Специальные высокохромистые литые поковки в среднечастотных электропечах

Когда говорят о высокохромистых литых поковках, многие сразу представляют себе что-то вроде готовых шаров для мельниц, но редко кто вдаётся в детали процесса — а именно, какую роль играет именно плавка в среднечастотных электропечах. У нас в ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? через это прошли, и я скажу: если не вывести режим плавки под конкретную марку хромистой стали, вся износостойкость, на которую мы делаем ставку в шариках и футеровках, просто уйдёт в брак. Частая ошибка — считать, что достаточно ?загрузить лом с хромом и включить печь?. На деле, в среднечастотной печи распределение температуры по объёму металла — это отдельная история, и если не контролировать зоны перегрева, ликвация хрома может достигать 3-4%, а это уже прямой риск трещин при дальнейшей ковке или эксплуатации.

Почему именно среднечастотная печь, а не дуговая?

На нашем сайте https://www.nglsjc.ru мы указываем, что производим износостойкие поковки для энергетики, но редко расписываем, почему выбрали такой метод плавки. Объясню на пальцах: для высокохромистых сталей типа 110Г13Л или 110Г13Х2БРЛ важно минимизировать окисление хрома. В дуговой печи, особенно при длительной выдержке, потери хрома в шлаке могут быть значительными — до 1,5-2%, что для спецпоковок критично. Среднечастотная индукционная печь, особенно с подогревом шихты, позволяет сократить время плавки и точнее выдерживать температурный ?корридор? — скажем, в диапазоне °C для этой марки. Но и тут есть нюанс: если шихта содержит крупные куски лома, в индукторе возникают ?мёртвые зоны?, где металл прогревается неравномерно. Приходится дробить лом до 100-150 мм, иначе в поковке потом вылезают раковины.

Помню, в 2019 году мы получили заказ на партию поковок для футеровок размольных барабанов ТЭС. Решили сэкономить на шихте — загрузили некалиброванный лом с содержанием хрома около 15%. Вроде бы всё расплавили, химический анализ показал норму, но при ковке на гидравлическом прессе в заготовках пошли внутренние разрывы. Разобрались — в ?мёртвых зонах? печи образовались локальные перегревы, структура стала неоднородной, хром сконцентрировался в карбидные сетки. Пришлось всю партию пустить на переплавку, но уже с контролем гранулометрии шихты и добавкой феррохрома мелкой фракции прямо в процессе. С тех пор в ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? для ответственных поковок используем только подготовленную шихту, а в печь закладываем датчики контроля температуры в трёх точках ванны — не по ГОСТу, конечно, но для себя.

Ещё один момент — шлаковый режим. В среднечастотной печи шлак греется в основном от металла, поэтому его текучесть ниже. Если не подбирать флюс (чаще используем плавленую известь с фтористым кальцием), то шлак плохо удаляет серу и фосфор, а для энергетических поковок это важно — ударные нагрузки в мельницах бывают значительные. Мы эмпирически вывели соотношение: на 10 тонн металла — 120-150 кг флюса, с обязательной продувкой аргоном через погружную фурму в конце плавки. Без этого содержание серы редко опускается ниже 0,025%, а нужно хотя бы 0,018%.

Технологические ?мелочи?, которые решают всё

Говорят, что литые поковки — это просто отливка под пресс. На деле, если речь о высокохромистых сталях, то литьё в изложницы или на установки непрерывного литья заготовок (УНЛЗ) — это только полдела. Важно, как ведёт себя металл при кристаллизации в форме. В среднечастотной печи мы можем точно дозировать перегрев — обычно на 80-120°C выше температуры ликвидуса. Если перегрев меньше, в отливке появляются газовые раковины; если больше — растёт зерно, и потом при ковке не добиться мелкозернистой структуры. Для поковок типа шаров диаметром 60-100 мм мы используем перегрев около 100°C, а для массивных футеровок — не более 80°C, иначе в массивных сечениях возникают горячие трещины.

Контроль химии — отдельная тема. В процессе плавки в среднечастотной педи мы берём пробы не менее трёх раз: после расплавления шихты, после доводки по хрому и перед выпуском. Особое внимание — к содержанию углерода и хрома. Соотношение Cr/C должно быть в районе 8-10 для обеспечения износостойкости без излишней хрупкости. Бывает, что из-за неоднородности лома в первой пробе хром показывает 16%, а после перемешивания — уже 14,5%. Тогда приходится вводить феррохром, но делать это нужно порционно, иначе температура ванны ?проваливается?, и металл начинает загустевать у стенок индуктора.

Из практики: для поковок под шары мелющие мы используем сталь с содержанием хрома 14-16%, углерода 1,1-1,3%, плюс добавка бора около 0,003% для повышения прокаливаемости. Бор вводим в виде ферробора в конце плавки, и сразу после этого проводим аргонирование — иначе он выгорает. Если пропустить этот этап, твёрдость шаров после термообработки может ?прыгать? на 5-7 HRC, а это прямой брак для наших клиентов в энергетике.

