электрошлаковая плавка

Когда говорят про электрошлаковую плавку, многие сразу представляют себе просто более чистый металл. Но на деле, если копнуть, всё упирается в структуру. Именно за этим мы и гоняемся — не столько за чистотой по ГОСТ, сколько за однородностью слитка, которая потом на ковке себя показывает. Частая ошибка — считать, что основная задача ЭШП — убрать неметаллические включения. Да, убирает, но ключевое — это устранение ликвации, та самая перестройка кристаллической решётки, которая обычной выплавкой в дуговой печи не достигается. В нашем цехе на электрошлаковом переплаве часто спорят: стоит ли гнаться за сверхнизким содержанием серы, если при этом можно слегка ?потерять? по угар? Опыт показывает, что для большинства поковок ответ — нет. Важнее стабильность процесса.

От шихты до слитка: где кроются нюансы

Всё начинается с электрода. Мы используем собственные, выплавленные в дуговой печи, но бывали случаи, когда закупали заготовки со стороны. И вот тут первый подводный камень: геометрия. Если сечение ?гуляет?, или есть сильная овальность, процесс в кристаллизаторе идёт неравномерно. Плавишь, вроде бы всё по регламенту, а потом на продольном макрошлифе видишь полосчатость. Пришлось ужесточить входной контроль по этому параметру.

Сам флюс — отдельная история. Универсальных рецептов нет. Для легированных сталей, которые идут на ответственные валы, мы давно перешли на фторид-содержащие шлаки. Да, агрессивнее к футеровке, зато стабильнее ведёт себя шлаковая ванна и лучше рафинирует. Но вот для углеродистых марок это уже перебор — себестоимость растёт, а прирост свойств неочевиден. Иногда проще выдержать чуть более долгий период расплавления, но на основном известковом шлаке.

Охлаждение слитка — момент, который часто недооценивают в теории. В учебниках пишут про направленную кристаллизацию снизу вверх. На практике же скорость подачи электрода и градиент охлаждения через стенку кристаллизатора нужно подбирать практически для каждого диаметра слитка. Запомнился случай с поковкой для пресса. Слиток вроде бы безупречный, ультразвуковой контроль проходит, а при ковке на прессе пошла трещина. Разобрались — виной локальная зона с повышенным напряжением из-за слишком резкого охлаждения в верхней части, где шлаковая корка была тоньше. Пришлось менять режим отключения печи и до-нагрева.

Связка с ковкой: где ЭШП реально даёт фору

Основной потребитель нашего электрошлакового переплава — это конечно, кузнечный цех. Гидравлический пресс в 2000 тонн, который у нас стоит, требует предсказуемой пластичности заготовки. И вот здесь слиток после ЭШП ведёт себя иначе. Меньше усилие на осадку, металл ?течёт? более однородно, нет таких резких внутренних разрывов волокна, которые бывают при ковке обычного слитка. Особенно это критично для деталей сложной формы, которые потом идут на длинные валы для насосного оборудования.

Но не всё так гладко. Была партия заготовок для роторов турбин. Материал — жаропрочная сталь с высоким содержанием никеля. Переплавили, отковали, обработали. При финальной термообработке в электрических печах пошла деформация, причём несимметричная. Стали искать причину. Оказалось, что в исходном электроде для ЭШП была неоднородность по крупным карбидам, которую сам переплав не смог полностью ?размазать?. Пришлось пересматривать технологию выплавки исходного электрода, добавлять дополнительную гомогенизацию перед ЭШП. Дорого, но для таких заказов — необходимо.

Ещё один практический момент — экономика. Электрошлаковая плавка энергоёмка. Стоимость киловатта бьёт по себестоимости. Поэтому у нас, в ООО ?Цзиюань Юйбэй Тяжёлое литейно-кузнечное производство?, запуск печи ЭШП всегда привязан к графику. Стараемся набирать партии однотипных марок стали, чтобы минимизировать простои на переналадку. Информацию о наших мощностях, включая ту самую электропечь для электрошлакового переплава, всегда можно уточнить на сайте https://www.jyybdz.ru. Там же видно, что мы не просто переплавляем, а ведём полный цикл до готовой поковки — ковка, отжиг, токарка.

