» сортамент
» конструкционные
» инструментальные
» коррозионнностойкие
» жаропрочные, жаростойкие
» прецизионные
» электротехнические
» автоматные
» мартенситно-стареющие
» рессорнопружинные
» теплоустойчивые
»Коррозионностойкие стали и сплавы
»Жаростойкие и жаро­прочные стали и сплавы
»Мартенситно-стареющие стали
»Инструментальные стали
»Конструкционные стали
»Прецизионные сплавы
»Фехрали
»Подшипниковые стали
»Автоматные стали
»Нихром
» ГОСТы
»»Нержавеющие стали
»»Хромоникелевые стали аустенитного класса
»»Высоколегированные стали аустенитного класса
»»Сплавы на никелевой основе
»»Сплавы на железоникелевой основе
»»Хромоникельмолибденовые стали аустенитно-ферритного класса
»»Хромистые стали ферритного класса
»»Хромомарганцевоникелевые стали аустенитного класса
»»Хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса
»»Сплавы на железоникелевой основе
»»Хромоникелевые стали аустенитного класса
»»Сплавы на никелевой основе
»»Литейные жаропрочные сплавы
»»Хромистые стали ферритного класса
»»Конструкционные мартенситно-стареющие стали
»»Коррозионностойкие мартенситно-стареющие стали
»»Штамповые стали
»»Быстрорежущие стали
»»Легированные стали
»»Теплоустойчивые стали
»»Немагнитные сплавы
»»Сплавы с заданными свойствами упругости
»»Магнитно-мягкие сплавы
»»Сплавы с заданным ТКЛР
»»Сплавы с высоким электрическим сопротивлением
»»Магнитно-твердые сплавы
»»Фехрали
»»Коррозионностойкие подшипниковые стали
»»Конструкционные подшипниковые стали
»»Теплоустойчивые подшипниковые стали
»»Углеродистые сернистые
»»Кальцийсодержащие стали
»»Коррозионностойкие автоматные стали
»»Легированные свинецсодержащие стали
»»Легированные висмутсодержащие стали
»»Сернистомарганцовистые свинецсодержащие стали
»»Сернистомарганцовистые стали
»»Углеродистые свинецсодержащие стали
»»Нихром
www.lasmet.ru
Главная

Продукция »

Марочник сталей »

В наличии на складе
Оформить заказ
Задать вопрос
Вниманию потребителей металлопроката
Качество
Сервис
Контакты
Научно-технический потенциал

Новости металлургии
 » научные
     публикации

Поиск по сайту:


Тел/Факс:
(351) 735-95-71
(351) 735-97-12

e-mail
mail@lasmet.ru

Отдел продаж:
(351) 735-97-16
(351) 735-96-92

Статистика:

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика Rambler's Top100
   ООО «ЛАСМЕТ» (Лаборатория специальной металлургии) — производитель малых партий металлопроката высокого качества
Зеркало металла в тигле вакуумной индукционной печи



    Предлагаем к публикацию статью, написанную в 1998 году Феликсом Иосифовичем Шведом, в которой был изложен его взгляд на специальную металлургию в России в тот период. В силу ряда причин, ранее статья не была опубликована (с ней он планировал выступить на одной из научных конференций).
Ф.И.Швед


Специальная электрометаллурия России – что дальше?

