термическая обработка газов

Когда говорят о термической обработке в нашем деле, многие сразу представляют себе отжиг или закалку металла. Но термическая обработка газов — это отдельная, часто недооценённая история. Не просто прогреть или охладить, а управлять составом, температурными профилями, точками росы — вот где кроются и основные проблемы, и возможности для серьёзного улучшения качества поковки. В ООО Цзиюань Юйбэй, где я работаю, с этим сталкивались не раз, особенно при работе с ответственными заготовками после электрошлакового переплава.

Что на практике скрывается за этим термином?

Если отбросить теорию, то в цеху под термической обработкой газов мы часто понимаем подготовку защитной атмосферы для печей отжига и улучшения. Казалось бы, купил генератор азота или аргона — и всё. Но нет. Состав газа, его чистота, влажность — всё это напрямую влияет на поверхность заготовки. Помню случай с партией валов из легированной стали: после отжига в, казалось бы, инертной среде появилась лёгкая окалина. Оказалось, проблема в точке росы подаваемого газа — где-то в линии конденсат скапливался.

Или другой аспект — нагрев самого газа перед подачей в рабочую камеру. Неравномерный прогрев ведёт к температурным перепадам уже в металле, а это для нас, кузнецов, критично. Особенно когда на гидравлическом прессе идёт ковка крупногабаритных поковок, которые потом отправятся на отжиг. Здесь уже идёт речь не просто о нагреве, а о точном термоциклировании в контролируемой газовой среде.

Поэтому в нашем арсенале, помимо стандартных электрических печей для улучшения, появились дополнительные системы осушки и подогрева газовых потоков. Это не было запланировано изначально, а стало результатом нескольких таких ?необъяснимых? браков. Пришлось разбираться, экспериментировать, иногда методом проб и ошибок.

Связь с электрошлаковым переплавом (ЭШП) и последующей ковкой

Наше направление электрошлакового переплава — это начало цепочки. Получаем слиток с улучшенной структурой. Но его внутренние напряжения и неоднородность — это вызов для последующей термички. Если сразу после ЭШП неправильно провести термическую обработку газов в отжиговой печи, можно закрепить дефекты, а не убрать их.

Конкретный пример: крупные поковки для энергомашиностроения. Слиток после ЭШП, затем ковка на прессе. Перед чистовой механической обработкой на горизонтальных токарных станках — обязательный отжиг. И вот здесь газовая среда решает всё. Мы перешли на использование очищенного азота с добавкой водорода в определённой пропорции для восстановительного эффекта. Но подбор этой пропорции — это не по учебнику. Зависит от марки стали, от геометрии поковки. Иногда добавляешь чуть больше — и поверхность становится идеальной. Чуть меньше — и есть риск наведения окалины, которую потом придётся счищать, теряя металл.

Это тот самый практический опыт, который в отчётах не опишешь. Оператор печи со стажем по звуку горелки или по виду смотрового окна может сказать, что ?газ сегодня какой-то не такой?. И часто он оказывается прав — проблема может быть в редукторе на баллоне или в забитом фильтре на входе.

Оборудование и его ?характер?

У нас в ООО Цзиюань Юйбэй стоит стандартное, но надёжное оборудование: нагревательные и отжигательные печи шахтного типа, электрические печи для улучшения. Ключевое — это их герметичность и система подачи газа. Со временем футеровка печей трескается, дверные уплотнения ?садится?. И тогда вся концепция контролируемой атмосферы летит в тартарары. Поддерживать ?железо? в идеальном состоянии — это половина успеха.

Гидравлический ковочный пресс, конечно, напрямую с газами не работает. Но подготовленная заготовка после правильного отжига в правильной атмосфере ведёт себя под прессом совершенно иначе — пластичность лучше, риск образования трещин ниже. Это уже косвенное, но очень важное влияние термической обработки газов на весь технологический цикл.

Частая головная боль — это калибровка термопар и газоанализаторов. Если датчик температуры ?врёт? на 20 градусов, то весь выстроенный температурный профиль для газа бесполезен. Раз в квартал мы проводим обязательную сверку, но в промежутках тоже нужно быть начеку. Один раз из-за этого пришлось переделывать целую партию поковок — дорогой урок.

Экономика процесса: где можно, а где нельзя экономить

Использование чистых газов, особенно аргона, — это значительная статья расходов. На масштабе в 5000 тонн поковок в год каждая лишняя минута выдержки в печи или повышенный расход газа бьют по себестоимости. Поэтому мы постоянно ищем баланс между достаточностью и избыточностью.

Например, для некоторых марок углеродистых сталей мы после долгих испытаний снизили время изотермической выдержки в защитной атмосфере на 15%, без ущерба для механических свойств. Но для ответственных поковок из высоколегированных сталей — ни в коем случае. Тут лучше перестраховаться. Это и есть профессиональное суждение, которое приходит с опытом, а не с инструкцией.

Ещё один момент — рекуперация тепла от отходящих газов. Пока это у нас в планах, но рассматриваем возможность подогрева поступающего газа или другого технологического воздуха за счёт тепла выхлопа. Это могло бы дать хорошую экономию энергии, особенно зимой, когда на прогрев печи и среды уходит больше времени и ресурсов.

Взгляд вперёд и текущие задачи

Сейчас, с нашим штатом в 30 человек, важно, чтобы знания о нюансах термической обработки газов не были сосредоточены у одного-двух технологов. Стараемся обучать операторов, чтобы они понимали суть процесса, а не просто крутили вентили по графику. Потому что человеческий фактор на последнем метре — самый важный.

Планируем постепенно модернизировать систему контроля атмосферы в печах, сделать её более автоматизированной, с записью всех параметров в цифровой журнал. Это поможет анализировать брак и оптимизировать режимы. Но полностью на автомат переходить не хотим — чутьё опытного мастера, который может учесть ?неучтённое? (например, влажность воздуха в цеху в дождливый день), машине не заменить.

В итоге, возвращаясь к началу, термическая обработка газов — это не отдельная операция в карте техпроцесса. Это сквозной элемент, который влияет на качество от слитка ЭШП до готовой обработанной поковки. И относиться к нему нужно с соответствующим вниманием и уважением к деталям, которые и определяют грань между хорошим изделием и отличным. Для компании вроде нашей, ООО Цзиюань Юйбэй, которая позиционирует себя как предприятие полного цикла от переплава до механической обработки, это один из ключевых компетенций, который мы продолжаем оттачивать на практике, год за годом.