Для народного хозяйства, товарищи и господа, это означает очень большую экономию дорогих легирующих элементов — хрома, никеля, титана. Азотистые нержавеющие стали можно применять для оборудования нефте— и газодобычи на морском шельфе, для паровых и газовых турбин, телеметрических устройств и геологических труб глубокого бурения. Эти стали износостойкие и немагнитные, их можно применять для производства железнодорожных колес и для крепежа атомных реакторов, как коррозионно— и износостойкие металлы при переработке сырья во многих видах промышленности. Эти стали пригодны для использования в стоматологии и медицине, в авиации, в строительстве, транспорте, химической и пищевой промышленности, из них можно делать посуду, детали автомобилей и бытовой техники.
Тут уже заинтересовались все:
— Автомобилей, говорите? — переспросил Ульбрихт. — Значит ли это, что можно сделать недорогой, целиком нержавеющий автомобиль?
— В автомобильной промышленности всё не так просто, — ответил Самарин. — Выплавленные в конвертерах стали даже с небольшой примесью азота непригодны для глубокой вытяжки, используемой при изготовлении внешних панелей кузова. В то же время специальные азотистые нержавеющие стали, выплавляемые методом электрошлакового переплава, имеют достаточную пластичность и при этом превосходят обычные стали по прочности. Кроме того, в автомобильной промышленности применяются специальные стали, вроде жаропрочной 55Х21Г9АН4, содержащей от трёх до шести десятых процента азота, из неё делают клапаны двигателей автомобильной техники.
Для улучшения технологической пластичности рекомендовано микролегирование азотистой стали бором, церием или иттрием. Это позволяет уменьшить объём работ по устранению поверхностных дефектов металла и в значительной степени сокращает затраты и трудоемкость производства металлопродукции.
Так что да, полностью нержавеющий автомобиль сделать можно. Вопрос, насколько это необходимо? Достаточно сделать нержавеющее днище, пороги и колёсные ниши, чтобы уже увеличить ресурс автомобиля в два-три раза. И это вполне достижимо с использованием азотистых нержавеющих сталей.
— Александр Михалыч, вы только что способ выплавки этих сталей упомянули, — вставил с места Хрущёв. — Вот об этом расскажите поподробнее.
— Этот способ называется 'электрошлаковый переплав', — продолжил Самарин, включая проектор и вставляя слайд. На экране появилась цветная схема установки.
— Следует отметить, что азотистые стали не получается выплавлять 'прямо из конвертера', так как при конвертерной плавке металл контактирует с воздухом, набирая из него нежелательные примеси. На литейном производстве в воздухе неминуемо присутствуют вредные газы, какой бы совершенной ни была вентиляция, а наличие в составе металла даже минимальных количеств серы и фосфора может значительно ухудшить его качество.
Чтобы исключить попадание примесей из газовой среды и удалить из металла уже имеющиеся в нём серу и фосфор, в СССР в Институте электросварки имени Патона был разработан процесс электрошлакового переплава. Его внедрение началось в 1958 году на металлургическом заводе 'Днепроспецсталь' в Запорожье. Процесс к настоящему времени реализован в нескольких разновидностях. Общей особенностью для них всех является проведение плавки в атмосфере инертных газов, под давлением от 15 атмосфер и более, и фильтрация расплавленного металла через слой шлака специально подобранного состава. В ходе фильтрации происходит очистка металла от примесей. При электрошлаковом переплаве зеркало расплавленного металла находится под слоем шлака, над которым создана атмосфера инертного газа, поэтому металл не контактирует с воздухом цеха.
Всё разнообразие существующих вариантов реализации электрошлакового переплава можно разделить на варианты с плавящимся и неплавящимся электродом. В первом случае из переплавляемого металла делается расходуемый электрод, который постепенно переплавляется, при этом металл фильтруется сквозь шлаковый слой.
При одном из способов использования нерасходуемых электродов в изложнице расплавляется слой шлака, в который постепенно, порциями, заливается расплавленный металл, поэтому этот способ получил название 'порционной электрошлаковой отливки'. Слой жидкого шлака постепенно приподнимается, поэтому электроды тоже поднимают. Изложница снизу охлаждается водой и вращается, для получения более равномерной структуры слитка. Кристаллизация идёт снизу вверх, медленно, за счёт чего получается равномерная мелкокристаллическая структура стали. Этот способ позволяет получать высококачественные отливки большой массы при использовании относительно небольшой печи для первичного расплавления. Можно также совместить переплав с центробежной отливкой, при этом в том же агрегате будет получаться не просто слиток, а литая заготовка будущей крупногабаритной детали.
В результате при электрошлаковом переплаве стальных слитков содержание серы удаётся снизить в 2-5 раз, кислорода и неметаллических включений — в 1,5-2,5 раза. Кроме этого, качество получаемого слитка улучшается за счёт направленной кристаллизации, слитки получаются с гладкой поверхностью, плотные, без дефектов ликвационного и усадочного происхождения, с минимальной химической и физической неоднородностью. Кроме того, значительно возрастает общая чистота металла.