    Появление в конце 50-х – начале 60-х г.г. новых технологических процессов производства стали и сплавов – электрошлакового (ЭШП) и вакуумного дугового переплава (ВДП), вакуумной индукционной плавки (ВИП) - было обусловлено насущными потребностями военно-промышленного комплекса того времени, в первую очередь, авиационной и ракетно-космической техники.
    Так, для производства лопаток и дисков авиационных двигателей в тот период широко применяли коррозионностойкую сталь мартенситного класса марок 13Х14Н3В2ФР (ЭИ736) и 13Х11Н2В2МР (ЭИ961). Выплавляли эти марки в открытых электропечах с разливкой в обычные слитки, при этом в макроструктуре готового проката наблюдались грубые дефекты – скопления неметаллических включений. Это вынуждало браковать значительную часть металла, как у изготовителя, так и у заказчика в готовых изделиях. Радикальным решением проблемы явилось применение при выплавке этих сталей ЭШП.
    Другой аналогичный пример – производство подшипниковой стали для специальных приборных подшипников, применяемых при изготовлении гироскопов. Выплавка и разливка на воздухе не обеспечивали требуемого уровня чистоты металла от неметаллических включений, подшипники изготовляли путем так называемого спецотбора – трудоемкого 100 %-го контроля партий металла обычной выплавки, при этом «выход годного« составлял лишь несколько процентов, а надежность аппаратуры была невысокой. И в этом случае коренное улучшение качества наступило после освоения ВДП подшипниковой стали.
    В последующие десятилетия развитие новой металлургической подотрасли сопровождалось расширением марочного сортамента стали и сплавов, увеличением размеров и массы слитков и готовых изделий. Благодаря выплавке и переплаву в вакуумных печах стало возможным появление новых поколений высоколегированных жаропрочных сплавов; сплавы, которые ранее можно было применять только в литом состоянии, удалось перевести в разряд деформируемых. Повышение чистоты сплавов в результате выплавки в вакууме в отдельных случаях просто вынуждало менять их химический состав, повышать содержание упрочняющих элементов. Примером такого рода явился широко распространенный сплав марки ЭИ437Б. Уровень легирования этого сплава, выплавлявшегося в открытых дуговых электропечах, был предельным и ограничивался снижением технологической пластичности. При выплавке в вакуумной индукционной печи не только улучшилась пластичность сплава, но и заметно снизилась его жаропрочность. Пришлось компенсировать «неблагоприятное« влияние вакуума повышением суммы массовых долей алюминия и титана в сплаве. На смену марке ЭИ437Б появился сплав ЭИ437БУ с более высокими свойствами.
    На предприятиях качественной металлургии СССР в течение 20-25 лет было построено более десятка цехов с электрошлаковыми, вакуумными индукционными и дуговыми печами. До конца 80-х г.г. эти цехи производили значительное количество стали и сплавов самого разного назначения.

Преимущества способов выплавки и переплава металла в вакуумных и электрошлаковых печах


    Специальные способы производства стали и сплавов требуют существенных дополнительных затрат по сравнению с высокопроизводительными обычными методами выплавки. Эти затраты можно считать оправданными, если в результате удается получить металл с улучшенными потребительскими свойствами или новый материал, который не удается вообще получить традиционными методами.
    Основные преимущества выплавки металла в вакуумных индукционных печах:
          - получение стали и сплавов с низким содержанием газов, летучих примесей, неметаллических включений;
         - точное соблюдение заданного химического состава, в том числе, при высоком содержании активных компонентов, таких как алюминий, титан, ниобий, и за счет этого – стабильность свойств металла от плавки к плавке;
         - точное микролегирование сплавов РЗМ и ЩЗМ, обеспечивающее высокую технологическую пластичность металла.
    В результате вакуумного дугового переплава удается дополнительно очистить металл от газов и неметаллических включений, получать слитки и готовые изделия с однородной, плотной структурой, без каких-либо макродефектов.
    Плотные, однородные слитки формируются и при электрошлаковом переплаве. Благодаря взаимодействию с активным шлаком металл глубоко очищается от серы, что способствует улучшению технологических и служебных свойств стали и сплавов.
    Накопленный опыт позволил определить области наиболее рационального использования каждого из методов специальной электрометаллургии (таблица 1). При изготовлении металлопродукции указанного в таблице сортамента для ответственного применения (авиационная и космическая техника, атомная энергетика, судостроение и т.п.) методам ВИП, ВДП и ЭШП не существует альтернативы. Следует отметить, что как у нас, так и, в особенности, за рубежом, достаточно широко используется технология, основанная на сочетании двух, и даже трех, специальных методов выплавки и переплава: ВИП+ВДП, ЭШП+ВДП, ВИП+ЭШП+ВДП. В совместной работе НИИМ, ОАО «Мечел« и ВИАМ было успешно опробовано производство жаропрочных сплавов методом тройной вакуумной плавки ВИП+2ВДП. При такой технологии не просто механически складываются преимущества каждого из методов: дополнительный переплав (электрошлаковый, либо вакуумный дуговой) позволяет получить физически однородный, плотный расходуемый электрод и обеспечить тем самым стабильность дугового разряда при последующем заключительном вакуумном дуговом переплаве. В конечном счете комбинированная технология обеспечивает уменьшение расхода легирующих материалов, и, что весьма существенно,- исключает образование в слитках ВДП дефектов экзогенного происхождения.
Таблица 1.
Области рационального применения основных методов специальной электрометаллургии

