Слиток электрошлакового переплава

Когда говорят про слиток электрошлакового переплава, многие, даже в цеху, представляют просто цилиндр металла, полученный после установки. Но это не совсем так, вернее, совсем не так. Это не заготовка, это уже результат сложного передела, где каждый сантиметр поверхности и внутренняя структура — это отпечаток режимов. Частая ошибка — считать, что если расплавленный металл прошел через шлак, то всё автоматически становится чистым и однородным. На деле, без правильного подбора флюса, контроля температуры ванны и скорости кристаллизации, можно получить слиток с ликвацией, раковинами или нежелательной макроструктурой, который потом в поковке или прокате себя проявит. У нас на производстве, в ООО 'Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство', с этим сталкивались не раз.

От теории к практике: что скрывает поверхность слитка

Взять, к примеру, нашу электропечь для ЭШП. Казалось бы, залил шихту, выставил параметры по паспорту и жди. Но паспорт — это идеальные условия. На практике, каждая плавка немного уникальна. Состав исходного лома может плавать, влажность флюса — меняться. И вот тут начинается самое интересное. Глядя на свежий, еще горячий слиток электрошлакового переплава, можно многое понять. Гладкая, 'чешуйчатая' поверхность — хороший знак, говорит о стабильном тепловом режиме. А если пошли продольные борозды или наплывы? Это уже сигнал: либо колебания напряжения, либо скорость подачи электрода надо корректировать. Раньше, бывало, пропускали такие моменты, считая это косметическим дефектом. Потом при ковке на прессе в этих местах пошли трещины. Дорогой урок.

Или другой нюанс — начало процесса, так называемый 'пуск'. Здесь важно правильно сформировать стартовый шлаковый расплав. Если поторопиться, не дать шлаку как следует прогреться и стать электропроводным, первые сантиметры слитка получатся с дефектами. Мы такой 'некондиционный' участок потом просто отрезаем, но это потеря материала и времени. Сейчас операторы уже на глаз, по цвету и поведению шлаковой ванны, определяют момент, когда можно начинать основную подачу электрода. Это не по инструкции написано, это опыт, набитый на браке.

А еще есть зависимость от конечного продукта. Для ответственных поковок, которые потом пойдут, скажем, на валы для тяжелого машиностроения, нам нужна особая внутренняя структура. Не просто отсутствие неметаллических включений, а определенная ориентация зерна. И здесь параметры переплава — скорость охлаждения, в частности, — играют ключевую роль. Иногда приходится жертвовать производительностью, снижая скорость вытягивания слитка, чтобы получить более мелкое и равномерное зерно в осевой зоне. На сайте нашего предприятия https://www.jyybdz.ru указано, что мы занимаемся электрошлаковым переплавом, ковкой, термообработкой — так вот, это не просто список услуг, это взаимосвязанная цепочка. Качество поковки в 5 тонн начинается именно с того, как вел себя металл в момент кристаллизации в форме ЭШП.

Оборудование и его характер

Наше основное оборудование — электропечь для электрошлакового переплава — это, конечно, рабочая лошадка. Но даже у двух, казалось бы, одинаковых печей может быть разный 'характер'. Одна стабильно держит дугу, другая склонна к мелким подергиваниям. Это влияет на стабильность тепловложения в шлаковую ванну. Приходится под каждого 'подстраиваться', вести немного разные журналы плавок с поправками. Универсальных рецептов нет. Производитель дает базовые настройки, а дальше — наблюдай, записывай, анализируй.

Гидравлический ковочный пресс, который идет следующим в цепочке, — это уже испытание для слитка. Здесь все скрытые дефекты вылезают наружу. Была история, когда партия слитков, внешне безупречных, при осадке на прессе дала расслоение по боковой поверхности. Стали разбираться. Оказалось, в той плавке использовали флюс с чуть измененным составом (поставщик сменил, а мы не проверили), что привело к изменению вязкости шлака и ухудшению условий очистки металла по краям электрода. Слиток прошел УЗК, но дефект был на грани чувствительности прибора. Пресс показал его во всей красе. Теперь на входящий флюс — свой паспорт с полным химсоставом, без исключений.