Вот такая необычная и весьма многообещающая технология, к развитию которой мы приглашаем присоединиться всех уважаемых участников данной встречи, — закончил вторую часть своего сообщения Самарин.
— Весьма интересно, — первым высказался Тито. — Полагаю, наши специалисты с металлургического завода в Зенице этой технологией заинтересуются. Мы как раз планируем провести там реконструкцию производства. Вы сказали, у вас эта технология внедрена в 1958 году?
— Да, именно так, — подтвердил Самарин.
— Совсем недавно. Выходит, совершенно новая? — уточнил Тодор Живков.
— Определённый объём опыта и наработок уже получен, но технология новая, перспективная и предполагает значительное развитие, — Александр Михайлович улыбнулся. — Специалистам стран содружества будет где развернуться и приложить свой опыт и знания.
— Вы сказали, плавка ведётся в среде инертного газа? — Ульбрихт, заинтересовавшись, задал уже чисто технический вопрос. — Так азот в состав металла из газа переходит?
— Не совсем. Точнее, может переходить, но только в небольших количествах и при больших давлениях, — ответил Самарин. — Основная часть азота в состав сплава вводится путём добавления в твёрдом виде насыщенных азотом феррохромовых лигатур, то есть, легирующих добавок. Производство легирующих элементов — это отдельная сложная тематика, по которой я мог бы рассказывать часами, и в которой тоже есть масса возможностей для совместных исследований. Сейчас у нас осваивают получение лигатур способом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, это тоже одна из новейших технологий порошковой металлургии, которую у нас только начали осваивать. Интереснейшее направление. Представьте, прессованную из смеси металлических порошков заготовку поджигают электрозапалом, по ней в считанные секунды проходит фронт высокотемпературного горения, и в результате получается слиток или отливка заданной формы, с очень точно настраиваемыми механическими свойствами и химсоставом.
— Тоже очень интересно и перспективно, — отметил индийский премьер. — Мы хотели бы прислать наших специалистов для участия в исследованиях. Это возможно? — спросил он, переводя взгляд на Первого секретаря.
— Уверен, что препятствий к этому нет, — ответил Хрущёв.
Он уже знал, что, помимо научного опыта, для порошковой металлургии в любом её проявлении требуется производство высокочистых металлических порошков, чего в Индии ещё долго не будет.
— Вы сказали, что используются плавящиеся электроды? — снова уточнил Ульбрихт. — А их как получают?
— Делают из предварительно выплавляемой стали нужного состава, обычно — в дуговой сталеплавильной или мартеновской печи и разливают на слитки или непрерывно литую заготовку, — ответил Самарин.
— Вот про непрерывную разливку стали, Александр Михалыч, расскажите тоже, — напомнил Хрущёв.
— Как раз перехожу к этому, — Самарин поменял слайд в проекторе и продолжил. — Разливать выплавленную сталь непрерывно пробовал ещё Генри Бессемер. — В 1856 году он получил стальной лист длиной около метра и толщиной 1 миллиметр, заливая сталь между двумя толстостенными охлаждаемыми водой валками большого диаметра. Один из валков имел ограждающие реборды, чтобы расплав не выливался по краям. Бессемер уже хорошо понимал тепловые процессы, возникающие при подобной разливке и необходимость охлаждения валков изнутри и снаружи, но недооценил напряжения, возникающие между валками. Реализовать технологию непрерывной разливки на научно-технической базе середины 19 века Бессемеру не удалось, в основном, именно по причине недостаточной изученности вопроса. Но непрерывной разливкой металла занимались и позже.
В 1927 в Германии Зигфрид Юнгханс запатентовал способ непрерывной разливки цветных металлов, а с 1932 года в Виллингене заработала первая опытная установка для непрерывной разливки латуни. Она оказалась достаточно удачной, подобные установки 'карусельного' типа были построены на нескольких металлургических заводах, в том числе и в СССР, на Норильском никелевом комбинате. С цветными металлами непрерывная разливка получалась хорошо, а со сталью всё оказалось намного сложнее.
Параллельно в 1932 году Хэзлитт получил патент на способ непрерывной разливки, в котором он отделил процесс разливки от процесса прокатки, чтобы снизить нагрузку на вращающиеся валки. Однако к 1938 г. эксплуатация его установок разливки с помощью вращающихся валков была прекращена. По сообщению самого Хэзлитта, было чрезвычайно трудно предотвратить преждевременную кристаллизацию заготовки у краёв валков, из-за чего возникало очень высокое давление на валки, достигавшее более 13 тонн на сантиметр ширины ленты. Также не удалось устранить самый главный недостаток — отсутствие однородности ленты.
