СПОСОБ ВАКУУМНОГО ДУГОВОГО ПЕРЕПЛАВА СЛИТКОВ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ МАРГАНЦЕМ
METHOD FOR VACUUM ARC REMELTING OF INGOTS FROM MANGANESE-ALLOYED TITANIUM ALLOYS

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов.
Титановые сплавы, легированные марганцем, (в частности таких марок, как От4, От4-1 и др.) используются в качестве свариваемых сплавов высокой технологичности при холодной или горячей обработке и применяются в машиностроении как конструкционный и обшивочный материал. Однако получение слитков из этих сплавов посредством вакуумного дугового переплава затруднено из-за интенсивного испарения марганца, имеющего высокую упругость пара при температуре плавления титана. Это может привести к значительным потерям марганца в составе сплава и, следовательно, к несоответствиям химического состава материала требованиям нормативной документации. Во избежание указанных несоответствий получение слитков требуемого качества из титановых сплавов, легированных марганцем, предпочтительно осуществлять в атмосфере инертных газов, в частности аргона. Однако при этом возникают дополнительные проблемы, связанные с низкой воспроизводимостью процесса, а также пониженным качеством проплава боковой поверхности слитка. Поэтому весьма актуальной становится проблема получения качественного слитка, для решения которой требуется совершенствование технологических параметров переплава в вакуумных дуговых печах.
Известен способ выплавки слитков, включающий вакуумирование печи, зажигание дуги в вакууме, подачу в печь аргона до рабочего давления и ведение процесса плавления при этом давлении, окончание процесса плавления, выведение усадочной раковины, при этом после зажигания дуги в вакууме в течение 10-15 мин формируют устойчивый диффузный режим горения дуги, корректируют длину дугового зазора до минимального, при котором поддерживается устойчивый дуговой разряд, наполняют печь аргоном до рабочего давления со скоростью 2-4 мм рт.ст./мин, а на окончательном этапе плавления перед переходом на режим выведения усадочной раковины для исключения возникновения аномального разряда снижают давление аргона в печи до 2,5-5,0 мм рт.ст. и ведут режим выведения усадочной раковины при этом давлении (Патент РФ №2304176, публ. 10.08.2007).
Недостатком этого способа является недостаточная стабильность процесса плавления на основном режиме и режиме выведения усадочной раковины, а также низкое качество проплава боковой и литниковой поверхностей слитка.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка режимов вакуумного дугового переплава, позволяющих улучшить качество выплавляемых слитков при обеспечении стабильности и безопасности процесса плавления.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение выхода годного металла за счет улучшения проплава боковой и литниковой поверхностей слитка.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе вакуумного дугового переплава слитков из титановых сплавов, легированных марганцем, включающем вакууумирование печи, зажигание дуги в вакууме, подачу в камеру печи рабочей газовой среды до рабочего давления и ведение основного процесса переплава при этом давлении, окончание процесса переплава - режим выведения усадочной раковины (далее - режим ВУР), согласно изобретению в качестве рабочей газовой среды используют смесь инертных газов, содержащую 15-85% гелия, остальное - аргон, при этом подачу рабочей газовой смеси в камеру печи осуществляют до величины давления 2-7 кПа. Режим ВУР осуществляют при величине рабочего давления 0,2-5 кПа.
Способ реализуется следующим образом.
Расходуемый электрод загружают в кристаллизатор вакуумной дуговой печи. После загрузки и центровки электрода осуществляют его присоединение к электрододержателю. Печь вакуумируют, включают источник питания. Задают величину силы тока и дугового зазора для начального периода плавки. После наведения жидкой ванны металла на поддоне подают в камеру печи смесь рабочего газа до заданной величины давления. Подачу рабочей газовой смеси, содержащей от 15 до 85% гелия, остальное - аргон, осуществляют в камеру печи до величины давления 2-7 кПа, что в совокупности позволяет стабилизировать процесс плавления за счет ограничения раскачивания расплава, обеспечения равномерности температуры поверхности ванны жидкого металла в центре и на периферии, а также улучшить видимость процесса переплава за счет снижения газовыделения.
Далее осуществляют повышение силы тока до рабочей величины и переходят в рабочий режим плавки. После окончания основного периода плавки снижают давление смеси рабочего газа до величины 0,2-5 кПа и переходят на режим ВУР. Указанный интервал давления обусловлен возможностью стабилизации температуры ванны жидкого металла, а также необходимостью исключения падения массовой скорости плавления до критически-низких величин.
После окончания переплава осуществляют охлаждение слитка и выгрузку его из печи.
Промышленную применимость изобретения подтверждает пример конкретного его выполнения.
В промышленных условиях проводили переплав электрода диаметром 570 мм из титанового сплава марки ОТ4 для получения слитка диаметром 640 мм под дальнейшую деформационную обработку. Сплав ОТ4 легирован марганцем до 2%, масс. Электрод загружали в вакуумную дуговую электропечь печь модели ВД650. Печь вакуумировали до давления 1,3-5,3 Па, зажигали дугу при напряжении 30 В и токе 8 кА. После прогрева нижнего торца электрода осуществляли подачу смеси рабочего газа до рабочих режимов. Далее поднимали силу тока и напряжение дуги до установленных параметров и вели основной период переплава с возможностью визуального наблюдения. На режиме ВУР осуществляли откачку смеси рабочих газов до величины давления 0,4 кПа. После окончания режима ВУР и процесса охлаждения полученный слиток выгрузили из печи. Химический состав слитка соответствовал нормативно-технической документации. Боковая поверхность слитка отличалась высоким качеством и не требовала дополнительной обработки. Качество литниковой части слитка соответствовало всем установленным требованиям. Слиток был подвергнут кузнечной обработке, несоответствий при последующей ковке слитка не обнаружено. Выход годного металла при изготовлении продукции из полученного слитка, по сравнению с прототипом, увеличился на 1,5%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет стабилизировать процесс переплава в основном режиме плавки и режиме ВУР, повышает выход годного металла за счет улучшения проплава боковой и литниковой поверхностей слитков. Кроме того, предлагаемый способ, в сочетании с реализацией режимов в автоматической режиме, обладает высокой воспроизводимостью результатов.