электрошлаковая переплавка

Когда говорят про электрошлаковую переплавку, часто сводят всё к 'очистке металла от включений'. Это, конечно, основа, но на практике всё сложнее. Мой опыт показывает, что ключевое — это управление структурой слитка, а не только чистота. Многие заказчики, особенно те, кто только начинает работать с ответственными поковками, этого не понимают, требуя 'максимальной чистоты по ГОСТу', а потом удивляются, почему при ковке пошли трещины. Всё дело в балансе.

Где кроется подвох: опыт и ошибки

Взять, к примеру, нашу работу в ООО 'Цзиюань Юйбэй'. У нас стоит электропечь для электрошлакового переплава на 3 тонны. Казалось бы, загрузил расходный электрод, выставил флюс — и жди. Но нет. Самое сложное — это тепловой режим и скорость подачи. Если гнать скорость для производительности, получаешь слиток с выраженной ликвацией по оси. Внешне — красивый, блестящий. А потом при ковке на прессе сердцевина 'плывёт' иначе, чем периферия. Получаем внутренние дефекты, которые не всегда видны даже на УЗК.

Был у нас заказ на поковки для валов судовых двигателей. Материал — 34ХН1М. Переплавили, вроде бы все химии и неметаллические включения в норме. Но при проточке на горизонтальном токарном станке технолог заметил неоднородность стружки на разных участках заготовки. Стали разбираться. Оказалось, при переплаве не совсем удачно подобрали состав шлака для этой конкретной марки. Шлак был слишком 'холодным', что привело к неидеальной направленности затвердевания. Структура получилась не такой вытянутой и однородной, как хотелось. Пришлось корректировать режим отжига, чтобы выровнять свойства перед ковкой. Вывод: даже при идеальных исходных данных по электроду, шлаковая система — это индивидуальный подбор под марку и сечение.

Или ещё момент — подготовка расходного электрода. Часто экономят на его поверхностной зачистке. Мол, всё равно переплавится. Но окалина и загрязнения с поверхности активно растворяются в шлаке, меняют его вязкость и электрохимическую активность. Это напрямую влияет на процесс рафинирования. Мы после одного такого случая теперь зачищаем электроды обязательно, даже если заказчик торопит. Лучше потратить лишние полдня, чем потом разбираться с некондицией в готовой поковке.

Оборудование и его 'характер'

Наше основное оборудование для ЭШП — это, как я уже сказал, печь на 3 тонны. Агрегат не новый, но 'обкатанный'. У каждой такой печи, особенно советского или российского производства, есть свой 'характер'. Наша, например, немного капризна в начале разогрева шлакового пуска. Если дать слишком высокий ток сразу, бывают брызги. Пришлось опытным путём вывести свою кривую разогрева — сначала на пониженной мощности, пока не сформируется устойчивая ванна, а потом уже плавный подъём. Это не по инструкции, но так надёжнее.

Гидравлический ковочный пресс у нас в 2000 тонн. Вот здесь связка электрошлакового переплава и ковки видна как на ладони. Качественный переплавленный слиток куётся 'как по маслу', металл течёт равномерно. А если где-то была неоднородность, пресс её сразу проявляет — либо трещина пойдёт, либо усилие на разных ходах будет скакать. Поэтому оператор пресса — первый контролёр качества нашей переплавки. Он по поведению металла под бойком многое может сказать.

После ковки идёт отжиг в печах. И здесь тоже есть нюанс, идущий от ЭШП. Из-за направленного затвердевания в слитке остаются внутренние напряжения. Если сразу после ковки, пока заготовка ещё тёплая, не сделать правильный отжиг на снятие напряжений, при последующей токарной обработке или термоулучшении деталь может повести. Мы всегда закладываем этот этап, даже для, казалось бы, простых поковок. Это дисциплина, которая экономит время и деньги в долгосрочной перспективе.

Конкретные марки и их особенности

Работаем мы в основном с конструкционными и легированными сталями. Для каждой — свой подход к электрошлаковому переплаву. Например, стали типа 38ХН3МФА, идущие на сильнонагруженные детали, требуют особо тщательного контроля за содержанием алюминия и титана в шлаке, чтобы не было нитридных включений. А для жаропрочных сплавов на никелевой основе (такие заказы тоже бывают, хоть и реже) вообще другая история — там и шлак специальный, и атмосферу иногда нужно контролировать, чтобы не было выгорания легирующих.

