Преимущества металла электрошлакового переплава

Надежность современных металлоконструкций, машин и механизмов во многом определяется свойствами применяемых материалов, основными из которых являются стали и сплавы, производимые преимущественно методами пирометаллургии, что предполагает затвердевание расплава для получения полуфабриката или готового изделия. При затвердевании многокомпонентных сплавов (в т.ч. сталей) происходит неизбежное ливкационное перераспределение компонентов по высоте и сечению слитка, что ухудшает его качество пропорционально увеличению сечения и объема затвердевающего металла. Сечение непрерывно литой заготовки обычно меньше, чем слитка, однако, высокая скорость процесса ее вытягивания (обусловленная ограничениями разливаемости металла при применении не подогреваемого промковша) ведет к ограничению обновления и подпитки прилегающего к фронту затвердевания объема металла, что провоцирует появление ликвационных и усадочных дефектов. Электрошлаковый переплав резко снижает степень их развития.

Суть электрошлакового процесса состоит в переплаве металлического расходуемого электрода за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока через шлаковую ванну. В результате выделения тепла в месте контакта шлака и электрода, торец последнего оплавляется, на нем формируются капельки, которые под действием сил гравитации падают, проходят сквозь слой шлака и формируют металлическую ванну. Процесс ведут в водоохлаждаемом медном кристаллизаторе, где из металлической ванны формируется слиток, а она сама постоянно обновляется за счет поступления металла с электрода.

Благодаря постепенной и медленной (в сравнении с другими процессами разливки) подаче металла в кристаллизатор, слиток ЭШП формируется в условиях высокого градиента температур и постоянного обновления затвердевающего расплава, что создает предпосылки для роста плотной дендритной структуры. Высокая химическая макрооднородность металла ЭШП обусловлена в первую очередь его дендритной структурой. Кроме того, проходя через слой шлака, металл очищается от серы и неметаллических включений.

Благодаря этому, металл электрошлакового переплава, имеет существенные преимущества в обеспечении основных показателей качества благодаря возможности управления затвердеванием, вплоть до организации однонаправленной кристаллизации в наиболее совершенных современных процессах ЭШП (ЭШП ДС, ЭШП ЖМ). Скорость формирования слитка в процессе ЭШП определяется скоростью затвердевания данного сечения слитка и скоростью плавления электрода (или подачи жидкого металла) в результате чего происходит эффективная подпитка усадки и слиток лишен усадочной пористости. Высокая плотность металла ЭШП в сочетании с макро- и микрочистотой, однородностью химического состава, а также специфической структурой дендритного роста обеспечивают высокий уровень его механических свойств, отличительной особенностью которого является уникальное сочетание высокой прочности и пластичности. Благодаря плотной дендритная структуре металл ЭШП демонстрирует уникальный комплекс механических и служебных (высокая износостойкость, повышенная теплостойкость и др.) свойств.

В последнее время решающим аргументом в пользу применения электрошлакового переплава в машиностроении стал значительно более высокий выход годного. Для крупных слитков дорогостоящих легированных сталей (начиная с массы слитка 50 т) ЭШП более выгоден за счет минимальной головной и донной обрези, высокого качества поверхности.

Резюмируя вышеизложенное можно утверждать, что ПРОЦЕСС ЭШП обеспечивает:

  • высокую скорость затвердевания в водоохлаждаемом кристаллизаторе.
  • постоянное обновление жидкометаллической ванны.
  • последовательное медленное формирование плотного слитка, в котором:
  • отсутствуют усадочные дефекты.
  • дендритная структура однородна по сечению и высоте слитка.
  • обеспечена высокая пластичность и прочность металла одновременно.
  • значительно более высокий выход годного металла в сравнении со слитком разлитым в изложницу.