Выплавка слитков молибдена и его сплавов

В одной из первых работ по вакуумной электродуговой плавке молибдена [76], выполненной на слитках 50 и 75 мм, были опробованы основные условия и режимы выплавки слитков чистого молибдена, которые указаны в табл. 23. Согласно этим данным, рекомендуется проводить электродуговую вакуумную плавку молибдена на постоянном токе при прямой полярности. В этом случае обеспечивается большая стабильность дуги и плавка протекает при меньших силе тока дуги (1700—2000 А в зависимости от диаметра слитка) и скорости плавки. Последнее обеспечивает лучшую очистку молибдена от газовых и летучих металлических примесей. Возможна также плавка молибдена на постоянном токе в аргоне, но при обратной полярности и больших силах тока дуги (до 2000—2300 А). Плавка проходит удовлетворительно при отношении диаметра электрода к диаметру слитка 0,2—0,3.

В настоящее время в России и за рубежом выплавляют сравнительно крупные слитки молибдена и его сплавов — диаметром до 250—300 мм. В России основы технологии выплавки крупных промышленных слитков молибдена и его сплавов впервые были разработаны в 1960 г. и описаны в монографии [87]. В этой работе показано, что плавку молибдена и его сплавов можно вести как на постоянном, так и на переменном токе. Однако постоянный ток прямой полярности обеспечивает более устойчивую электрическую дугу и более благоприятные условия для рафинирования металла. Ниже приведены условия и оптимальные режимы выплавки слитков молибдена различного диаметра в вакуумных электроду-говых печах [87]:

Расходуемые электроды для плавки собирают из штанг, полученных сваркой встык штабиков молибдена, либо для этих целей используют слитки-электроды, полученные электроннолучевой переплавкой отходов. Размеры расходуемого электрода выбирают в зависимости от размера выплавляемого слитка, мощности печи и метода изготовления электрода. Для обеспечения нормальных условий плавки молибдена и его низколегированных сплавов отношение диаметра расходуемого электрода к диаметру слитка должно быть 0,4—0,5. Плавку ведут при остаточном давлении в плавильной камере 133— 13,3 мПа.

В процессе плавки ванна жидкого металла, как правило, перемешивается электромагнитным полем соленоида. От силы тока и числа витков в соленоиде зависит форма дуги и степень перемешивания металла. Перемешивание способствует всплыванию неметаллических примесей, активации процесса газоотделения, более равномерному распределению легирующих компонентов и измельчению зерна в слитках. Очистка молибдена от газов, неметаллических и металлических примесей происходит главным образом за счет дегазации, диссоциации соединений, испарения моноокислов металлов с высоким давлением насыщенного пара.

Эффект удаления примесей при электродуговой плавке, как уже указывалось, зависит от их содержания в исходном электроде (см. с. 141).

Удаление кислорода из молибдена при электродуговой плавке как и из вольфрама, происходит, с одной стороны, за счет испарения моноокиси молибдена в связи с более высоким давлением ее насыщенных паров, чем паров молибдена, а с другой, за счет взаимодействия кислорода с имеющимся в штабиках углеродом и образования при этом газообразной моноокиси углерода. Азот при плавке, как уже указывалось, удаляется в виде молекул. В связи с малой скоростью диффузии азота для более глубокой очистки металла трубуются более низкие скорости плавки. Водород из плавильной камеры удаляется в виде Н₂ СН₄ и паров воды. Испарение металлических примесей определяется давлением их насыщенных паров при данных условиях плавки, и наиболее активно удаляются те элементы, давление насыщенных паров которых не менее чем на порядок выше давления насыщенных паров молибдена (см. рис. 22).

При плавке молибдена и его сплавов, как и при плавке вольфрама, процесс раскисления можно интенсифицировать искусственно путем ввода в расплав активных раскислителей (см. рис. 27). К числу таких раскислителей, применяемых для раскисления молибдена, относятся: углерод, бор, титан, цирконий и р. з. м.

В работах [59, 101] по раскислению молибдена р. з. м. было показано, что небольшие добавки мишметалла, лантана, церия, неодима (десятые доли процента) существенно понижают твердость молибдена и его температуру хрупкого перехода (почти на 300^еС). Хорошим раскислителем молибдена является гексаборид лантана: молибден, раскисленный при электродуговой плавке гексаборидом лантана, после предварительной ковки и прокатки при 700° С раскатывается при комнатной температуре в ленту и фольгу [7].

