Слиток: виды и применение в металлургии¶

Слиток — это литая заготовка из металла, полученная путём заливки расплавленного материала в специальную форму (изложницу) и последующей кристаллизации. Слитки являются промежуточным продуктом металлургического производства и служат исходным сырьём для дальнейшей обработки давлением (прокатки, ковки, прессования) или переплава. Ключевая характеристика слитка — его макроструктура, которая формируется в процессе затвердевания и определяет технологические свойства металла при последующей деформации.

¶Классификация слитков

Слитки классифицируют по нескольким признакам: по назначению, форме, способу разливки и химическому составу.

¶По назначению

• Стальные слитки — предназначены для производства сортового и листового проката, поковок. Разделяются на слитки для прокатки (рядовые) и слитки для кузнечно-прессового производства (кузнечные), которые отличаются увеличенным сечением и усечённой конусностью.
• Слитки цветных металлов — медные, алюминиевые, никелевые, титановые и другие. Используются для получения полуфабрикатов (листов, труб, прутков) или для литья.
• Передельные слитки — предназначены для последующего переплава в плавильных агрегатах (например, в дуговых или индукционных печах) для получения фасонного литья или рафинирования.

¶По форме

• Квадратные — наиболее распространённая форма для стальных слитков, обеспечивающая равномерное распределение усадочной раковины.
• Прямоугольные (слябовые) — используются для производства листового проката; их поперечное сечение имеет большое отношение ширины к толщине.
• Круглые — применяются для производства труб, колёс, бандажей, а также для слитков цветных металлов.
• Плоские (плитовые) — разновидность прямоугольных слитков для получения толстолистовой стали.

¶По способу разливки

• Слитки сифонной разливки — заливка металла через центральный литник в несколько изложниц одновременно снизу вверх. Обеспечивает спокойное заполнение и высокое качество поверхности, но требует большего расхода металла на литники.
• Слитки разливки сверху — заливка непосредственно в каждую изложницу сверху. Более производительный метод, однако сопровождается разбрызгиванием и окислением струи.

¶Устройство и строение слитка

Слиток имеет характерное зональное строение, обусловленное условиями кристаллизации. В поперечном сечении различают три основные зоны:

1. Корковая зона — тонкий наружный слой мелких равноосных кристаллов, образовавшийся при быстром охлаждении у стенок изложницы.
2. Столбчатая зона — слой вытянутых кристаллов (дендритов), растущих перпендикулярно стенкам изложницы в направлении отвода тепла. Толщина этой зоны зависит от скорости охлаждения и химического состава металла.
3. Центральная зона — область крупных равноосных кристаллов, формирующаяся в последнюю очередь при минимальном температурном градиенте.

В верхней части слитка образуется усадочная раковина — полость, возникающая из-за уменьшения объёма металла при затвердевании. Для её компенсации применяют прибыльные надставки (тепловые вкладыши), поддерживающие металл в жидком состоянии. Кроме того, в слитке развиваются ликвация (неравномерное распределение легирующих элементов) и осевая пористость, которые устраняются или уменьшаются последующей прокаткой.

¶Применение в металлургии

Основное назначение слитков — быть промежуточным звеном между выплавкой металла и производством готового проката. В современной металлургии доля слитков постепенно сокращается в связи с развитием технологии непрерывной разливки стали, однако они остаются незаменимыми для ряда производств:

• Крупные поковки — валы турбин, роторы генераторов, судовые валы, корпусные детали атомных реакторов. Для таких изделий требуются слитки массой до 300–600 тонн, которые невозможно получить непрерывным литьём.
• Специальные стали — инструментальные, быстрорежущие, нержавеющие, жаропрочные сплавы. Слитки позволяют контролировать структуру и химическую однородность в условиях малых серий.
• Цветная металлургия — алюминиевые, медные и магниевые слитки являются стандартной товарной продукцией, поставляемой на перерабатывающие заводы. Например, алюминий отливается в слитки массой от 6 до 22 тонн для последующей прокатки на листы или фольгу.
• Бандажные и колёсные слитки — специальная форма слитков для производства железнодорожных колёс и бандажей.

¶Современные тенденции

В чёрной металлургии традиционная разливка в изложницы вытесняется непрерывной разливкой, которая позволяет получать заготовки (слябы, блюмы) напрямую, минуя стадию слитка. Это снижает энергозатраты и повышает выход годного металла. Тем не менее, для особо ответственных изделий, требующих высокой степени деформации и контроля структуры, слитки сохраняют своё значение. В производстве специальных сталей и сплавов применяются вакуумные дуговые и электрошлаковые переплавы, позволяющие получать слитки повышенной чистоты с улучшенной макроструктурой.

¶Источники

• Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М. «Общая металлургия». — М.: Металлургия, 2002.
• Ефимов В. А. «Разливка и кристаллизация стали». — М.: Металлургия, 1976.
• Трухов А. П., Сорокин Ю. А. «Технология металлов и сварка». — М.: Машиностроение, 2013.