Порошковые проволоки для наплавки роликов МНЛЗ

к.т.н.Орлов Л.Н., инж. Голякевич А.А., Гиюк С.П., Упырь В.Н.

(ООО «ТМ.ВЕЛТЕК»)

            В развитых страна около 80% всей выплавляемой стали обрабатывается с применением МНЛЗ как энергосберегающей технологии, в тоже время в России и Украине не достигнут уровень 30% /1/. Технология непрерывной разливки обладает комплексом преимуществ обуславливающих ее перспективность и рост объемов применения. В связи с этим проводится системное внедрение МНЛЗ и ,как следствие, ожидается рост объема их производства и ремонта, что предопределяет увеличение потребления порошковых проволок для изготовительной и восстановительной наплавки роликов МНЛЗ. Производительность и эффективность применения МНЛЗ связаны с числом ремонтов, обусловленных стойкостью роликов. Актуальна задача применения высокоэффективных наплавочных материалов и технологии восстановительной наплавки роликов. Эффективность выработанного решения определяется стоимостью наплавочного материала, производительностью процесса, толщиной наплавляемого слоя, энергоемкостью всех этапов технологии, стоимостью монтажных работ, простоем оборудования / 1  /. За рубежом достигнута фактическая стойкость роликов 3.000.000 т, а в отечественной металлургии 500.000 т /1-3/. Такое различие определяется более высоким уровнем технологии, наплавочного материала и применяемого оборудования. В последние годы В России и Украине наблюдается рост потребления порошковых проволок ведущих мировых производителей Tubrodur ОК 15.73 (ESAB), 4142MM-S HC (Welding Alloys), WLDC-3 (Weldclad) обеспечивающие получение хромистого наплавленного металла дополнительно легированного никелем, молибденом, ванадием, ниобием с мертенситно-аустенитной структурой / 1 / что в значительной мере и обеспечивает их неоспоримые преимущества. Применение флюсов ОК10.61, WAF325 обеспечивает хорошее формирование наплавленного металла, легкую отделимость шлаковой корки. Несомненно материалы этих фирм являются ориентирами для отечественных потребителей наплавочных материалов и их производителей. В отечественной металлургии для восстановительной наплавки роликов МНЛЗ традиционно применяются сплошные и порошковые проволоки 12Х13, 20Х17 в сочетании с флюсами АН20С и АН26П, обеспечивающие хромистый наплавленный металл с ферритно-мартенситной структурой. Процесс наплавки характеризуется затруднительным отделением шлаковой корки, что усложняет условия труда рабочего-наплавщика. Отличие структурного и фазового состава  наплавленного металла определяет  работоспособность роликов МНЛЗ, которые эксплуатируются в условиях длительных циклических и термомеханических нагрузок. Ролики поддерживающих и разгибающих узлов работают в тяжелом температурном режиме, максимальная температура поверхности роликов мотет достигать 670-750 ⁰С. Ролики воспринимают усилия от ферростатического раздутия и усилия от разгиба слитка. На прямолинейных участках ролики подвергаются абразивному износу /  /. Разрушение рабочей поверхности роликов проявляется в виде износа поверхностного слоя и образования трещин разгара. В данных условиях наиболее перспективным нанесение на рабочую поверхность роликов упрочняющих слоев комплексно легированного хромистого металла.

Цель заключается в обеспечении потребителей отечественной порошковой проволокой не уступающей зарубежным аналогам. При разработке системы легирования порошковой проволоки ориентировались на создание структуры низкоуглеродистого мартенсита, упрочнением матрицы дисперсными  карбидами и минимизации содержания d-феррита. Данная задача решалась путем снижения содержания углерода, оптимизации хрома и карбидообразующих элементов, а также параметров термического цикла наплавки. Предусматривалась разработка порошковой проволоки применительно к отечественным флюсам АН26Н, АН20С. Недостатком этих флюсов является плохая отделимость шлаковой корки с поверхности наплавляемы роликов в процессе их наплавки хромистыми проволоками, это в первую очередь связано с высоким содержанием двуокиси кремния в составе флюсов.

Для решения поставленной задачи ООО «ТМ. ВЕЛТЕК», НКМЗ и ММК им. Ильича выполнен комплекс работ по созданию новой порошковой проволоки, технологии восстановительной наплавки роликов МНЛЗ. Сопоставительные испытания отечественных и зарубежных наплавочных порошковых проволок применительно к поставленной задаче показал, что наиболее высоким уровнем эксплуатационного качества обладает порошковая проволока ОК 15.73 в сочетании с флюсом ОК 10.61 (ЭСАБ, Швеция), которая была принята как эталон при стендовых испытаниях опытных образцов в процессе разработки порошковой проволоки.

