ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Производство стали и сварка из "Материалы ядерных энергетических установок " Некоторые установки, такие, как турбогенераторы, скоростные роторные насосы, барабаны-сепараторы, трубопроводы, нагреватели и др., следует изготовлять из высококачественных сталей. [c.62] Состав стали должен быть точно известен, и она должна содержать минимальное количество примесных элементов, водорода и. кислорода, а неметаллические включения должны иметь малые размеры. Стали для перечисленных выше установок должны, выплавляться в электродуговых печах из скрапа или жидкого, чугуна с очень низким содержанием примесей. [c.63] Электродуговые плавильные печи, используемые для изготовления крупных слитков для последующей обработки давлением,, могут быть емкостью до 200 т. Сталь, изготовленная при двойном наведении шлака, подвергается дегазации. Первое шлакование проводится для удаления окисляющихся примесей, например фосфора, и заключается в введении с помощью копья смеси кислорода с порошком обожженной извести. Шлак удаляется непосредственно после завершения этого процесса. Затем сталь раскисляется добавками марганца и, возможно, малыми добавками кремния и алюминия, причем последние два элемента удаляются в виде окислов S1O2 и AI2O3. [c.63] Раскисление следует за вторым процессом наведения шлака, в котором используется так называемый белый шлак. В этом процессе порошки ферросилиция и графита добавляют в смеси с окислами кальция и алюминия. Эти добавки не влияют на химический состав металла и удаляются со шлаком. Когда наводится этот шлак, появляется характерный белый дым и после достижения заданной температуры из печи выпускается сталь. При медленной разливке шлак переходит в ковш. Если разливка стали происходит быстро, то расплавленный металл проходит через шлак сильной струей, обеспечивая хорошее перемешивание. Легирующие добавки закладывают непосредственно в ковш перед вакуумной обработкой, чтобы избежать их окисления, так как это может привести к нарушению химического состава стали. Типичный современный метод вакуумной дегазации используется в процессе прямого дугового нагрева, в котором ванна понижается так, что разливочная летка находится ниже поверхности стали. Ванна, прежде чем окончательно опустеет, попеременно опускается и поднимается, так что поток стали из ковша в ванну и обратно обеспечивает максимальную поверхность, подвергаемую вакуумной обработке. Сталь, идущая для изготовления изделий, работающих при высокой температуре, может быть раскислена кремнием, Но если требуется высокая пластичность при НИЗКОЙ температуре, она должна содержать минимальное количество кремния и для этих случаев сам процесс вакуумной дегазации может использоваться для раскисления за счет протекания реакции углерода с кислородом. Химический анализ стали в процессе плавки выполняется автоматически спектрометром с частотой замеров, обеспечивающей получение требуемого состава. [c.63] Когда требуется высокое качество слитков, используют специальные методы очистки стали. В процессе электрошлакового переплава, например, стальной электрод, отлитый из стали любым из перечисленных выше методов, служит анодом в ванной с флюсом на основе фторида кальция и расплавленный металл оседает на дно ванны, где непрерывно затвердевает. Для получения крупных слитков могут быть использованы электроды различной конфигурации. Этот процесс обеспечивает хорошее распределение частиц интерметаллидов и поэтому позволяет уменьшить отходы, связанные с производством мелких слитков, и в то же время обеспечить получение мелкого зерна. Для получения высококачественной стали используют процесс вакуумного рафинирования. Расход электродов при вакуумной дуговой плавке такой же или несколько больший, чем при электрошлаковом переплаве. Высококачественная сталь может быть также получена электронно-лучевым рафинированием [1]. Плавка в высоком вакууме обеспечивает полную дегазацию и раскисление, улучшение структуры, удаление включений и получение более однородных свойств по всему слитку. Интенсивный перегрев расплавленного металла, который имеет место при электронно-лучевой плавке, способствует удалению легковозгоняющихся примесей, что приводит к увеличению пластичности и повышению коррозионной стойкости. Если необходимо получить крупный по размерам слиток высококачественной стали, можно рекомендовать или процесс непрерывной разливки, или электрошлаковый процесс. [c.64] Существует два основных процесса. Это процесс горячего осаживания , который начинается с прошивки штампованных заготовок на прошивочном стане затем заготовку на оправке прокатывают между роликами, которые вращаются в направлении, обратном направлению перемещения прошитой заготовки, в результате чего постоянно увеличивается длина. Другой— экструзия — начинается с отливки заготовки цилиндрической формы, которая сначала высаживается в открытой матрице и затем в закрытой матрице формируется в правильный цилиндр. Цилиндр прошивают, нижнюю часть длиной 5—8 см обрезают и полученную гильзу экструдируют в трубу (рис. 7.1). [c.65] Для ферритных сталей заготовку очищают от окалины сначала механическим способом, а в дальнейшем — автоматически в процессе высадки все последующие операции проходят без повторного нагрева. Если обрабатываются аустенитные стали, то делают остановки после прошивки и удаления заусенцев черновой штамповки, а также после сверления и удаления дефектов с внешней поверхности, которые имеют форму небольших гофров или задиров. Для экструзии аустенитных сталей используют суспензию стекла, которой покрывают заготовки после механической обработки. Это предотвращает появление окалины, а также действует как смазка. Экструзией обычно можно получить более длинные и более толстостенные трубы, чем при горячем осаживании, а полые цилиндрические заготовки длиной до 1,15 м с толщиной стенки 11 см удлинить До 4,5 м. [c.65] Клапаны могут быть изготовлены либо отливкой в песчаные формы по технологии, описанной для корпусов турбин, либо сваркой нескольких штамповок. Технология штамповки в матрицах