blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-4-257-262blackmet-1626Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СЛИТКА ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННОЙ ВЫПЛАВКИ ИЗ СПЛАВА INCONEL 718 В УСЛОВИЯХ ПАО «РУСПОЛИМЕТ»QUALITY IMPROVEMENT OF CAST CYLINDRICAL BAR OF VACUUM INDUCTION MELTING FROM INCONEL 718 ALLOY AT PJSC “RUSPOLIMET”ДемченкоА. И.DemchenkoA. I.

мастер основного производства

607018, Нижегородская обл., Кулебаки, ул. Восстания, 1

a.demchenko@ruspolumet.ruКорзунЕ. Л.KorzunE. N.

к.т.н., доцент, начальник отдела НИОКР

607018, Нижегородская обл., Кулебаки, ул. Восстания, 1

e.korzun@ruspolymet.ruЧернышовЕ. А.ChernyshovE. A.

д.т.н., профессор кафедры «Металлургические технологии и оборудование»

603155, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

nil_st@nntu.ruПАО «Русполимет»РоссияJSC “Ruspolimet”, Kulebaki, Nizhny Novgorod RegionRussian FederationНижегородский государственный технический университет им. Р.Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alexeev, Nizhny NovgorodRussian Federation201919062019624257262Copyright © Демченко А.И., Корзун Е.Л., Чернышов Е.А., 20192019Демченко А.И., Корзун Е.Л., Чернышов Е.А.Demchenko A.I., Korzun E.N., Chernyshov E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1626

Выполнен анализ технологических процессов выплавки и разливки цилиндрических слитков из сплава Inconel 718, полученных в вакуумно-индукционной печи (ВИП) на ПАО «Русполимет». Показано, что существующая технология не обеспечивает получения плотного слитка требуемого качества из-за наличия пористости в осевой зоне, а также ликвации на макроуровне таких элементов, как хром, никель, ниобий. Полученные результаты показали необходимость проведения корректировки параметров разливки и затвердевания слитков ВИП из сплава Inconel 718, не изменяя основных технических параметров производства (тип печи – вакуумно-индукционная печь ВИП емкостью 3 т; материал футеровки печи – керамика на основе оксида алюминия Al2O3; тип изложницы – цилиндрическая изложница под слиток диам.410 мм, диаметр кристаллизатора для вакуумно-дугового переплава –450 мм), чтобы получить качественный плотный слиток. С использованием программы Thermo-Calc (версия 2017а) уточнены температуры солидус для равновесного процесса затвердевания и для неравновесного процесса, которые составили 1211 и 1091 °С соответственно. На основании полученных результатов с помощью системы компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) скорректированы скорость разливки путем уменьшения диаметра разливочного стакана с 32 до28 мми температура разливки с 1470 до 1460 °С. По скорректированной технологии выплавлена партия слитков. Из слитка первой партии отобраны поперечные темплеты для определения химического состава и продольные – для проведения металлографического анализа. Выполненные металлографические исследования свидетельствуют о снижении пористости осевой зоны слитка и уменьшении ликвации на макроуровне. На основании полученных результатов предложено внести в технологию разливки соответствующие изменения. Показано, что компьютерное моделирование металлургических процессов разливки и кристаллизации металла дает возможность разработать технологию, позволяющую получить качественный слиток уже на первом переделе, избежав при этом появление продукции, не удовлетворяющей требованиям заказчика.

The analysis of technological processes of smelting and casting of cylindrical bars from Inconel 718 alloy, obtained in a vacuum induction furnace at PJSC “Ruspolimet”, was performed. The existing technology does not ensure the production of a sound bar of the required quality due to the presence of porosity in the axial zone, and also due to liquation at the macro level of elements such as chromium, nickel, niobium. The results have shown the need to adjust the parameters of casting and solidification of bars from the Inconel 718 alloy. The task to get high-quality sound bar was set without changing the main technical parameters of production, namely: type of furnace – vacuum induction furnace with capacity of 3 tons; material of the furnace lining – ceramics based on aluminum oxide Al2O3 ; type of the casting mold – cylindrical mold for bar diameter of410 mm; diameter of crystallizer for vacuum-arc remelting –450 mm. With the use of the Thermo-Calc program (version 2017a), the solidus temperatures for the equilibrium solidification process and for the non-equilibrium process were clarified, which were 1211 °С and 1091 °С, respectively. Based on the results obtained, the casting speed (SCM LP) system corrects casting speed by reducing the diameter of the casting nozzle from 32 to28 mm and casting temperature by reducing it from 1470 to1460 °C. According to the corrected technology, a batch of bars has been smelted. From the bar of the first batch, transverse templates were selected to determine the chemical composition and longitudinal temp lates for metallographic analysis. Metallographic studies have been carried out that suggest a decrease in porosity of axial zone of the bar and a decrease in phase separation at the macro level. Based on the results obtained, the authors proposed to introduce approp riate changes in casting technology. It is shown that computer modeling of metallurgical processes of metal casting and crystallization allows developing a technology of obtaining a high-quality bar already at the first redistribution, while avoiding appearance of products that do not meet customer requirements.