Наименование метода Основные группы марок стали, сплавов, их назначение Преимущества метода
ВИП 1. Жаропрочные сплавы, особо чистые коррозионностойкие, мартенситно-стареющие стали в виде расходуемых электродов для ВДП (для последующего изготовления проката, поковок, труб)
2. То же – слитки для прокатки на лист
3. Прецизионные сплавы с особыми свойствами
1. Защита расплава от окисления высокоактивных компонентов, стабильность химического состава от плавки к плавке.
2. Низкое содержание газов и неметаллических включений
3. Стабильность технологических и служебных свойств стали и сплавов
ВДП 1. Подшипниковые стали
2. Жаропрочные сплавы, коррозионностойкие и мартенситностареющие стали
3. Высокопрочные конструкционные стали
1. Низкое содержание газов и неметаллических включений.
2. Высокая степень однородности структуры слитка.
3. Стабильность технологических и служебных свойств стали и сплавов.
ЭШП Коррозионностойкие, конструкционные, подшипниковые стали 1. Низкое содержание серы и неметаллических включений.
2. Высокая степень однородности структуры слитка.

Металл, выплавленный специальными методами, - только специальным отраслям?


    Как уже упоминалось, развитие новых процессов производства стали и сплавов было полностью ориентировано на потребности оборонных отраслей промышленности. Централизованное распределение фондов на металлопродукцию нередко приводило к неполной загрузке и значительным простоям оборудования, но система не допускала приема дополнительных заказов и изготовления металла сверх фондов. В 70-х г.г. на заводах «Электросталь«, «Днепроспецсталь« и Златоустовском металлургическом почти одновременно начали действовать три крупных цеха спецэлектрометаллургии. На короткое время появилась возможность поставки металла ВДП обычным «необоронным« заказчикам, в частности, - для изготовления бурового инструмента. По данным ВНИИ буровой техники эксплуатационная стойкость долот из металла ЭШП превышала стойкость рядовой стали на 15 %, а из металла ВДП – на 30 %. Это обеспечивало значительную экономию средств при глубинном бурении. Однако, по решению Минчермета поставка долотной стали, продолжавшаяся лишь несколько месяцев, была прекращена для выполнения заказов ВПК. Пикантность ситуации при этом состояла в том, что «гражданские« заказы долотных заводов перешли к металлургическому заводу «Ижсталь«, входившему в систему Миноборонпрома.
    В последние годы возможности поставки металла улучшенного качества для повышения ресурса службы и надежности, улучшения эксплуатационных характеристик изделий по существу ничем не ограничены. Однако, эти возможности пока не востребованы из-за пониженного платежеспособного спроса и моральной неподготовленности рядовых отраслей, равно как и массового потребителя, к эффективному использованию металлопродукции улучшенного качества, полученной специальными методами.

Понадобится ли специальная металлургия стране в будущем?