Связка 'ЭШП — ковка' требует постоянной обратной связи. Кузнецы после пресса рассказывают, как металл 'пошел' — мягче, жестче, есть ли расслоения. Эти наблюдения мы потом переносим в цех переплава, корректируя режимы. Например, для последующей интенсивной ковки сложнопрофильных изделий иногда сознательно делаем слиток с чуть более грубой столбчатой структурой — она лучше разваливается при деформации. Это уже тонкая настройка под конкретную задачу, которую в учебниках не всегда найдешь.

Термичка: где проявляется наследие переплава

Отжиг и последующая термическая обработка — это финишные операции, но они напрямую зависят от того, что заложил в металл слиток электрошлакового переплава. Однородность химического состава по сечению — залог равномерного прогрева и отсутствия внутренних напряжений при закалке. Если в слитке была ликвация (сегрегация элементов), то в печи для улучшения одна часть изделия может иметь другую критическую скорость охлаждения, чем другая. Результат — неравномерная твердость, коробление или даже трещины.

У нас в цеху стоит электрическая печь для улучшения. Когда загружаем в нее поковки из нашей же эшп-стали, режимы выставляем с оглядкой на журнал плавки. Знали, например, что в той партии был слегка повышенный уровень алюминия (использовали для раскисления)? Значит, при отжиге надо быть аккуратнее с выдержкой при высоких температурах, чтобы не пошло излишнее рост зерна. Это знание пришло не сразу. Был случай с партией валов, которые после закалки имели пониженную ударную вязкость. Металлографический анализ показал крупное зерно. Источник нашли именно в нюансах переплава и последующего отжига.

Горизонтальные токарные станки завершают цикл. И здесь тоже есть связь. Однородный, чистый от неметаллических включений металл, который дает качественный ЭШП, позволяет вести обработку на высоких скоростях резания без риска выкрашивания режущей кромки инструмента о твердые частицы. Это повышает стойкость инструмента и качество поверхности детали. Мелочь? Для нас, с нашим годовым объемом в 5000 тонн поковок и 30 сотрудниками, где каждый этап критически важен, это не мелочь, а вопрос эффективности всего производства.

Мысли вслух о развитии процесса

Иногда смотрю на процесс и думаю, куда двигаться дальше. Классический ЭШП — процесс проверенный, но не самый быстрый. Есть ведь и вакуумно-дуговой переплав, и более современные методы. Но для многих видов нашей продукции, особенно крупногабаритных поковок, именно слиток электрошлакового переплава остается оптимальным по соотношению 'качество — стоимость'. Его главный козырь — потрясающая эффективность очистки металла от серы и неметаллических включений, что критично для изделий, работающих в условиях ударных нагрузок и низких температур.

Потенциал для оптимизации я вижу в более точном, возможно, автоматизированном контроле параметров в реальном времени. Не просто запись силы тока и напряжения, а мониторинг температуры шлака оптическими методами, анализ газовыделения. Это позволило бы еще тоньше управлять структурой. Но это вопрос инвестиций и целесообразности для нашего масштаба. Пока что глаз и опыт оператора, подкрепленный данными с датчиков, — наш главный инструмент.

В итоге, возвращаясь к началу. Слиток ЭШП — это не полуфабрикат. Это документ, в котором записана история его рождения: как вела себя дуга, какой был шлак, как его охлаждали. Читать этот документ — и есть наша работа. И от того, насколько внимательно мы его прочтем на этапе переплава, зависит, как поведет себя многотонная поковка под молотом пресса, как пройдет термообработка и какую чистоту поверхности даст токарный станок. Это единая, неразрывная цепь, где первое звено — самое важное.