Однако в связи с высоким давлением насыщенных паров р. з. м. электродуговая плавка молибдена на постоянном токе крайне затруднена сильной ионизацией и перераспределением мощности на электроде. В этом случае рекомендуется проводить плавку на переменном токе [60]. Редкоземельные металлы обычно вводят в молибден в виде лигатурных сплавов или в виде легированных штабиков.

В настоящее время вакуумной электродуговой плавкой получают не только слитки чистого раскисленного молибдена, но и ряда его промышленных сплавов. Учитывая, что указанные сплавы относятся к числу низколегированных композиций, режимы и условия выплавки их слитков не отличаются существенно от таковых для чистого молибдена.

Крупные промышленные слитки молибденовых сплавов (диаметром 150—250 мм) получают двойным дуговым переплавом или дуплекс-процессом (первая плавка электроннолучевая для получения расходуемого электрода, вторая электродуговая для получения товарного слитка).

В зависимости от вводимых компонентов применяются различные способы легирования. Так, при выплавке слитков диаметром 150 и 250 мм из промышленных молибденовых сплавов ВМ1 (до 0,4% Ti, 0,08—0,25% Zr, Мо—осн.) и ВМ2 (до 0,2% Ti, 0,25—0,4% Zr, Мо—осн.) легирование титаном и цирконием осуществляется при первом переплаве дуговой электровакуумной или электроннолучевой плавкой при получении слитков-электро-дов.

Указанные легирующие элементы вводятся в виде проволоки, помещенной между штабиками расходуемого электрода или электрода, собранного из отходов. При получении готовых слитков осуществляется дуговая вакуумная плавка указанных выше первичных легированных электродов. Режимы и условия плавки указаны в табл. 26.

По данным работы [80], выплавку слитков промышленных молибденовых сплавов марок ТСМЗ (Мо-|-0,05— 0,1% Ni+0,06—0,10% С) и ТСМ4 (Мо+0,15—0,25% Zr-|-0,05—0,10%) Ni+0,02—0,04% С) в электродуговых печах рекомендуется проводить из электродов, собранных из легированных штабиков молибдена вакуумного спекания. Легированные штабики для получения слитков дуговой вакуумной плавки из сплавов ТСМЗ и ТСМ4 изготовляются по следующей схеме:

1) исходные компоненты в виде порошков молибдена, никеля и углерода (для сплава ТСМЗ и молибдена, никеля и карбида циркония) перемешивают в смесителе в течение 48 ч;

2) смесь порошков прессуют в брикет сечением 16Х 16 мм и длиной 400 мм; удельное давление при прессовании 0,6—0,8 МПа;

3) спекание брикетов в вакуумной печи ОКБ-870 при 1200° С в течение 2 ч и остаточном давлении 1330— 133 мПа.

Из полученных штабиков с добавлением отходов выплавляют в электроннолучевой печи первичные слитки-электроды. Из этих электродов в электродуговых вакуумных печах выплавляют слитки диаметром 120 мм по режимам., указанным в табл. 28. Плавку вели и на постоянном, и на переменном токе. Содержание легирующих компонентов и примесей в слитках сплавов ТСМЗ и ТСМ4, полученных дуплекс-процессом (электроннолучевая плавка-[-дуговая вакуумная плавка) при плавке в вакуумной печи на постоянном и переменном токе, показано в табл. 29.

Как следует из этих данных, при электродуговой плавке на постоянном токе вследствие более высокой температуры перегрева отмечается большое испарение легирующих компонентов — никеля и циркония.

Установлено также, что при электродуговой плавке на постоянном токе происходит значительная ликвация никеля к поверхности слитка, поэтому необходимо снимать механической обработкой значительный слой металла. Следовательно, с целью повышения выхода годного целесообразнее электродуговую плавку проводить на переменном токе.

Некоторые данные об электродуговой вакуумной плавке слитков из сплавов ЦМ2А, ЦМ6 и других приведены в работе [79]. Слитки чистого молибдена и некоторых сплавов, выплавленных в электродуговых вакуумных печах, как и слитки вольфрама, имеют крупнозернистую зональную структуру. Для получения равномерной мелкозернистой структуры применяют указанные выше модификаторы. В настоящее время модифицирование широко применяется для получения высококачественных слитков молибдена и его сплавов.