Для экономии коррозионностойких сталей в нефтеаппаратуростроении расширилось применение двухслойной стали — биметалла, образующегося соединением разнородных металлов электрошлаковой сваркой (рис. 30,а) или пакетным способом (рис. 30,6), при котором два листа из коррозионностойкой стали укладывают между толстыми плитами из низкоуглеродистой стали, обваривают по периметру и прокатывают до заданной толщины.
Известно, что двухслойную сталь можно успешно разрезать кислородно-флюсовым способом. При этом резку следует вести со стороны коррозионностойкого слоя (табл. 20).
Рис. 30. Схемы получения двухслойной стали:а —электрошлаковым б — пакетным способами: 1 — накладка; 2 — блюмс; 3 — электрод; 4 — нержавеющая полоса; 5— дуга; 6 — флюсовый покров; 7 — наплавленный металл; 8 — низкоуглеродистая сталь;9 — сварной шов; 10 — высоколегированная сталь; 11 — разделительный брусок.
Таблица 20. Режимы двухслойной резки стали.
Толщина, мм | Расход | Скорость, мм/мин | |||
биметаллического листа | коррозионностойкого слоя | кислорода, м3 /м | природного газа, л/м | флюса, г./м | |
21 | 6 | 0,30 | 35 | 30 | 320 |
32 | 7 | 0,36 | 40 | 400 | 300 |
36 | 7 | 0,38 | 45 | 430 | 280 |
На некоторых металлургических заводах освоена в промышленных условиях технология производства крупногабаритных двухслойных листов пакетным способом, позволяющая из четырехслойного симметричного пакета получать двухслойные листы толщиной свыше 25 мм, шириной до 3000 мм и длиной до 8000—10 000 мм.
Таблица 21. Данные по резке четырехслойного раската.
Общая толщина пакета, мм | Диаметр горла режущего сопла, мм | Давление режущего кислорода перед резаком, кгс/сма | Расход режущего кислорода, м3/ч | Угол атаки режущей струи, α° | Зазор между листами пакета, мм | Скорость, мм /мин | Качество поверхности реза нижнего листа пакета |
42 | 3,5 | 1,5 | 13,5 | 90 | 1,0 | 230 | Неглубокие бороздки |
42 | 3,5 | 1,5 | 13,5 | 90 | 1,5 | 200 | Выхваты глубиной до 2 мм |
42 | 3,5 | 2,0 | 16,0 | 90 | 2,5 | 180 | То же до 3 мм |
42 | 2,0 | 9,0 | 17,5 | 50 | 1,5 | 340 | Неглубокие бороздки |
42 | 2,0 | 7,5 | 15,0 | 50 | 3,0 | 220 | Выхваты глубиной до 2 мм |
42 | 2,0 | 7,5 | 15,0 | 50 | 6,0 | 170 | То же до 3 мм |
72 | 4,0 | 1,6 | 18,0 | 30 | 1,5 | 170 | То же до 3 мм |
72 | 4,0 | 1,8 | 19,0 | 45 | 1,5 | 200 | То же до 4 мм |
В табл. 21 приведены результаты опытной резки четырехслойного раската кислородом низкого давления при вертикальном направлении струи режущего кислорода (α=90°).
Как видно из таблицы, удовлетворительного качества реза можно достигнуть, если зазор между коррозионностойкими листами был не более 1 мм. При увеличении зазора качество поверхности реза нижнего листа пакета значительно ухудшалось, на кромке появлялись выхваты глубиной до 3 мм, а скорость резки при прочих равных условиях уменьшалась почти в 1,5 раза.
Дальнейшие эксперименты показали, что лучшее качество поверхности реза достигается при резке с α = 50° кислородом высокого давления. При этом практически одинаковая производительность резки и более высокое качество кромки были достигнуты при значительно меньшем расходе режущего кислорода (в 1,5 раза) по сравнению с расходом кислорода низкого давления.
На рис. 31 показана поверхность кромки реза одного из образцов, полученных при зазоре между листами пакета, равном 1,5 мм. В то же время увеличение расхода режущего кислорода на 25% при прочих равных условиях позволяет увеличить скорость резки в 1,5 раза.
Рис. 31. Внешний вид поверхности реза четырехслойного раската толщиной 42 мм
Однако и в этом случае, при увеличении зазора свыше 2 мм в углеродистом слое нижнего листа образуются глубокие бороздки, а иногда и выхваты. Было установлено, что на качество поверхности реза значительное влияние оказывает толщина раската. Так, например, при толщине пакета, равной 72 мм, на кромке нижнего листа (особенно в углеродистом слое) образуются выхваты глубиной до 4 мм даже при зазоре между листами, равном 1,5 мм.
Ниже приведены режимы механизированной кислородно-флюсовой резки четырехслойного раската:
Толщина разрезанного пакета,мм | 64 | 76 |
Зазор между листами пакета,мм | 1—4 | |
Расстояние между торцом мундштука и поверхностью металла, мм | 40 | 50 |
Давление в кгс/см2: кислород | 5,5 | 6 |
природного газа | 0,04 | |
азота | 0,3 | |
Скорость резки, мм/мин | 150 | 120 |
Ширина реза,мм | 7 | 8 |
Биметаллические стали должны обладать высокой стойкостью против коррозии в агрессивных средах. В связи с этим был изучен состав металла кромки в месте контакта двух разнородных сталей.
Таблица 22. Изменение химического состава поверхностного слоя при резке двухслойной стали.
Место взятия пробы на образце | Элемент | Содержание элемента, % | |||
в исходном металле | на расстоянии от поверхности реза (мм) | ||||
0 | 0,07 | 0,21 | |||
Высоколегированный слой: верх | Хром | 18,0 | 13,3 | 13,6 | 18,1 |
Никель | 10 | 9,9 | 10,36 | 10,5 | |
Титан | 0,38 | 0,17 | 0,32 | 0,37 | |
Высоколегированный слой: низ | Хром | 18,0 | 10,5 | 10,2 | 10,6 |
Никель | 10 | 8,4 | 8,9 | 8,2 | |
Титан | 0,38 | 0,08 | 0,08 | 0,10 | |
Углеродистый слой верх | Хром | - | 7,85 | 7,0 | 8,9 |
Никель | — | 7,10 | 6,1 | 6,9 | |
Углеродистый слой низ | Хром | - | Сл. | Сл. | Сл. |
Никель | - | 2,51 | 2,51 | - |
В табл. 22 показаны изменения химического состава металла у поверхности реза двухслойной стали, полученной электрошлаковой сваркой. Резку производили со стороны коррозионностойкого слоя.
Из приведенных данных видно, что в углеродистом слое в месте его контакта с нержавеющим слоем металл у поверхности реза обогащается хромом и никелем. На поверхности кромки реза в углеродистом слое содержится 2,5—7% Ni.