Сравнение технологии литья заготовок под прокатку: непрерывное литьё vs слитки

19.07.2025

В производственном процессе формирования длинномерного проката ключевое значение имеет способ получения металлической заготовки. От выбора метода зависит структура металла, размер зерна, уровень внутренних напряжений, однородность распределения легирующих компонентов.

При классической схеме используется слитковое формование, при более современных линиях — непрерывное формование. Оба способа применяются в зависимости от параметров производственной линии, характеристик сплава, требований к точности и себестоимости последующей обработки.

Слитковый метод базируется на разливке жидкого металла в изложницы из чугуна или стали, при этом объемы форм составляют от 0,3 до 3,5 тонн. Чаще всего используется марганцовистая или кремнистая сталь с содержанием углерода от 0,17 до 0,25 %.

После охлаждения слиток подвергается ковке или обрезке головы и подошвы, чтобы удалить усадочную раковину и рыхлую зону. На этом этапе типичен отход около 10–12 %, особенно при прокатке конструкционной стали или пружинных сплавов.

Плотность структуры в нижней части слитка выше, чем в верхней, из-за направленного кристаллообразования. В зоне усадочной раковины часто наблюдаются пористость, включения и сегрегация легирующих элементов.

Для устранения подобных дефектов приходится использовать электрошлаковую или вакуумно-дуговую переплавку, что значительно увеличивает стоимость. Толщина корки после кристаллизации обычно составляет 35–50 мм при температуре 600–750 °C, требующей предварительного подогрева перед подачей на прокатку.

Непрерывная разливка базируется на подаче жидкого металла в водоохлаждаемую медную кристаллизующую форму. Скорость вытяжки колеблется от 1,5 до 6 м/мин в зависимости от стали и сечения.

Для низкоуглеродистых марок скорость выше, для высоколегированных и коррозионностойких — ниже, чтобы обеспечить равномерную плотность. При этом температура расплава у входа в кристаллизатор составляет 1530–1560 °C, на выходе — около 1200 °C. Полученная заготовка сразу направляется на прокатку или поступает на охлаждающий рольганг.

Глубина зоны кристаллизации при непрерывной разливке может достигать 200 мм. Это снижает вероятность образования макросегрегации и уменьшает поперечные напряжения.

Размер зерна получается более равномерным, что важно при производстве подшипниковой стали, рессорных и ответственных изделий. Типичная шероховатость поверхности (Ra) после литья — в пределах 12,5–25 мкм, чего достаточно для дальнейшей обработки без травления.

По сравнению со слитком, непрерывно отлитая заготовка требует меньше операций. Отпадает необходимость обрезки, перемещения, повторного нагрева.

Потери по металлу составляют 2–4 %, что почти в 3 раза меньше. Для стали 45 или 38ХГН применяются заготовки сечением 150×150 мм или 160×250 мм. Эти размеры легко встраиваются в прокатные линии без промежуточного формования.

Прочностные характеристики также различаются. В изделиях из непрерывных заготовок предел прочности выше на 5–12 %, пластичность — на 3–7 % благодаря равномерной текстуре и сниженной остаточной напряженности.

В слитках наблюдается центральная рыхлость, уровень которой по ГОСТ 10243 должен быть не выше 2 баллов. При превышении допускается переформовка или отбраковка.

С позиции термической обработки различие выражается в объёмах закаливаемых зон. У непрерывных заготовок термическая инерция ниже, тепло уходит быстрее.

Это влияет на режимы нормализации и отпуска. Так, для стали 30ХГСА нормализация при температуре 870–890 °C длится не более 30 минут, тогда как у заготовок из слитка требуется не менее 45 минут при аналогичных параметрах.

При производстве трубной заготовки различие между способами проявляется особенно чётко. При слитковом варианте трудно обеспечить концентричность при формовке, особенно в крупногабаритных изделиях.

У непрерывной заготовки равномерность по стенке выше, овальность — ниже 2 %. Это критично при горячем прошивании на стане ХПТ или ПТЭ. Повышение однородности структуры повышает стойкость к растрескиванию при деформации в осесимметричном направлении.

Для цветных сплавов выбор между способами делается исходя из объемов и требований к структуре. Так, алюминиевые заготовки марок 6061 и 7075 чаще получают непрерывным способом.

Это обеспечивает однородную структуру без крупных дендритов и снижает расход легирующих добавок. При этом допуски по плоскостности и перпендикулярности сохраняются в пределах 1,5 мм на метр длины, что соответствует требованиям ГОСТ 21488.

При выплавке жаропрочных сплавов на основе никеля, таких как ЭИ698 или ХН60ВТ, слитковая технология дает более предсказуемое распределение карбидов при соблюдении режимов охлаждения. Однако в случае массового производства с допустимыми допусками по структуре целесообразнее применять непрерывную схему.

Существенным параметром остаётся энергетическая эффективность. На каждый тоннаж стали в слитке уходит около 200–240 кВт·ч, включая разливку, выдержку, резку и подогрев.

Непрерывная схема снижает это значение до 110–130 кВт·ч, что особенно заметно при больших объёмах. При этом оборудование занимает меньше пространства, легко автоматизируется и интегрируется в общий поток.

Условия формирования литой структуры зависят от скорости вытяжки, интенсивности охлаждения, состава легирующих элементов. Для легированных сталей, таких как 20Х13 или 40ХН2МА, скорость твердевания должна быть ниже 2 °C/с, чтобы исключить микротрещины.

При этом необходима регулируемая подача вторичного охлаждения на рольганге, в пределах 200–600 л/ч воды на погонный метр.

При изготовлении квадратных заготовок под рельсы или балки применяется сечение 300×300 мм или 350×350 мм. В случае слитков требуется резка газом с последующей шлифовкой торцов.

При непрерывной схеме достаточно ленточной пилы с глубиной реза до 400 мм, скорость подачи — 30–45 мм/с. Это позволяет уменьшить термическое влияние и сохранить структуру на краях.

При сварке заготовок для дальнейшей прокатки также имеются различия. У непрерывной заготовки шов воспринимается равномерно по всей толщине, тогда как в слитке может проявляться разнородность термического сопротивления по сечению.

Особенно это заметно при автоматической сварке под флюсом или в среде защитного газа с током выше 450 А.

Для оптимизации производственного цикла предпочтительно заранее рассчитывать коэффициент выхода годного. У слитков он составляет 0,78–0,82, в непрерывных схемах — 0,91–0,94.

При этом коэффициент использования металла в прокатных станах выше вдвое. Поэтому при проектировании линий для сортового или фасонного профиля чаще ориентируются на непрерывную методику.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев