Современное производство коррозионностойкой стали и жаропрочных сплавов особо ответственного назначения (например, для авиакосмической промышленности, атомной энергетики, микроэлектроники) обычно основывается на применении выплавки в вакуумных индукционных печах с последующим вакуумным дуговым переплавом. Такое сочетание обеспечивает минимальную загрязненность металла примесями газов, цветных металлов, неметаллическими включениями. Вакуумный дуговой переплав гарантирует получение слитка с однородной плотной структурой, без каких-либо дефектов ликвационного происхождения. Тем не менее, технология ВИП+ВДП имеет ряд уязвимых мест, устранение которых позволит улучшить качество металла и сделать более эффективным его производство в целом:
расходуемый электрод, отливаемый в вакуумной индукционной печи, физически неоднороден, его осевая зона поражена по всей высоте усадочными пустотами, вскрытие которых при вакуумном дуговом переплаве приводит к нарушению стабильности процесса, изменению тепловых условий в зоне плавления, нередко вызывающему появление в слитке дефектов экзогенного происхождения – так называемой «короны» и «белых пятен»;
на стадии подготовки расходуемого электрода к переплаву значительная часть металла переходит в обрезь и стружку, что приводит к дополнительному увеличению себестоимости продукции.
Целью настоящей работы явилось создание альтернативной технологии, позволяющей исключить указанные выше недостатки, а также добиться высокой чистоты металла по вредным примесям и неметаллическим включениям. Разработанная совместно с ОАО «Мечел» новая технология включает в себя:
проведение глубокого рафинирования металла при ВИП; фильтрацию металла от шлаковых включений при отливке в вакуумной индукционной печи расходуемых электродов;
применение двойного вакуумного дугового переплава расходуемых электродов.
При осуществлении этой технологии используются уникальные возможности оборудования ОАО «Мечел». Крупнотоннажные вакуумные индукционные печи с тиглями вместимостью 6 и 12 т позволяют отливать расходуемые электроды необходимой массы и длины, а установки ВДП снабжены системой автоматического управления, которая обеспечивает проведение второго переплава при относительно малом зазоре между электродом и кристаллизатором без нарушений стабильности процесса. Отсутствует ионизация, не наблюдается каких-либо отклонений в поведении короны, шлака на поверхности ванны и т.п.
С применением новой технологии выплавлены большие партии особо чистой коррозионностойкой стали типа 316L для электрополированных труб, а также дисковых высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе. На промышленной партии из 84 слитков коррозионностойкой стали марки 02Х17Н14М2 химический состав всего металла соответствовал требованиям ТУ, при этом содержание примесей на большинстве плавок составило: серы < 0,004%; кислорода < 0,003%; азота < 0,009%. Все виды макронеоднородности оценены нулевым баллом, неметаллические включения — баллом <0,5. При испытании по методу АМ ГОСТ 6032-89 на закаленных образцах металл не обнаружил склонности к межкристаллитной коррозии.
Заключение. Разработана и освоена новая технология производства особо чистой стали и сплавов на основе выплавки в вакуумных индукционных печах и последующего двойного вакуумного дугового переплава. Двойной ВДП наряду с высокой степенью чистоты металла от примесей гарантирует отсутствие в нем включений экзогенного происхождения. Улучшение использования легирующих материалов компенсирует затраты на дополнительный переплав. Технология рекомендуется к широкому применению при производстве стали и сплавов ответственного назначения.