В СССР в 1940 году схожую конструкцию машины для непрерывной разливки стали предложил Михаил Фёдорович Голдобин. К июню 1941 года установка Голдобина уже работала на Кузнецком металлургическом комбинате. В условиях военного времени значение освоения непрерывной разливки стали выросло многократно, поэтому в 1944 году в ЦНИИ чёрной металлургии был организован Отдел непрерывной разливки (ОНРС). Внедрению процесса на металлургических предприятиях неоценимо способствовал директор ЦНИИчермета академик Бардин, как личным участием, так и оказывая административную и научную поддержку всем проводимым исследовательским работам по непрерывной разливке. Под его руководством эта новая прогрессивная технология была доведена до широкого промышленного внедрения.
В 1953 г. в сталелитейном цехе Новотульского металлургического завода была введена в эксплуатацию первая в стране многоцелевая вертикальная опытно-промышленная установка непрерывной разливки стали (УНРС), построенная по инициативе Ивана Павловича Бардина. На её базе проводились технологические разработки ЦНИИчермета, а в последующем и для других исследовательских организаций. В цехе, где была построена УНРС, имеются сразу три типа сталеплавильных агрегатов — 10-тонная мартеновская печь, 10-тонный кислородный конвертер с верхним и нижним дутьем, 3-тонная дуговая печь и камерный вакууматор. Это позволило проводить комплексные исследования.
В 1959 г. на Новолипецком металлургическом комбинате начал работу электросталеплавильный цех, в котором впервые в мире весь выплавляемый металл разливался непрерывным способом. Цех оснащён двухручьевой вертикальной УНРС, на которой, при участии бригады сотрудников ЦНИИчермета, была освоена разливка 100-т плавок из различных, в том числе электротехнических, сталей. Сейчас на комбинате строится конвертерный цех, после пуска которого Новолипецкий комбинат станет первым в мире предприятием, где весь выплавляемый металл будет разливаться только на установках непрерывного литья. (Конвертерный цех N1 Новолипецкого комбината был запущен в 1966 г)
С технической точки зрения все установки непрерывной разливки металлов используют сходный принцип действия. Расплав поступает в кристаллизатор, изготовляемый обычно из меди и охлаждаемый циркуляцией воды по внутренним каналам. В начале заливки в кристаллизатор вводится временное дно, называемое 'затравка'. Металл затвердевает возле стенок кристаллизатора и затравки, но сердцевина остаётся жидкой. Полученную оболочку вытягивают из кристаллизатора с заданной скоростью, непрерывно подавая сверху жидкий металл, чтобы его уровень в кристаллизаторе оставался постоянным в течение всей разливки. На стенки кристаллизатора подаётся смазка, а сам кристаллизатор возвратно-поступательно двигается вдоль продольной оси, для уменьшения усилий вытягивания. Выходящую из кристаллизатора заготовку с жидкой сердцевиной дополнительно охлаждают распылением воды из форсунок и разрезают на части требуемой длины.
Если совместить непрерывную разливку с прокаткой, сразу направляя заготовку в прокатный стан, получается сэкономить до 85 процентов топлива или электроэнергии, обычно расходуемых на разогрев металла перед прокаткой.
При отливке заготовок относительно большой толщины участок разрезки располагается на расстоянии 15-20 метров от кристаллизатора, а общая высота установки может превышать 40 метров. Для размещения такой установки требуется сооружение башен или колодцев. Сейчас приоритетной задачей является переход от дорогостоящих вертикальных установок непрерывной разливки к более компактным радиальным установкам и установкам с изгибом слитка, в которых не полностью затвердевшая заготовка выводится на горизонтальный участок, а общая высота таких установок обычно не превышает 12 метров.
Присутствующие переглянулись — размеры оборудования, о котором рассказывал учёный, впечатлили всех.
— Я постарался как можно более кратко и, не углубляясь в технические подробности, рассказать о перспективных технологиях, развиваемых в металлургической отрасли СССР, — закончил Самарин. — Готов ответить на ваши вопросы.
— Это было очень интересно, спасибо вам, товарищ Самарин, — поблагодарил Янош Кадар. — Полагаю, вопросы должны созреть, давайте сделаем небольшой перерыв и подумаем.
На перерыве Хрущёв подозвал Косыгина и Самарина и вместе с ними подошёл к Генеральному секретарю Иранской коммунистической партии Хосрову Рузбеху, обсуждавшему что-то с иракским президентом Хуссейном ар-Рады. Заметив советских коллег, они отвлеклись от разговора, переключив внимание на Хрущёва.
— Никита Сергеевич?
— Простите, что отвлекаю, товарищи, но к вам, как к руководителям газодобывающих стран, у нас есть отдельное предложение в области металлургического производства, — Первый секретарь повернулся к Самарину. — Александр Михалыч, о железе прямого восстановления товарищам расскажите, пожалуйста.
— А, да, это тоже новейшая и очень перспективная технология, — подтвердил Самарин. — Но она напрямую завязана на добычу природного газа, поэтому я не говорил о ней в общем докладе.