Часто спрашивают про сравнение с вакуумно-дуговым переплавом (ВДП). В нашем контексте, для предприятия масштаба ООО 'Цзиюань Юйбэй' с годовым объёмом поковок в 5000 тонн, ЭШП — это оптимальный баланс между качеством и экономикой. ВДП даёт, конечно, ещё более чистый металл по газам, но и стоимость процесса кратно выше, и производительность часто ниже. Для 90% ответственных деталей — шатунов, валов, шестерён — качества, достижимого на правильно настроенном ЭШП, более чем достаточно. Главное — не гнаться за абстрактными 'суперпоказателями', а добиваться стабильного, воспроизводимого результата от плавки к плавке.

Вот, кстати, пример из практики. Делали крупную поковку кольца из стали 35ХГСА. Заказчик изначально настаивал на ВДП, ссылаясь на усталостную прочность. Мы предложили провести сравнительные испытания: одну заготовку из нашего ЭШП, другую — от стороннего поставщика с ВДП. После всей цепочки (ковка, термообработка, механическая обработка) детали отдали на ресурсные испытания. Разницы в пределах погрешности измерений не нашли. Заказчик остался доволен, а мы сохранили контракт. Решающим был именно наш контроль над всем процессом, начиная с переплава.

Люди и процесс

Вся эта теория ничего не стоит без людей. У нас в цехе электрошлакового переплава работает бригада из трёх человек. Стажёр, который следит за подготовкой и загрузкой, опытный плавильщик, который ведёт процесс по приборам и на глаз (да-да, по цвету свечения шлака и звуку дуги опытный мастер многое понимает), и старший смены, который отвечает за конечное качество слитка. Это не автоматическая линия, здесь нужен глаз да рука. Токарная обработка потом, на горизонтальных станках, — это уже финиш, но основа закладывается здесь, у печи.

Частая проблема в небольших производствах — это совмещение обязанностей. Человек сегодня на ЭШП, завтра — на печи отжига. Это плохо. У процесса переплава должна быть своя, постоянная команда, которая чувствует малейшие изменения. Мы в ООО 'Цзиюань Юйбэй' стараемся этого придерживаться, несмотря на общую численность в 30 человек. Специализация — залог стабильности.

Обучение новых кадров — отдельная головная боль. Молодые инженеры приходят из вузов с теорией, но без понимания 'физики' процесса. Первые месяцы они просто наблюдают и ведут журналы. Потом начинают под контролем старших менять параметры и смотреть на результат. Только так, через практику и, что греха таить, через несколько списанных слитков, появляется настоящее понимание, что такое электрошлаковая переплавка как живой технологический процесс, а не строка в учебнике.

Взгляд вперёд и итог

Куда движется технология? Сейчас много говорят про компьютерное моделирование тепловых полей при ЭШП. Это, безусловно, полезно для оптимизации. Но в условиях реального цеха, с его колебаниями напряжения в сети, с небольшими отклонениями в массе и геометрии расходников, математическая модель — это лишь помощник. Последнее слово всё равно за мастером, который смотрит на процесс. Автоматизировать полностью, на мой взгляд, в ближайшее время не получится, да и не нужно. Это как раз тот случай, где человеческий опыт и интуиция пока незаменимы.

Итоживая. Электрошлаковая переплавка для нас, на производстве, — это не магическая 'чёрная коробка', делающая сталь чистой. Это управляемый инструмент для получения металла с предсказуемой, однородной структурой и свойствами. Его эффективность определяется не только параметрами на пульте, но и массой 'мелочей': от чистоты электрода до навыков плавильщика и последующей слаженной работы всего технологического цикла, включающего ковку, отжиг и обработку. Когда всё это сходится, получается продукт, который не стыдно отдать заказчику для самых ответственных применений. А это, в конечном счёте, и есть главная цель.

Поэтому, возвращаясь к началу, скажу: да, очистка важна. Но истинная ценность качественного ЭШП — в создании структурно совершенной заготовки, которая позволит всему последующему техпроцессу идти без сюрпризов. Вот об этом стоит думать в первую очередь, когда рассматриваешь эту технологию для своего производства.