Страница 7 из 10
Табл. 1.2. Химический состав опытных сталей
Следующим этапом проводится анализ механических испытаний отливок при криогенных температурах, как это показано для выбранных составов в табл.1.3.
Табл.1.3. Механические и литейные свойства сталей
* в числителе приведены опытные, в знаменателе – расчетные данные
Хромомарганцевая сталь обладает более высоким комплексом механических и литейных свойств по сравнению со сталью 12Х18Н10ТЛ. Фактические данные достаточно хорошо совпадают с расчетными. Хромомарганцевая сталь имеет вязкий характер разрушения при всех температурах испытания. Большую часть поверхности разрушения имеют ямки диаметром не менее 10–15 мкм.
Полное исследование предполагает проведение обязательных натурных испытаний. Для выбранных составов также были залиты формы корпусов арматуры. Корпуса из разработанной стали 07Х13Г28АНФЛ выдерживают более высокое давление по сравнению с корпусами из литой и даже деформированной стали 12Х18Н10Т, табл.1.4.
Табл. 1.4. Результаты испытаний корпусов внутренним давлением
Сталь хорошо сваривается. Горячих и холодных трещин в специально отлитых и сваренных пробах не обнаруживается. Разрушений по сварным швам при испытании внутренним давлением не наблюдается. Отношение прочностных свойств основного металла к металлу сварного шва находится в пределах 0,95–0,98. Сталь 07Х13Г28АНФЛ имеет достаточно высокую коррозионную стойкость в условиях субтропиков.
Литейная коррозионностойкая свариваемая сталь 13%Cr-28%Mn, обладает высокой хладостойкостью и жидкотекучестью. Сталь может заменить дорогостоящую хромоникелевую сталь. При этом оказывается возможным значительно повысить давление в корпусе, способность к сопротивлению динамическим нагрузкам, гидравлическим и низкотемпературным термическим ударам при захолаживании корпуса арматуры.
Чтобы сталь прошла полную проверку, она должна выпускаться в промышленном варианте, когда уточняются особенности ее литья в условиях имеющейся технологии конкретного производства. Одновременно проводятся различные способы плавки, включая фракционную, которые должны показать возможности снижения стоимости плавки, литейную эффективность стали и наиболее полное соответствие требованиям проектных спецификаций криогенных установок.
Для этих целей проводится моделирование плавок, отработка особенностей шихтовки, изготовления литейных форм, температурных и гидравлических режимов заливки, анализ лучших способов установки литников и прибылей и другие способы повышения качества и снижения затрат на технологию изготовления сталей. После этого проводится партионная отливка сталей в изделия, которые планируются к выпуску и уточняются технические условия как на технологию изготовления изделия, включая технологическую инструкцию на выплавку и заливку стали, так и технические условия на собственно литое изделие. Для литья хромомарганцевых сталей особенное внимание должно уделяться особенностям ввода марганца в расплав с целью уменьшения его угорания и снижению вредных выбросов из печи.
Завершающим этапом инжиниринга литейных сталей является успешное внедрение ее на предприятии или подписание лицензии на передачу Ноу-хау, технической документации или использования патента. Обычно это значительный объем работы, где ключевым этапом является подтверждение указанных в технических условиях свойств сталей и положительный опыт испытаний на предприятии – заказчике. Так, этим этапом для литейных сталей для криогенных температур (уже в изделии) является испытания на криогенных испытательных стендах инжиниринговых и производственных компаний по производству криогенного оборудования. Попутно решается множество вопросов, связанных с прохождением литого изделия по производственному циклу от особенностей сдирания литой корки, анализа дефектов, разработки технологических норм до допустимых норм дефектов и их исправления.
Проведенные исследования по указанной стали показали, что при отработке ее технологии заливки может быть достигнута высокая литейная эффективность и значительное снижение затрат по сравнению с хромоникелевой сталью. Сталь рекомендуется для литых корпусов криогенной арматуры взамен дорогостоящей хромоникелевой стали. Ожидаемый экономический эффект от замены корпусов хромоникелевых сталей на разработанную составит 700 Долл.т литья.
1.5. Модуль 5. Системный инжиниринг литейных сталей с применением ТРИЗ
Технико-экономическая эффективность литейных сплавов. Системный анализ литой стали. Сталь как системный объект. Системный инжиниринг литых сталей. Способы инжиниринга литых сталей.
Обзор методик. Моделирование задачи. ТРИЗ. Применение в металловедении. Метод ММЧ. Решение задачи и направление поиска. Использование для выбора легирования. Приемы решения металловедческих задач. Системный анализ стали.
Прогнозирование на основе методики АРИнЗ и дальнего прогнозирования. Диалектика в металлах. Жизненный цикл сталей. История хромомарганцевой стали в рамках нержавеющих и аустенитных сталей. Проблемы и противоречия при переходе на новую систему легирования.
Модуль 5 "Системный инжиниринг литых сталей с применением элементов ТРИЗ" дает представление об основах понимания стали как системы и использования современного системного подхода к анализу и развитию литых сталей.
Справка:
Системная инженерия – междисциплинарный подход и средства для создания успешных систем. Междисциплинарный подход охватывает все технические усилия по развитию и верификации интегрированного и сбалансированного в жизненном цикле множества системных решений, касающихся людей, продукта и процесса, которые удовлетворяют потребности заказчика.
Основными вопросами модуля являются:
– Технико-экономическая эффективность сплавов.
– Системный инжиниринг литых сталей, включая инжиниринг и основы системного подхода и системного анализа.
– Способы инжиниринга литых сталей, такие как синтез сплавов, ФСА, АРИнЗ и приемы решения металловедческих задач для металловедов и литейщиков.
Чтобы быть включенным в конструкцию, сплав должен доказать свою технико-экономическую эффективность. Чаще всего, технико-экономические показатели связаны с обобщенным качеством сплава. Они включают несколько групп параметров: возможность поставки природного и вторичного сырья, функциональность сплава, техническую эффективность, надежность, технологичность, экономичность и даже токсичность, горючесть, возможности утилизации, его экологичность, транспортабельность, и пр. Для литых сплавов кроме основных показателей прочности, а также конструкционной прочности, надежности и ресурса, сюда могут быть включены и показатели литейной эффективности.
Системный анализ стали на подготовительном этапе предполагает выделение основных симптомов проблемы, формирование дерева проблем системы и выбор наиболее предпочтительного способа решения проблемы. Для криогенной арматуры, которая является надсистемой для используемых материалов, эффективно строить дерево проблем. Целью построения является оценка и выбор наиболее предпочтительного решения проблемы.