ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Металлургической промышленностью на территории РФ накоплен значительный объем шлаков, получаемых при выплавке сталей и чугунов. Наличие шлакоотвалов пагубно влияет на экологию регионов, имеющих металлургические предприятия. При восстановлении железа из шлаков побочным продуктом становится агломерат оксидов, который можно рассматривать как флюсовую композицию для дуговой сварки/наплавки под слоем флюса, наполнителей порошковых проволок и покрытий сварочных штучных электродов. Цель работы: установить возможность дуговой сварки при использовании полученного авторами флюса и определить оптимальные режимы сварки с условием достижения геометрических параметров шва по ГОСТ 8713–79 и качества сварного соединения (отсутствие внутренних дефектов). В работе исследованы стыковые сварные соединения листовой стали ВСт3сп толщиной 5 мм, полученные автоматической сваркой под слоем флюса на постоянном токе с принудительным формированием корневого валика на керамических подкладках с применением флюса из переработанного металлургического шлака электросталеплавильного предприятия. Автоматическую сварку плоских образцов осуществляли на автомате тракторного типа АДФ-1250 с проволокой диаметром 3 мм при постоянной скорости сварки 54 см/мин с варьированием силы тока и напряжения на дуге в пределах 400–600 А и 27–37 В. Методы исследования. Оценка качества сварных соединений визуально-измерительным и рентгенографическим контролем, определение деформации образцов путем их лазерного сканирования и компьютерной обработки 3D-моделей. Статистическое моделирование в виде двухфакторного эксперимента с получением адекватных уравнений регрессии влияния режимов сварки на геометрические параметры шва: высоту усиления и ширину шва с лицевой и обратной стороны соединения. Результаты и обсуждение. Показана возможность получения сварочных флюсов из металлургических шлаков электросталеплавильного предприятия и их применения для создания сварных соединений. Установлены оптимальные режимы дуговой сварки тонкостенных листовых деталей из низкоуглеродистой стали с принудительным формированием корневого валика на керамических подкладках, обеспечивающие отсутствие внутренних дефектов в виде пор, трещин и непроваров, минимум остаточных деформаций и соответствие размеров сварного шва требованиям существующего стандарта. Номинальные значения геометрических параметров шва по ГОСТ 8713–79-С4 соответствуют следующим режимам сварки: скорость сварки 54 см/мин, сила сварочного тока 550 А, напряжение на дуге 30 В. Результаты работы могут быть применены на металлургических электросталеплавильных предприятиях, производящих низкоуглеродистую сталь при отработке технологий применения сварочных материалов из шлаков.

1. Верхотуров А.Д., Бабенко Э.Г., Макиенко В.М. Методология создания сварочных материалов / под ред. Б.А. Воронова. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. – 128 с. – ISBN 978-5-262-00458-4.

2. Evaluation of the influence of slag heaps on the state of the urban residential area / T.V. Sviridova, O.B. Bobrova, A.Yu. Peryatinsky, E.A. Nekerov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 537 (6). – DOI: 10.1088/1757-899X/537/6/062009.

3. Хаматова А.Р., Хохряков О.В. Электросталеплавильный шлак ОАО «Ижсталь» для цементов низкой водопотребности и бетонов на их основе // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2016. – № 2 (36). – С. 221–227.

4. Utilization of steel slag for Portland cement clinker production / P.E. Tsakiridis, G.D. Papadimitriou, S. Tsivilis, C. Koroneos // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – Vol. 152 (2). – P. 805–811. – DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.07.093.

5. Patent № 201610570916 China, XA. Mixed slagsmelting reduction production and thermal refining method: filed 18.07.2016: publ. 04.05.2018 / Chzhan Wu.

6. Patent № 6391086 United States of America, B1. Method for the use of electric steel plant slag for self-reducing agglomerates: filed 20.03.2001: publ. 30.10.2002 / М. Albuquerque Contrucci, E.S. Marcheze.

7. Patent № 6033467 United States of America, А. Method of making cement or mine backfill from base metal smelter slag: filed 08.05.1998: publ. 07.03.2000 / D. Krofchak.

8. Patent № 5944870 United States of America, А. Method of manufacturing pig iron or steel and cement clinker from slags: filed 07.02.1995: publ. 07.02.2016 / A. Edlinger.

9. Song Q., Shen B., Zhou Z. Effect of blast furnace slag and steel slag on cement strength, pore structure and autoclave expansion // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 168–170. – P. 17–20. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.168-170.17.

10. EAF slag in asphalt mixes: A brief review of its possible re-use / M. Skaf, M.J. Manso, A. Aragon, J.A. Fuente-Alonso, V. OrtegaLópez // Resources, Conservation and Recycling. – 2017. – Vol. 120. – P. 176–185. – DOI: 10.1016/j.resconrec.2016.12.009.

11. Технология вяжущих веществ / В.Н. Юнг, Ю.М. Бутт, В.Ф. Журавлев, С.Д. Окороков. – М.: Госстройиздат, 1952. – 600 с.

12. Проблемы развития безотходных производств / Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин?. – М.: Стройиздат, 1981. – 207 с.

13. Scrap deficit problem at the Amurstal metallurgical plant and search for alternatives to substitute it / P.V. Bakhmatov, E.A. Startsev, V.V. Grigor'ev, A.A. Bryanskii // Metallurgist. – 2022. – Vol. 66 (3). – P. 376–382. – DOI: 10.1007/s11015-022-01339-6.

14. Современное состояние переработки шлаков сталеплавильного производства / С.С. Бельский, А.А. Зайцева, А.А. Тютрин, З.З. Исмоилов, А.Н. Баранов, Ю.В. Сокольникова // iPolytech Journal. – 2021. – Т. 25 (6). – С. 782–794. – DOI: 10.21285/1814-3520-2021-6-782-794.

15. ИТС 26–2017. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов: дата введ. 2018–07–01. – М.: Бюро НТД, 2017. – 478 с.

16. Разработка новых сварочных флюсов и флюс-добавок для сварки и наплавки стали на основе техногенных отходов металлургического производства / Н.А. Козырев, Р.Е. Крюков, Н.Е. Крюков, И.Н. Ковальский, А.А. Усольцев // Заготовительные производства в машиностроении. – 2017. – Т. 15, № 6. – С. 249–254.

17. Разработка новых сварочных флюсов на основе шлака силикомарганца и ковшевого электросталеплавильного шлака / Н.А. Козырев, Р.Е. Крюков, А.Р. Михно, А.А. Усольцев, А.А. Уманский // Сварочное производство. – 2020. – № 2 (1023). – С. 16–21.

18. Структурно-фазовые состояния и поверхность разрушения электродуговой наплавки и сварных швов / Р.Е. Крюков, В.Е. Громов, Н.А. Козырев, Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Шлярова. – Новокузнецк: СибГИУ, 2022. – 136 с. – ISBN 978-5-7806-0585-0.

19. Bakhmatov P.V., Startsev E.A., Sobolev B.M. Impact and effect study of submerged-arc welding conditions on structural changes in weld metal // Lecture Notes in Networks and Systems. – 2021. – Vol. 200. – P. 65–76. – DOI: 10.1007/978-3-030-69421-0_8.

20. Патент № 2793303 C1 Российская Федерация, МПК B23K 35/362, B23K 35/40, C21C 5/54. Способ изготовления сварочного флюса из техногенных отходов сталеплавильного производства: № 2022128798: заявл. 07.11.2022: опубл. 31.03.2023, Бюл. № 10 / П.В. Бахматов, Е.А. Старцев, Р.Е. Гладовский, Б.М. Соболев.