    Общий спад производства, наиболее ощутимый в отраслях машиностроения, тесно связанных с оборонным комплексом, привел к уменьшению в десятки раз потребности в металле, выплавлявшемся в вакуумных и электрошлаковых печах. В связи с этим многие цехи спецэлектрометаллургии остановлены, оборудование законсервировано или вообще демонтировано. Единичные заказы на металл ВИП, ВДП и даже ЭШП нередко настолько малы по объему, что не могут быть выполнены на действующем оборудовании. В сложившейся ситуации появляются самые радикальные предложения: вообще ликвидировать некоторые «лишние« способы выплавки и переплава, например, ВИП и ВДП [1].
    Попытаемся рассмотреть, насколько реальны перспективы сохранения и развития специальных способов производства стали и сплавов.
    Экономика страны в нынешнем ее состоянии, действительно, как бы «не нуждается« в продукции спецэлектрометаллургии. Однако, такая ситуация не может сохраниться надолго. Промышленный потенциал России позволяет осуществлять в широких масштабах строительство самолетов, авиационных двигателей, морских судов, турбин для современных энергоустановок и т.д. Для этого необходимы материалы, которые можно произвести только специальными методами. О возможном уровне потребления этих материалов вполне уместно судить по ситуации в промышленно развитых странах, где прошедшая в последние годы конверсия также, как и у нас, повлияла на объемы военных заказов. Их уменьшение явилось поводом для роста поставок жаропрочных сплавов в другие отрасли, прежде всего, на нужды энергетики. Так, по сообщению [2] в 1995 г. в США эта отрасль потребляла лишь 15% производимых в стране сплавов, а к 2000 году ожидается увеличение этого показателя до 50%. «Наземное« применение, как выясняется, не только не снижает требований к качеству сплавов, но даже может повышать их в связи с увеличением размеров изделий, а также ресурса их службы. Серьезным стимулом прогрессирующей замены легированных сталей высоколегированными жаропрочными сплавами в мощных турбинах для электростанций является повышение кпд энергетических установок за счет увеличения рабочей температуры.
    В развитых странах конверсия не прекратила развитие спецметаллургии. То и дело появляются сообщения о строительстве и вводе в строй новых плавильных агрегатов. Так, согласно [3], фирма Carpenter Technology Corp. приобрела агрегат вакуумно-индукционной выплавки, дегазации и разливки емкостью 20 т, а также две дуговых вакуумных печи для получения слитков диаметром до 915 мм, массой до 11,3 т.
    В нашей стране нет смысла рассчитывать на возврат прежних «безразмерных« заказов на специальные стали и сплавы. Не имея оборотных средств, машиностроительные предприятия, в том числе авиационные, судостроительные и др., стараются получить только то количество металла, которое необходимо для изготовления конкретной машины или изделия. Такой подход является нормальным и при более благополучном состоянии экономики, так что металлургическим предприятиям следует приспосабливаться к новым условиям. Здесь вакуумная металлургия должна сыграть существенную роль, которая еще требует осмысления. Особенно это относится к сортаменту открытых дуговых электропечей.

Вакуумная индукционная плавка – эффективный способ выполнения малотоннажных заказов


    В последние годы заказы на металл открытой выплавки по своему объему часто оказываются меньше минимального веса плавки, и это затрудняет или делает невозможным их выполнение. Варианты решения проблемы представлены в табл. 2.
    Отмеченные в варианте 2 недостатки открытых дуговых печей малой емкости обусловлены повышенной окисленностью металла (более развитая поверхность контакта металла с атмосферой), пониженной тепловой инерционностью и необходимостью нагревать металл до более высокой температуры. Эти же явления в значительной степени свойственны и открытым индукционным печам. При вакуумной индукционной плавке емкость тигля существенно не сказывается ни на стабильности химического состава металла, ни на других показателях качества.
    Некоторые жаропрочные сплавы на никелевой основе традиционно производят методом ВДП с выплавкой металла для расходуемых электродов в дуговых электропечах. При изготовлении малых партий таких сплавов серьезным затруднением становится необходимость специальной подготовки дуговой печи – отмывки футеровки от железа путем проведения плавки или даже двух-трех плавок никеля. Такая операция имеет смысл лишь при выплавке серии плавок жаропрочного сплава, так как затраты на отмывку распределяются при этом на стоимость всей кампании и не оказываются чрезмерными.
    Однако, при существующем уровне потребления металла серийное производство дорогостоящих высоколегированных сплавов - явление крайне редкое. Поэтому для выполнения малотоннажных заказов на такие сплавы целесообразно применять взамен комбинации «ОДП (открытая дуговая электропечь) + ВДП« другие методы выплавки.
Таблица 2
Преимущества и недостатки различных вариантов выполнения малотоннажных заказов на высоколегированную сталь