С целью обеспечения высокой работоспособности наплавленного металла в условиях термомеханических нагрузок, коррозии и абразивного износа применено комплексное легирование хромистого металла (Cr≥13,0%) никелем, молибденом, ванадием, ниобием и РЗМ. Определены и реализованы оптимальные содержания и соотношения легирующих элементов, параметры технологии и техники наплавки, позволяющие стабильно получать мартенситную структуру с незначительной долей δ-феррита (рис.1), обладающую высоким уровнем работоспособности. Однородность химического состава наплавленного металла и его стабильное воспроизводство в процессе изготовления порошковой проволоки достигнуты путем разработки и реализации технологических мероприятий по подготовке компонентов шихты, режимов смешивания и дозирования. При разработке композиции шихты реализованы известные металлургические и технологические средства по снижению содержания водорода и примесей в наплавленном металле, обеспечения легкой отделимости шлаковой корки в широком интервале температур. Проволока изготавливается индивидуально по техническим требованиям заказчика с учетом химического состава металла валка, числа слоев, величины перекрытия, режима наплавки и полярности, марки флюса. Такое выполнение заказа позволяет получить оптимальный комплекс свойств наплавленного.

         Сопоставительные испытания порошкових проволок проводили на цилиндрических образцах  Æ230 мм из сталей 40ХН2МА и 38ХМ. Выполняли 3-х слойную наплавку под флюсом АН20 на режиме: I=280A U_д=28В. Измерения твердости наплавленного металла при повышенных температурах и после отпуска показали, что ВЕЛТЕК-Н470 уступает проволоке ОК 15.73 (табл.1).

                                                                                                        Таблица 1

Порошковая проволока ВЕЛТЕК-Н470 Ø2,4-4,0 мм ТУУ 19369185.018-97 применяется в сочетании с флюсами АН20 и АН26, а Ø1,6-2,4мм для наплавки открытой дугой. Опыт применения данной порошковой проволоки НКМЗ при выполнении экспортных заказов в Австрию, Германию и Швецию показал, что наплавленный металл по комплексу свойств не уступает порошковым проволокам фирм Boller, ESAB, Welding-Alloys. В течение 8 лет ММК им. Ильича успешно применят для восстановления роликов МНЛЗ. Наплавленные ролики имеют средний ресурс 4500 плавок (по 300-350 т). По работоспособности наплавленного металла ВЕЛТЕК-Н470 и ВЕЛТЕК-Н470С не уступают проволокам ОК 15.73 (ESAB), 4142MM-S HC (Welding Alloys).

Рис.1

Структура наплавленного металла (×1000)

Объемная доля δ-феррита 3,8 %, твердость после наплавки

Литература

1.      Машины непрерывного литья тонких и средних по толщине слябов для плоского проката на мини заводах. Новости черной металлургии России и зарубежных стран. ч.2, №4 (20), 1999, с.74-82.

2.      Surfacing continuous casting rolles. Swetsaren.-1995.-№2.-s.29-31.

3.      Кащенко Ф.Д., Зубочей В.А. Восстановление роликов МНЛЗ наплавкой. «Сварка «рала 2001» Тезисы докладов 20-ой научно-технической конференции сварщиков Урала. Г. Н-Тагил, 27 февраля – 2 марта 2001.- С.134-135.

4.      Опарин Л.И., Маликин В.Л., Гладкий П.В. Наплавка роликов слябовых машин непрерывного литья заготовок. Автомат. Сварка.- 1991.-№4.- С.63-66.

5.      Опарин Л.И., Васильев В.Г. Повышение усталостной прочности наплавленного металла типа 15Х13. Наплавленный металл. Состав, структура, свойства. – К.-ИЭС им. Е.О.Патона.-1992.-С51-53.

6.      Металловедение и термическая обработка стали. Т2.-М.-Металлургия.-1983.-С.264-329.

7.      Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.-Металлургия.-1983.-527 С.

8.      Антингер И. Инструментальные стали и их термическая обработка.-М.-Металлургия.-1982.-312С.

9.      Окунев Ю.В. Комплексно-механизированный участок наплавки роликов различного функционального назначения. Материалы 9 международной научно-практической конференции 1-5 октября 2001 г.-К.

10.  Карпенко В.М., Неведомский А.В. повышение работоспособности роликов МНЛЗ наплавкой порошковой проволокой. Тезисы докладов научного семинара «Современные достижения в области сварки, наплавки и родственных технологий.- Мариуполь.-ноябрь 2000 г.-С122-125.