никелевый жаропрочный сплав Inconel 718вакуумно-индукционная печьразливкацилиндрический слитокмакроструктурапористостьтемпература разливкиnickel heat-resistant alloy Inconel 718vacuum induction furnacecastingcylindrical barmacrostructureporositycasting temperatureReferencesXiao L., Chen D.L., Chaturvedi M.C. Effect of Boron on the LowCycle Fatigue Behavior and Deformation Structure of Inconel 718 at 650 °C // Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. November. Vol. 35. Issue 11. P. 3477 – 3487.Xiao L., Chen D.L., Chaturvedi M.C. Effect of boron on the lowcycle fatigue behavior and deformation structure of Inconel 718 at 650 °C. Metallurgical and Materials Transactions A. 2004, November, vol. 35, no. 1, pp. 3477–3487.Eich A., Franz H., Scholz H., Kemmer H., Brückmann G. Gaseous Treatment in Vacuum Induction Degassing (VID) unit for low carbon alloys. 1st International Conference on Ingot Casting, Rolling and Forging, 2012. P. 1 – 6.Eich A., Franz H., Scholz H., Kemmer H., Brückmann G. Gaseous treatment in vacuum induction degassing (VID) unit for low carbon alloys. 1st International Conference on Ingot Casting, Rolling and Forging, 2012, pp. 1–6.Choudhury A., Kemmer H., Donachie M., Donachie S., Erickson G.L. Vacuum Induction Melting // ASM Handbook. Vol. 15. Handbook Committee, 2008. Vol. 15. Р. 1 – 8.Choudhury A., Kemmer H., Donachie M., Donachie S., Erickson G.L. Vacuum induction melting. ASM Handbook. Vol. 15. Handbook Committee, 2008, pp. 1–8.Edward A. Loria. Recent Developments in the Progress of Superalloy 718 // JOM. 1992. June. P. 33 – 36.Edward A. Loria. Recent developments in the progress of Superalloy 718. JOM. 1992, June, pp. 33–36.Bartosinski M., Magee John H., Friedrich B. Improving the chemical homogeneity of austenitic and martensitic stainless steels during nitrogen alloying in the pressure electro slag remelting (PESR) process [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.metallurgie.rwthaachen.de/old/images/pages/publikationen/aertosinskimae_id_4297.pdf. (дата обращения: 03.05.2018 г.).Bartosinski M., Magee John H., Friedrich B. Improving the chemical homogeneity of austenitic and martensitic stainless steels during nitrogen alloying in the pressure electro slag remelting (PESR) process. Electronic resource. Available at URL: http://www.metallurgie.rwthaachen.de/old/images/pages/publikationen/ aertosinskimae_id_4297.pdf. (Accessed 03.05.2018).Kronovsky G.A., Sieslak M.J., Headley T.J., Romig A.D., Ham metter Jr., Hammetter W.F. Inconel 718: A solidifcation diagram // Metallurgical Transactions A. 1989. Vol. 20. Issue 10. Р. 2149 – 2158.Kronovsky G.A., Sieslak M.J., Headley T.J., Romig A.D., Hammetter Jr., Hammetter W.F. Inconel 718: A solidifcation diagram. Metallurgical Transactions A. 1989, vol. 20. Issue 10, pp. 2149–2158.Alok Choudhury. State of the Art of Superalloy Production for Aerospace and Other Application Using VIM/VAR or VIM/ESR // ISIJ Internationa. 1992. Vol. 32. No. 5. P. 563 – 574.Alok Choudhury. State of the art of superalloy production for aerospace and other application using VIM/VAR or VIM/ESR. ISIJ International. 1992, vol. 32, no. 5, pp. 563–574.Talukder Alam, Peter J. Felfer, Mahesh Chaturvedi, Leigh T. Stephenson, Matthew R. Kilburn, Julie M. Cairney. Segregation of B, P, and C in the Ni-Based Superalloy, Inconel 718 // Metallurgical and Materials Transactions A. 2012. Vol. 43A. Р. 2183 – 2191.Talukder Alam, Peter J. Felfer, Mahesh Chaturvedi, Leigh T. Stephenson, Matthew R. Kilburn, Julie M. Cairney. Segregation of B, P, and C in the Ni-based superalloy, Inconel 718. Metallurgical and Materials Transactions A. 2012, vol. 43A, pp. 2183–2191.Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. – М.: МИСИС, 2001. – 632 с.Kablov E.N. Litye lopatki gazoturbinnykh dvigatelei [Cast blades of gas turbine engines]. Мoscow: MISSIS, 2001, 632 p. (In Russ.).Линчевский Б.В. Вакуумная индукционная плавка. – М.: Металлургия, 1975. – 240 с.Linchevskii B.V. Vakuumnaya induktsionnaya plavka [Vacuum induction melting]. Мoscow: Metallurgiya, 1975, 240 p. (In Russ.).Баум Б.А., Ларионов В.Н., Коваленко Л.В., Тягунов Г.