№ п/п Наименование варианта Технико-экономические преимущества Недостатки Вывод
1. Выплавка стали «в запас« под будущие заказы с постепенным расходованием слитков Быстрое выполнение малотоннажных заказов «Замораживание« значительных оборотных средств Ограниченноеприменение возможно лишь при устойчивом спросе на данную марку стали
2. Частичная замена крупных агрегатов печами малой емкости (0,5…2 т) Выплавка малых партий металла «под заказ« 1. Ухудшение качества металла (нестабильность химсостава от плавки к плавке, повышенное содержание газов и включений).
2. Повышенный расходлегирующих материалов
3. Необходимость в дополнительных капитальных вложениях
Применение нецелесообразно
3. Выплавка стали и сплавов в малотоннажных вакуумных индукционных печах 1. Выплавка малых партий металла «под заказ«
2. Пониженный расход материалов
3. Улучшение качества (стабильность состава, низкое содержание газов и включений)
Небольшое увеличение цены металлопродукции Оптимальное решение
    В зависимости от уровня требований к качеству и объема заказа сплавы можно выплавлять в открытых или вакуумных индукционных печах, отливать расходуемые электроды и затем подвергать их вакуумному дуговому переплаву, или же выплавлять металл в вакуумной индукционной печи, отливать слитки и ковать из них готовую продукцию.

Что посоветовать акционерам – владельцам цехов спецэлектрометаллургии?


    Отдача от почти бездействующих цехов спецэлектрометаллургии сегодня невелика. Совет сохранить эти цехи во имя будущего страны, в интересах металлургии и других отраслей промышленности в существующих условиях не может быть принят всерьез. Однако, тем, в чьих руках оказались вакуумные плавильные печи, имеет смысл учесть основную тенденцию современного производства – увеличение доли мелких заказов - и всячески использовать малотоннажные вакуумные печи для выполнения таких заказов. Это, в сочетании с гибкой ценовой политикой, учитывающей объем и сложность заказа, размеры поставляемых профилей, позволит свести к минимуму потери, связанные с относительно большими расходами по переделу. В конечном счете, благодаря такому подходу, окажется возможным сохранить в рабочем состоянии сложное дорогостоящее оборудование, высококвалифицированные кадры, не утратить, а наоборот, приумножить связи с потребителями металлопродукции. По мере оживления рынка высококачественного металла рачительные акционеры, сохранившие на этом рынке свои позиции, получат бесспорное преимущество и смогут на многие годы обойти потенциальных конкурентов. На наш взгляд, в ближайшее время - это одно из наиболее перспективных направлений «инвестирования« средств в промышленное производство.

Выводы


     1. Сокращение оборонных заказов не уменьшает в такой же степени перспективную потребность промышленности страны в высоколегированном металле, выплавляемом методами ВИП, ВДП и ЭШП.
     2. Имеющееся на заводах качественной металлургии России оборудование для выплавки и переплава металла специальными методами и накопленный технологический опыт позволяют производить весь спектр сплавов и сталей, необходимых современной промышленности.
     3. Каждый из методов выплавки и переплава имеет свою область наиболее эффективного применения (марочный сортамент, вид продукции, назначение).
     4. В условиях переживаемого кризиса одним из рациональных способов сохранения оборудования и квалифицированных кадров является максимально возможное использование вакуумных индукционных печей для выплавки и изготовления малотоннажных партий проката и поковок.

Библиографический список


     1. Лякишев Н.П./ Некоторые проблемы современного сталеплавильного процесса// Сталь.- 1996.- №9.- С.1-6
     2. Gill Tom/Electricity powers superalloy demand // Metal Bull. Monthly .-1995, Oct.-Р. 56, 57, 59
     3. Vacuum furnace boost for high-temperature aero alloys// Metallurgia.-1997.- 64, №7.- Р.205, 207-208.


Перепечатка или иное использование материалов сайта допускается только с разрешения автора. Ссылка на источник обязательна.