Выплавка жаропрочных сталей и сплавов в вакууме

За последние 10 лет произошли большие изменения в металлургии выплавки и разливки жаропрочных и окалиностойких сталей и сплавов. Выплавка в открытых индукционных печах и открытых электродуговых печах постепенно заменяется выплавкой в вакуумных печах различного типа. Применяются следующие способы вакуумной плавки: 1) вакуумно-индукционная плавка; 2) вакуумно-дуговая плавка с расходуемым электродом; 3) дуп­лекс-процесс — выплавка в вакуумно-индукционных печах и переплав в вакуумно-дуговых; 4) электронно-лучевая плавка; 5) плазменная плавка.

Кроме того, возможен следующий вариант: выплавка сплавов в обычных электрических дуговых печах с дегазацией расплавленного металла в вакууме (ковше) и разливкой в аргоне на слитки соответствующего развеса, перерабатываемые в полуфабрикаты.

Этот же способ применим для получения электродов для последующего вакуумно-дугового переплава. На заводе фирмы Каме- 678 рон (США) электроды для вакуумно-дугового переплава изготовляют в 40-т вакуумно-индукционной печи с разливкой в вакууме, а также электродуговой 35-т печи с дегазацией металла в ковше.

Таким же образом можно получать электроды для электрошлакового переплава.

За рубежом наибольшее применение получил метод двойного вакуумного переплава: выплавка электродов в больших вакуумно­индукционных печах с последующей переплавкой их в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом.

В нашей стране при изготовлении конструкционных и нержа­веющих сталей наиболее широко используется более экономичный метод выплавки — электрошлаковый переплав.

Важнейший процесс при производстве жаропрочных и окалиностойких сплавов — изготовление электрода.

Выплавка электродов в открытых электродуговых печах, несмотря на последующий переплав в вакуумно-дуговых, не всегда обеспечивает требуемое качество, так как время для дегазации при переплаве (изготовлении сплава) очень мало и не все примеси удаляются из быстрозастывающего металла.

Большое влияние на свойства сплавов и их способность к горячей обработке давлением оказывают условия кристаллизации. Кристаллизация в быстро охлаждаемых изложницах при вакуум­но-дуговом переплаве обеспечивает образование более мелкой структуры с более равномерным распределением примесей, если технология процесса и скорости застывания соответствующим образом отрегулированы. При неправильном ведении плавки возможна грубозернистая структура, свищи, несплошности и «послойная» кристаллизация, приводящая к резкой анизотропии свойств.

1. Различные методы выплавки: открытая дуговая плавка, открытая индукционная плавка, вакуумный дуговой переплав, вакуумный индукционный переплав и электрошлаковый переплав — неоднозначно влияют на свойства жаропрочных сплавов. Это зависит от состава исходного материала и способа последующего переплава.

2. Как правило, вакуумный дуговой переплав не оказывает большого влияния на прочностные свойства сплавов, но повышает их пластичность, определяемую при кратковременных и длитель­ных испытаниях при высоких температурах. Вакуумный дуговой переплав увеличивает технологическую пластичность при темпера­турах горячей обработки сплавов давлением, что имеет большое значение для улучшения качества готовых деталей и повышения их однородности. Это особенно важно для более сложнолегиро­ванных жаропрочных труднодеформируемых сплавов (сплавы типа ЭИ929 и ЭИ867, нимоник 115, удимет 700, ЭИ219, ЭП105 и др.), так как низкая технологическая пластичность металла открытых плавок служит препятствием для их широкого использования в промышленности.

3. Вакуумный дуговой переплав улучшает качество деталей, способствуя устранению ликвационных скоплений.

4. Индукционной вакуумной плавкой получают металл высо­кого качества при условии подбора оптимального сечения слитка. Последнее необходимо для достижения соответствующей кристал­лической структуры.

5. Электрошлаковый переплав повышает технологическую пла­стичность сплавов на железной основе средней жаропрочности и легированности, а также свойства высокожаропрочных сплавов.

6. При оценке качества деталей, изготовленных из металла открытых и вакуумных плавок, необходимо учитывать вес или размер слитков, степень горячей деформации, величину зерна или степень разнозериистости и строжайше соблюдать режимы горячей обработки давлением и термической обработки. Только при соблюдении этих условий можно получить преимущества от при­менения того или иного метода выплавки сплава.

7. Установлено, что в процессе вакуумного переплава может сильно изменяться содержание легирующих элементов, примесей и рафинирующих малых добавок (кальций, церий и магний), которые оказывают сильное влияние на технологическую пластич­ность и длительную прочность. Поэтому необходимо обращать особое внимание на содержание этих элементов и их распределение.