От плавки к поковке: где теряется качество

Литые заготовки из высокохромистой стали часто имеют столбчатую структуру кристаллизации, особенно в массивных сечениях. Если их сразу отправлять на ковку, в осевых зонах могут пойти разрывы. Мы в ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? после выбивки изложниц обязательно проводим гомогенизирующий отжиг — выдерживаем при 1150°C в течение 4-6 часов в зависимости от сечения. Это позволяет выровнять распределение хрома и уменьшить ликвацию. Без этого даже при правильной плавке в поковке возникают внутренние напряжения, которые проявляются уже на объекте — например, футеровка барабана мельницы даёт трещину через 2000 часов работы вместо заявленных 8000.

Сама ковка тоже имеет особенности. Высокохромистые стали имеют узкий интервал ковочных температур — примерно °C. Ниже 1050°C резко растёт сопротивление деформации, выше 1150°C начинается пережог. Мы используем гидравлические прессы с плавным нагружением, потому что удары молота могут вызвать раскрытие внутренних дефектов. Особенно это критично для поковок сложной формы, например, для элементов футеровок с рёбрами жёсткости. Тут важно вести ковку в несколько переходов, с промежуточными подогревами, но без перегрева — иначе зерно растёт.

Один из наших провалов был связан как раз с ковкой. Сделали партию поковок для крепления бил мельниц-вентиляторов на ТЭЦ. Металл из печи вышел отличный, химия в норме, но при ковке решили ускорить процесс — уменьшили число переходов с пяти до трёх. В результате в зонах резкого изменения сечения пошли трещины, которые не выявили даже при УЗК — они раскрылись только после термообработки. Пришлось признавать брак и менять технологическую карту. Сейчас для таких ответственных деталей мы ковку ведём строго по чертежу с указанием направлений осадки, и каждый переход фиксируем в журнале.

Термообработка: без неё высокохромистая сталь — просто кусок металла

После ковки структура стали всё ещё далека от оптимальной. Для достижения высокой износостойкости нужна закалка с высоким отпуском. Но и тут есть тонкости. Если закаливать с температуры выше 1000°C, в структуре остаётся много остаточного аустенита, который со временем превращается в мартенсит, и поковка меняет размеры — для точных футеровок это недопустимо. Мы проводим закалку с 950-980°C в масле, а потом отпуск при 250-300°C. Это даёт твёрдость в районе 55-58 HRC для шаров и 48-52 HRC для футеровок — хороший баланс износостойкости и вязкости.

Проблема, с которой сталкиваются многие — обезуглероживание поверхности при нагреве под закалку. В среднечастотной печи мы этим не страдали, так как нагрев идёт быстро, но в камерных печах при длительной выдержке теряется до 0,5-0,8 мм по углероду. Поэтому для ответственных поковок мы использует печи с защитной атмосферой на основе азота, хотя это и удорожает процесс. Но для энергетиков, которые заказывают у нас комплектующие, надёжность важнее — лучше заложить эти затраты в цену, чем потом разбираться с аварией на мельнице из-за выкрошившейся футеровки.

Контроль после термообработки — не только твёрдость. Мы обязательно делаем микрошлифы с травлением, смотрим на распределение карбидов хрома. Если карбиды выстроились в цепочки по границам зёрен — это признак перегрева при ковке или закалке, и такая поковка долго не проработает. Для себя мы установили критерий: карбиды должны быть дисперсными, равномерно распределёнными в матрице. Достичь этого можно только при строгом соблюдении всего цикла — от плавки в среднечастотной электропечи до финального отпуска.

Что в итоге: стоит ли игра свеч?

Производство специальных высокохромистых литых поковок в среднечастотных электропечах — процесс дорогой и капризный. Но для таких изделий, как мелющие шары или футеровки для размольного оборудования ТЭС, альтернатив практически нет. Низколегированные стали не дают нужной износостойкости, а просто литые детали без последующей ковки не выдерживают ударных нагрузок. Наша компания ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? на сайте https://www.nglsjc.ru позиционирует себя как производитель именно для энергетической отрасли, и мы понимаем, что здесь мелочей нет — каждая плавка, каждая поковка должна быть предсказуемой.

Сейчас мы отработали технологию до такой степени, что брак по внутренним дефектам не превышает 1,5%, а по механическим свойствам — 0,7%. Добились этого не сразу: были и переплавки, и испорченные заготовки, и недовольные клиенты. Но именно этот опыт, накопленный за годы работы с среднечастотными печами, позволяет нам говорить, что мы контролируем процесс от шихты до готовой поковки. Ключевое — не гнаться за скоростью, а выдерживать температурно-временные параметры на каждом этапе, и постоянно контролировать металл, даже если все пробы формально ?входят в ГОСТ?.

Для тех, кто только начинает работать с высокохромистыми сталями в индукционных печах, советую вести подробный журнал плавок — фиксировать всё: размер шихты, моменты ввода ферросплавов, температуру в разных точках ванны, время выдержки. Потом эти данные помогут вывести свои, ?живые? режимы, которые часто отличаются от учебников. И ещё — не экономьте на подготовке шихты и флюсах. Сэкономленные на этом рубли потом оборачиваются тысячами убытков от брака. В производстве износостойких поковок, как и в энергетике, надёжность закладывается на самом первом этапе — у электропечи, где рождается высокохромистый металл.