determined experimentally. The model adequacy has been supported by close agreement between measured and numerically calculated values of frozen-on layer thickness.

Forming of composite sections has been studied at the various stages of working ingots to thin wire. Both metallic and nonmetallic filler powders in the composite insert are shown to flow congruently with the ingot bulk metal.

An extensive program of research into making and working composite ingots varying in their compositions and applications has been carried out. The composite inserts under study contained a great variety of powders, namely microalloying additions, such as rare earth metals, zirconium, titanium, molybdenum etc.; fluxing and oxide mixes; and partial or complete sets of alloying additives for the respective wire grades. Feasibility of making composite welding wire based on various types of steel as well as nickel alloys has been investigated. Aside from plain and low-alloy steels and, more specifically, the Sv-08G2 and Sv-08 grades as the candidates for a unified matrix, the studies involved high-alloy and stainless steels. Successful tests have been performed for making and processing of composite ingots with composite insert fillers of diverse powders, both metallic, like ferroalloys and metals, and nonmetallic, e.g. various oxides and carbon. The great potential of the composite method for introduction of numerous additives into steel ingots is demonstrated, thus enabling development of advanced composite welding wire grades of a variety of compositions for diversified applications, using the ingot bulk steel. The basic considerations affecting expediency, rational engineering and cost effectiveness have been determined together with production engineering limitations relating to composite insert geometry and filler materials.

Technical feasibility of industrial production of heavy composite ingots involving the Sv-08G2S steel as the unified matrix together with rare earth ferroalloys and zirconium as microalloying additions has been validated. This approach offers great flexibility allowing manufacture of small lots of diverse wire grades exclusively through variation of insert filler composition.

In a program of qualification tests of REM-added composite wire, compliance of the resultant welds to EN and DIN requirements has been confirmed alongside with improvements over conventional wire grades currently in use in the European Union. The high productivity of composite ingot processing and conservation of ferroalloys by their introduction into an isolating composite insert, jointly with enhanced levels of properties, make the composite welding wire a promising and competitive material in the markets of the European Union and the Commonwealth of Independent States.

Key words: thermodynamics, solidification, physical modeling, mathematical modeling, steel ingot, composite steel, microalloying additives, fluxing additives, welding wire, properties.

Размещено на Allbest.ru