Обычные высокохромистые литые поковки в среднечастотных электропечах

Когда говорят про высокохромистые литые поковки для износостойких элементов, многие сразу представляют себе большие дуговые печи и сложный внепечной передел. Но в реальности, особенно для серийных партий обычных деталей вроде шаров, футеровок или крепежа, часто выгоднее и практичнее работать на среднечастотных электропечах. Правда, тут есть нюансы, о которых редко пишут в учебниках.

Почему именно среднечастотная печь для обычных высокохромистых поковок?

В нашей практике на ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? мы долго экспериментировали с разными способами плавки для производства стальных шаров и поковок для энергетики. Перешли на среднечастотные индукционные печи не просто так. Для стандартных составов, скажем, с 15-20% хрома, без особых требований к сверхнизкому содержанию газов, они дают вполне стабильный результат. Главное — скорость и управляемость процесса. В дуговой печи, если плавишь небольшую партию в 2-3 тонны, сложнее точно выдержать температурный режим, особенно по ходу рафинирования. А в индукционной — всё на виду, металл перемешивается хорошо, можно быстро скорректировать химию.

Но тут и кроется первый подвох. Многие думают, что раз печь среднечастотная, то и металл будет ?чище?. На самом деле, если не следить за шихтой, особенно за количеством легкоплавкого или окисленного лома, можно легко получить повышенное содержание неметаллических включений. Мы на своем сайте nglsjc.ru всегда подчеркиваем, что стабильность свойств наших поковок начинается именно с контроля шихты. Недостаточно просто загрузить лом и чушковый феррохром — нужно учитывать, как поведет себя смесь при индукционном нагреве.

Еще один момент — тепловой режим. В среднечастотной печи нагрев идет интенсивно, но локально. Если перегреть металл выше 1650°C, даже на короткое время, хром начинает активно окисляться, особенно если шлаковый покров не достаточно активен. Приходится постоянно балансировать между скоростью плавки и сохранением легирующих. Для обычных, не ответственных деталей, иногда допускается небольшой пережог, но для тех же шаров мелющих, где важна однородность твердости, это критично.

Особенности литья и последующей ковки высокохромистых сплавов

После плавки идет разливка. Здесь многие гонятся за высокой текучестью, чтобы уменьшить брак по недоливам. Но с высокохромистыми сталями это палка о двух концах. Повышаешь температуру разливки — растет зерно, появляется склонность к образованию грубых карбидов по границам. Мы для своих поковок, особенно для футеровок, которые работают на абразивный износ, стараемся лить с минимально допустимым перегревом. Да, иногда приходится чистить литники, бывает, что в углах формы образуются спаи, но зато структура после ковки получается более мелкозернистой и равномерной.

Сама ковка — отдельная история. Высокохромистый литой металл довольно хрупкий в состоянии как литья. Его нельзя сразу бить с полной силой. Нужен постепенный, осторожный прогрев и первые обжатия с небольшими деформациями. Мы на производстве выработали свой режим: медленный нагрев до 900°C, выдержка, затем постепенный довод до температуры ковки около 1150°C. Если поторопиться, в заготовке пойдут трещины, причем не всегда поверхностные, которые можно зачистить, а внутренние, которые вскроются только при механической обработке. Несколько лет назад из-за спешки потеряли целую партию заготовок для крепежа — дорогой урок.

Именно после ковки раскрывается преимущество индукционной плавки для обычных поковок. Если плавка была относительно чистой и без пережога, то деформация хорошо дробит литую структуру, карбиды распределяются более-менее равномерно. Но если в металле было много крупных включений, они в процессе ковки вытягиваются в полосы, создавая опасные концентраторы напряжений. Поэтому контроль качества на этапе слитка или ЧШГ — это не формальность, а необходимость.

Типичные проблемы и как мы с ними боремся

Одна из самых частых проблем при таком цикле — нестабильность твердости от партии к партии. Кажется, и химия в пределах допуска, и режимы ковки одинаковые, а твердость ?гуляет? на 10-15 HB. Долго искали причину. Оказалось, дело в скорости охлаждения после ковки. Для обычных высокохромистых поковок мы не применяем закалку с охладителем, отпуск — да. Но если одну партию оставили остывать на воздухе в цеху, а другую, из-за нехватки места, поставили ближе к воротам, где сквозняк, разница в скорости охлаждения уже достаточна, чтобы повлиять на дисперсность карбидов и, как следствие, на твердость. Теперь строго контролируем этот этап.

Еще один бич — образование трещин при термообработке. Материал, особенно после индукционной плавки, может иметь остаточные напряжения. Если отпуск провести сразу после ковки, без промежуточного медленного остывания, трещины почти гарантированы. Мы сейчас всегда даем заготовкам остыть до 300-400°C, держим их, и только потом отправляем в печь на отпуск. Брак по трещинам сократился почти до нуля.

Сложности с механической обработкой. Высокохромистые стали после ковки и отпуска не самые мягкие. Инструмент изнашивается быстро. Приходится подбирать особые режимы резания, особенно для таких продуктов, как точные поковки для соединений в энергетике. Это увеличивает себестоимость, но зато клиент получает деталь, которая не разочарует его в работе.

Оправдывает ли себя такая технология для массового производства?

Если говорить о нашем опыте ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы?, то для основной номенклатуры — износостойких шаров, стандартных футеровок, поковок для ремонта оборудования в энергетике — технология на базе среднечастотных печей себя полностью оправдывает. Она дает достаточный контроль, хорошую повторяемость и, что важно, гибкость. Сегодня нужно плавить сталь под шары, завтра — под футеровку другого состава. Перестроиться можно быстро, без капитальной перекладки футеровки, как в большой дуговой печи.

Конечно, для особо ответственных деталей, где требуется сверхнизкое содержание серы, фосфора или строгий контроль по неметаллическим включениям, нужны другие методы. Но для так называемых обычных высокохромистых поковок, которые должны прежде всего стойко работать на абразивный износ и иметь стабильную твердость, наш путь — это оптимальный баланс между качеством, скоростью и стоимостью.

Информация о нашем подходе есть на нашем сайте, где мы акцентируем внимание именно на управляемости процесса для конечной стабильности продукта. Мы не делаем уникальные штучные вещи, мы делаем надежные серийные детали, и технология с индукционной плавкой — наш основной инструмент для этого.

Взгляд в будущее и итоговые соображения

Куда двигаться дальше? Мы экспериментируем с предварительным подогревом шихты, чтобы снизить тепловой удар по футеровке печи и еще больше стабилизировать процесс плавки. Пробуем разные шлакообразующие смеси для лучшего рафинирования металла прямо в индукционной печи. Задача — не радикально изменить технологию, а постепенно, шаг за шагом, убирать те самые ?узкие места?, которые дают разброс в свойствах.

Главный вывод, который можно сделать из нашей практики: производство обычных высокохромистых литых поковок в среднечастотных электропечах — это не ?технология второго сорта?. Это вполне самостоятельный, эффективный и контролируемый процесс. Он требует не столько дорогого оборудования, сколько глубокого понимания поведения металла на каждом этапе: от загрузки лома до окончательного отпуска поковки.

Поэтому, когда к нам обращаются с вопросами о производстве, мы всегда говорим: да, мы используем индукционные печи. И за этим стоит не экономия любой ценой, а выверенная годами технология, которая позволяет компании ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? поставлять на рынок предсказуемо качественные износостойкие изделия для энергетического сектора. И этот подход, со всеми его нюансами и подводными камнями, продолжает доказывать свою состоятельность изо дня в день.