В., Кулешова Е.А., Барышев Е.Е., Третьякова Е.Е., Колотухин Э.В. Ресурсосбережение и улучшение служебных характеристик отливок из жаропрочных никелевых сплавов посредством высокотемпературной обработки расплавов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://viam.ru/public/fles/1991/1991-200908.pdf. (дата обращения: 03.05.2018 г.).Baum B.A., Larionov V.N., Kovalenko L.V., Tyagunov G.V., Kuleshova E.A., Baryshev E.E., Tret’yakova E.E., Kolotukhin E.V. Resursosberezhenie i uluchshenie sluzhebnykh kharakteristik otlivok iz zharoprochnykh nikelevykh splavov posredstvom vysokotemperaturnoi obrabotki rasplavov [Resource saving and improvement of service properties of castings of heat-resistant nickel alloys by means of high-temperature treatment of alloys] Electronic resource. Available at URL: https://viam.ru/public/fles/1991/1991-200908.pdf. (Accessed 03.05.2018). (In Russ.).Ефимов В.А. Теоретические основы разливки стали. – Киев: Изд-во Академии наук Украинской ССР, 1960. – 180 с.Efmov V.A. Teoreticheskie osnovy razlivki stali [Theoretical foundations of steel casting]. Кiev: Izd-vo Akademii nauk Ukrainskoi SSR, 1960, 180 p. (In Russ.).Еронько С.П., Быковских С.В. Разливка стали: технология, оборудование. – Киев: Техника, 2003. – 216 с.Eron’ko S.P., Bykovskikh S.V. Razlivka stali: tekhnologiya, oborudovanie [Steel casting: technology, equipment]. Кiev: Tekhnika, 2003, 216 p. (In Russ.).INTECO special melting technologies GmbH. Справочник по эксплуатации. 8600 Bruck an der Mur AUSTRIA. – 660 с.INTECO special melting technologies GmbH. Operation Guide. 8600 Bruck an der Mur AUSTRIA, 660 p.Liu W.C., Yao M., Chen Z.L., Wang S.G. Niobium segregation in Inconel 718 // Journal of Materials Science. 1999. Vol. 34. Issue 11. Р. 2583 – 2586.Liu W.C., Yao M., Chen Z.L., Wang S.G. Niobium segregation in Inconel 718. Journal of Materials Science. 1999, vol. 34, no. 11, pp. 2583–2586.Швед Ф.И. Слиток вакуумного дугового переплава. – Челябинск: ООО Изд-во Татьяны Лурье, 2009. – 428 с.Shved F.I. Slitok vakuumnogo dugovogo pereplava [Bar of vacuum arc remelting]. Chelyabinsk: OOO “Izd-vo Tat’yany Lur’e”, 2009, 428 p. (In Russ.).Дефекты стали / Под. ред. С.М. Новокщеновой, М.И. Виноград. – М.: Металлургия, 1984. – 199 с.Defekty stali [Steel defects]. Novokshchenova S.M., Vinograd M.I. eds. Мoscow: Metallurgiya, 1984, 199 p. (In Russ.).Галкин А.Н. Исследование влияния теплофизических условий затвердевания и формы слитка для полых заготовок на его строение и распределение неметаллических включений: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.16.02. – Волгоград, 2015. – 18 с.Galkin A.N. Issledovanie vliyaniya teplofzicheskikh uslovii zatverdevaniya i formy slitka dlya polykh zagotovok na ego stroenie i raspredelenie nemetallicheskikh vklyuchenii: Avtoref. dis. … kand. tekh. nauk: 05.16.02 [Investigation of the influence of thermophysical conditions of solidifcation and bar shape for hollow billets on its structure and distribution of non-metallic inclusions: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.). Volgograd, 2015, 18 p. (In Russ.).Капуткина Е.А. Атлас дефектов стали / Под ред. М.Л. Бернштейна. – М.: Металлургия, 1979. – 188 с.Kaputkina E.A. Atlas defektov stali [Atlas of steel defects]. Bernshtein M.L. ed. Мoscow: Metallurgiya, 1979, 188 p. (In Russ.).Зубарев К.А., Котельников Г.И., Титова К.О., Семин А.Е., Михайлов М.А. Прогнозирование температуры ликвидус сложнолегированных сплавов на основе никеля // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 9. С. 644 – 649.Zubarev K.A, Kotel’nikov G.I., Titova K.O., Semin A.E., Mikhailov M.A. Prediction of liquidus temperature of nickel-based complex alloyed steels. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016, vol. 59, no. 9, pp. 644–649. (In Russ.).Валуев Д.В. Разливка и кристаллизация стали и сплавов. – Томск: изд. Томского политехнического университета, 2009. – 235 с.Valuev D.V. Razlivka i kristallizatsiya stali i splavov [Casting and crystallization of steel and alloys]. Tomsk: izd. Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2009, 235 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.