похожа в принципе на экструзию и позволяет получать заготовки с минимальным припуском на механическую обработку. Технику использования для этих целей 30 000-тонного пресса иллюстрирует рис. 7.2. Использование этого процесса дает существенную экономию по сравнению со штамповкой с последующей механической обработкой, лучшую структуру и свойства. Типичные характеристики материалов приведены в табл. 7.1. [c.68] После коррозии проблема сварки занимает основное место при изготовлении элементов конструкций ядерных энергетических установок. Возможно, это связано с тем, что сварка внедрялась позднее, чем другие процессы, и поэтому находится сейчас в стадии развития. Сначала в большинстве ядерных энергетических установок применялись болтовые соединения, клепка или горячая посадка. Эти методы мало пригодны при производстве таких изделий, как фланцы турбин и паровых котлов высокого давления, для которых гораздо экономичнее использовать сварку. Конструкции соединений, которые могут быть быстро (и экономично) сварены и проконтролированы, сравнительно недавно заменили болтовые соединения. В табл. 7.2 приведены категории и приблизительное число мест сварки, условия работы и типичные стали, используемые в современном производстве. [c.68] Любой используемый процесс должен обеспечивать минимальное содержание водорода в обмазке, так как этот элемент оказывает наиболее сильное влияние на возникновение трещин, если он растворяется в металле, или пористости, если он остается в нем. Поэтому водород удаляют при нагреве в процессе изготовления электродов. После приготовления их хранят в воздухонепроницаемой упаковке. Однако окончательно водород удаляется при нагреве электродов до 450°С непосредственно перед сваркой. [c.74] Швы в трубопроводах, как правило, требуют специальной термической обработки. Если же в системе при рабочей температуре напряжения не велики, а сопротивление ползучести материала низкое, то трубопровод должен быть специально нагружен, что достигается его растяжением в холодном состоянии. Для этого его изготавливают несколько короче, затем, натягивая оба конца, делают конечный шов, который подвергают термообработке. [c.78] Термическая обработка места сварки в трубопроводах может представлять трудности. Отдельные узлы в виде крупных отливок можно помещать в печь и подвергать термообработке в аустенит-ной области, отпуску или термообработке для снятия напряжений. При этом важно, чтобы температура в печи, регистрируемая прибором, и температура металла были одинаковыми. Неправильное положение термопары в печи может привести к тому, что металл будет иметь значительно более низкую температуру. Поэтому термопара должна быть максимально приближена к металлу. Поместить в печь весь трубопровод невозможно, поэтому используется локальная термообработка. Для этой цели обычно применяют нагревательные блоки, в состав которых входят проволочные элементы сопротивления, которые накладываются на поверхность металла и нагревают локальные участки, снимая с них напряжения. Если измерительные термопары расположены в пространстве между нагревательными блоками так, что они нагреваются не непосредственно от них, то могут быть получены совершенно неверные показания. Правильность термической обработки должна контролироваться измерениями твердо сти шва и зоны термического влияния. [c.78] На рис. 7.7 [ ] схематически показаны три основных типа дефектов сварного шва. Существуют трещины, связанные с затвердеванием, которые возникают в самом сварном шве трещины, обусловленные напряжением в зоне термического влияния, и трещины, вызываемые ползучестью при стыковой сварке разнородных материалов. Первые два типа дефектов получаются главным образом из-/за растягивающих напряжений, развивающихся при затвердевании расплавленного металла и последующего охлаждения между двумя большими и жесткими массами материала с более низкой температурой. Технологические операции, проводящиеся вблизи сварного шва и вызывающие появление остаточных напряжений, нежелательны и их необходимо Избегать. Гораздо легче сварить два цилиндра, если они соосны и имеют одинаковый диаметр и толщину стенки. Всякий раз, когда это возможно, изменение в сечении должно быть удалено от сварных швов. [c.79] Известен только один случай разрушения, когда основной металл содержал 0,1% углерода и сварной шов не подвергся термообработке. Несколько трубопроводов было изготовлено из сплава Esshete 1250 и работало без аварий. Однако для этого материала очень трудно подобрать подходящий присадочный металл,. [c.81] Сварные швы, не имеющие трещин в зоне термического влияния, могут быть получены на 0,5% Сг, Мо, V сталях при выборе партии стали с минимальным содержанием примесных элементов, ограничении содержания ванадия до 0,3%, температуре-термообработки не выше 950° С и отпуске литья и поковок дО твердости не выше 300 единиц по Виккерсу, ограничении размера электрода, уменьшении подвода тепла и обеспечении снятия напряжений после сварки. [c.83] Наиболее серьезная проблема связана со стыковой сваркой труб из аустенитных и ферритных сталей. Эта проблема возникла частично из-за различия коэффициентов теплового расширения двух материалов, которая приводит к возникновению сдвиговых напряжений, а частично из-за образования материала с неудовлетворительными свойствами при взаимодействии между аусте-нитной сталью и наплавленным металлом, и между наплавленным металлом и ферритной сталью. [c.84] Существует несколько различных типов переходных соединений. Наиболее часто их получают при использовании стыковой сварки с присадочным материалом. Положительный опыт был достигнут в экспериментах с металлом шва, представляющим собой молибденсодержащую аустенитную сталь с контролируемой ферритной фазой, использованную для соединения, в котором миграция углерода от ферритной стали к аустениту сварного шва предотвращалась барьерным слоем ниобийсодержащей стали с 2,25% Сг и 1% Мо (рис. 7.11) [7]. Хорошие результаты были достигнуты в США при использовании в качестве присадочного металла сплава на основе никеля. [c.85] Вернуться к основной статье