Оборудование и его капризы

Наша печь — старенькая, но ?душа в ней есть?. Советская ещё школа, но с модернизированной системой управления. Главная головная боль — система подачи электрода. Механика изнашивается, появляется люфт. А люфт — это колебания глубины погружения электрода в шлак, а значит, колебания напряжения и теплового режима. Приходится постоянно следить, вовремя подтягивать. Новые системы с цифровым следящим приводом, конечно, точнее, но цена вопроса для небольшого производства, как наше, пока не позволяет.

Кристаллизаторы. Медные, с водяным охлаждением. Со временем на внутренней стенке нарастает накипь, теплосъём падает. Раньше чистили вручную, сейчас перешли на химическую промывку по графику. Пропустишь срок — и вот тебе риск образования раковин на поверхности слитка. А это потом брак при обточке, лишний съём металла.

Система подготовки флюса. Казалось бы, мелочь — просушить и прогреть. Но если в шлаке останется влага, при запуске процесса будет интенсивное газовыделение, шлак может ?выстрелить? из кристаллизатора. Опасно и для оборудования, и для людей. Поэтому у нас стоит жёсткое правило: флюс должен отлежаться в сушильной камере не менее 8 часов при 300 градусах. Без исключений.

Контроль качества: не только УЗК

Ультразвуковой контроль — это финальная точка. А начинается контроль с химии. Пробы берем и в начале плавки, и в середине, и в конце. Особенно важно следить за содержанием алюминия и титана в легированных сталях — они летучи, могут угорать, и их содержание ?плывёт?.

Макроструктура. Каждый слиток, особенно из новой партии или после ремонта печи, обязательно идёт на продольный и поперечный темплет. Травление, оценка. Ищем не только явные дефекты вроде усадочных раковин, но и оцениваем ширину осевой зоны, строение столбчатых кристаллов. Это даёт обратную связь по режимам плавки.

Механические испытания. Делаем не только на готовой поковке, но и на пробных заготовках, вырезанных из технологических припусков слитка. Проверяем и на разрыв, и ударную вязкость. Бывает, что по химии всё в норме, макроструктура хорошая, а ударная вязкость ?проседает?. Значит, где-то на этапе переплава попали вредные примеси, которые не выявила спектралька. Приходится разбирать весь технологический цикл заново.

Взгляд вперёд: куда движется технология

Сейчас много говорят про вакуумно-дуговой переплав и прочие ?чистые? методы. Но для многих марок, которые идут на массовые поковки, электрошлаковая плавка остаётся оптимальным по соотношению ?цена-качество? вариантом. Её потенциал ещё не исчерпан.

На мой взгляд, резерв — в более точном управлении тепловым полем. Если бы удалось в реальном времени контролировать температуру не только шлака, но и металла в разных точках слитка, можно было бы ещё лучше управлять структурой. Пока это больше теория.

И конечно, автоматизация. Не та, что просто кнопки нажимает, а которая на основе данных с датчиков может предсказать, например, риск образования подкорковых дефектов и скорректировать скорость плавки. Для такого производства, как наше — ООО ?Цзиюань Юйбэй?, где важен каждый слиток при годовом объёме в тысячи тонн, это было бы серьёзным подспорьем. Пока же работа строится на опыте мастера, который по цвету шлака и звуку дуги может определить, как идёт процесс. Старая школа, но пока незаменимая.

Так что электрошлаковый переплав — это не застывшая технология. Это живой процесс, где каждый день приходится балансировать между теорией, возможностями оборудования и требованиями к конечной поковке. И главный вывод за годы работы прост: не бывает идеального режима ?на все случаи?. Всё решает конкретная задача и материал.