Версия для печати

Плазменно-дуговое легирование стали азотом

Назначение

Технология  предназначена для выплавки сталей и сплавов, в состав которых входит азот как легирующий элемент.

Актуальность разработки

Азот как легирующий элемент сталей известен давно. Его использовали как добавку для расширения аустенитной (γ) области. В этом он сходен с углеродом,  никелем и марганцем.  Углерод, как известно, выше определенного предела в нержавеющих сталях нежелателен, поскольку он  снижает  коррозионную стойкость. Марганец является сильным аустенитообразующим элементом, но он  ограничивает количество хрома в стали (не более 15%), при котором возможно образование аустенитной структуры. При более высоком содержании хрома в структуре стали появляется ферритная составляющая (σ-фаза). Задача получения экономичных нержавеющих сталей успешно решается путем частичной замены никеля азотом (0,1 % азота эквивалентно 1,5…2,5 % никеля).
Увеличение содержания азота в стали приводит к уменьшению или полному устранению ферритной составляющей, что повышает  коррозионную стойкость и  прочностные характеристики аустенитной стали, не снижая их пластичности.
Традиционно азот вводят в сталь, используя дорогостоящие азотсодержащие ферросплавы. При этом содержание  вводимого азота   не превышает уровень его растворимости в стали конкретного состава при температуре ликвидус. Плазменно-дуговая технология легирования сталей азотом позволяет полностью отказаться от применения азотсодержащих ферросплавов и легировать сталь из аргонно-азотной плазмы регулируемого состава. Достигаемый уровень концентрации азота в металле может превышать уровень его стандартной растворимости. Это обстоятельство открывает широкие возможности для создания экономнолегированных аустенитных сталей.

Сущность разработки

Сущность процесса плазменного легирования заключается в том, что в герметичной плавильной камере при помощи нескольких дуговых плазмотронов производится расплавление расходуемой заготовки, подвешенной соосно над кристаллизатором  (см. рис. 1).
В качестве плазмообразующего газа используются аргон-азотные смеси.
Наличие нескольких плазмотронов, радиально расположенных вокруг расходуемой заготовки, позволяет  равномерно оплавлять ее нижний торец и обеспечивает равномерный обогрев металлической ванны, находящейся в кристаллизаторе. Благодаря капельному переносу жидкого металла с торца расходуемой заготовки в металлическую ванну достигается чрезвычайно развитая  поверхность взаимодействия металла с азотсодержащими плазменными дугами. Присутствие в дуговой плазме возбужденных молекул азота в сочетании с огромной поверхностью жидкого металла приводит к быстрому насыщению последнего азотом.
Слиток, который затвердевает в кристаллизаторе в процессе плавки  вытягивают вниз.

Преимущества разработки

В плазменно-дуговых печах процесс плавки можно вести в атмосфере, которая регулируется по составу и давлению, с применением шлака или без него. Скорость плавки и температура металлической ванны может регулироваться в широких пределах. Практически нет ограничения по химическому составу переплавляемых сталей и сплавов.
Плазменно-дуговой переплав (ПДП) совершенно по новому решает проблему легирования стали азотом. Если раньше его вводили в металл только, используя дорогостоящие азотсодержащие ферросплавы, то ПДП позволяет использовать дешевый газообразный азот, одновременно выполняющий роль плазмообразующего газа.
Регулируя концентрацию азота в плазмообразующем газе и давление в плавильной камере печи, можно получать стали с содержанием азота, превышающем его стандартную растворимость в данной стали ( табл. 1).

Таблица 1

Марка

стали

Содержание

азота, %

Стандарт.

раство- римость  при 1873 К, %

Марка

стали

Содержание

азота, %

Стандарт.

раство- римость  при 1873 К, %

В заго- товке

 В слитке

В заго- товке

 В слитке

Х25Н16Г7АР (ЭИ835)

Х20Н10ЛГ6

Х17Н4Г14АФ

Х18АН9

Х21Г7АН5 (ЭП222)

0,12

-

0,08

-

0,17

0,69

0,50

0,52

0,40

0,46

0,34

0,26

0,43

0,19

0,33

Х20Г10Н7АМ2

Х15АГ15

Х18АН10Т

Х23Н21АР

Х25Н12АР

0,09

-

-

0,40

0,42

0,99

0,44

0,41

0,58

0,58

0,35

0,32

0,19

0,29

0,29

Достигнутые результаты. Технология плазменного азотирования сталей и плазменно-дуговая печь У-400 внедрены на электрометаллургическом заводе «Электросталь» (Россия). На заводе освоена выплавка свыше десяти марок сталей, легированных азотом из плазмы. Размеры слитков: диаметр - 250 мм, длина - до 1000 мм. Максимальный вес слитков - 400 кг.
Слитки выплавленные в плазменно-дуговой печи, совершенно лишены подкорковой пористости и усадочной рыхлости. Высокоазотистые нержавеющие стали, полученные методом ПДП, отличаются исключительно благоприятным комплексом механических свойств. Они прочны, пластичны, хорошо противостоят ударным нагрузкам, имеют высокую коррозионную стойкость.
Экономический эффект от использования новой технологии азотирования только на стадии металлургического производства составляет  от 3,5 до 8,0 % стоимости одной тонны стали.
Плазменно-дуговой метод легирования запатентован в таких промышленно развитых странах как Англия, США, ФРГ, Швеция, Япония и др.

Ориентировочная стоимость и сроки выполнения работ

(Обсуждается в процессе переговоров).

Для создания оборудования  необходима техническая спецификация.
Для подготовки технической спецификации оборудования и коммерческого предложения необходимо получение от заказчика следующей максимально точной информации:
  • химический состав стали;
  • содержание азота в слитках;
  • размеры слитков;
  • производительность.

Новости

2017.07.19 Новый раздел сайта Достижения
2017.03.03 24.01.2017 прошел семинар «Сварочные материалы», посвященный 90-летию со дня рождения академика Игоря Константиновича Походни (Подробнее)
2017.03.03 Создание совместного китайско-украинского научно-исследовательского центра «Чжунзи-Патон» в области сварочных технологий в г. Яньтай, КНР (Подробнее)
Новая страница Государственное предприятие Научно-производственный центр «Титан»
Распродажа

Распродажа сварочного оборудования

Цена ниже цены производителя!

Рекомендуем посетить обновленный сайт журнала "Сварщик"!

Получен Сертификат на аппараты серии ЕКВЗ-300 ПАТОНМЕД®!

Контакты:

Научно-технический комплекс "Институт электросварки им. Е. О. Патона" (НТК ИЭС) НАН Украины
03150 Украина, г. Киев, ул. Антоновича, 66
телефон/факс: (+38044) 2875529
E-mail: office@stc-paton.com
Обучение персонала сварочного производства и сертификация продукции сварочного и родственных производств
Телефон для справок: (+38044) 456-63-30