Любой чугун – это сплав железа и углерода, придающего металлу дополнительную твердость. Однако прочностные характеристики главным образом зависят от формы включений графита в нем. Высокопрочный чугун отличается от обыкновенного (или, как принято говорить, серого) чугуна наличием в своей структуре графитных включений шаровидной формы. Именно благодаря этому данный конструкционный материал обладает крайне высокими прочностными свойствами и эксплуатационными характеристиками – твердостью и износостойкостью. Приемлемая цена позволяет высокопрочному чугуну успешно замещать различные марки стали в высоконагруженных узлах транспортных средств, сельскохозяйственной и строительной техники, металлургического оборудования. При этом чугун с шаровидным графитом еще и выгодно отличается от стали хорошими литейными свойствами – высокой жидкотекучестью, малой склонностью к образованию горячих трещин, меньшей усадкой.
Принято считать автором технологии производства высокопрочного чугуна американца Кита Миллиса, работавшего в 1940-х годах прошлого века в лабораториях International Nickel Company. В СССР эта технология развивалась в 1970–1980-х годах, но ее массовое внедрение в промышленность сдерживалось сложностью получить однообразные результаты и обеспечить стабильное качество металла при сохранении высокой производительности. Поэтому до настоящего времени крупносерийного производства такого продукта в России не было.
НПК ОВК стала первой отечественной компанией, наладившей серийный выпуск комплектующих из высокопрочного чугуна марки ВЧ120. А это все ключевые износостойкие элементы инновационной тележки грузовых вагонов. Именно они в значительной степени обеспечивают заявленный пробег подвижного состава в 1 млн км. Такой показатель в настоящее время не может гарантировать ни один производитель грузовых вагонов в СНГ, кроме железнодорожного холдинга «ОВК».
При реализации проекта НПК ОВК использовала опыт ведущих мировых производителей и оборудование, успешно зарекомендовавшее себя в США и Европе. Общий объем инвестиций превысил 1 млрд руб. Выпуск комплектующих из высокопрочного чугуна организован в отдельном цехе площадью более 5 тыс. м2 на территории тихвинской промышленной площадки. Как рассказал Виталий Антюхин, бизнесаналитик департамента по развитию бизнеса НПК ОВК, в Тихвине была внедрена не одна, а три технологии. Во-первых, освоено получение методом объемной изотермической закалки бейнитной структуры материала (названа по имени американского металлурга Эдгара Бейна, обнаружившего в 1920-х такой вид микроструктуры). Во-вторых, налажена высокоточная механическая обработка деталей из особо твердых материалов. И наконец, проводится поверхностная закалка деталей токами высокой частоты в специальной среде.
В Тихвине была внедрена не одна, а три технологии.
Виталий Антюхин,
бизнес-аналитик департамента по развитию бизнеса НПК ОВК
«Сопротивление изнашиванию высокопрочного чугуна определяется главным образом его металлической основой и твердостью, а износостойкость увеличивается при переходе металлической основы к бейнитной структуре».
Сложность при получении изделий из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом – в повышенном требовании к стабильности литой структуры заготовки, которая будет впоследствии термически обрабатываться. Также необходимо иметь стабильную форму, размер и равномерное распределение графита по всей отливке для получения высоких механических свойств, характерных для бейнитных чугунов с шаровидным графитом. Более высокие требования предъявляются к стабильности всех элементов технологии изготовления отливок – шихтовым материалам, режимам приготовления расплава, модифицированию, режимам кристаллизации расплава и, самое главное, к режимам термообработки (закалки). Поэтому при реализации проекта НПК ОВК не только освоила технологию, но и исследовала различные аспекты ее применения.
Отправка отливки в печь JL Becker для проведения нагрева как части процесса объемной закалки. После отливки пройдут соляную закалку |
НПК ОВК стала первой отечественной компанией, наладившей серийный выпуск комплектующих из высокопрочного чугуна марки ВЧ120
Самыми сложными переделами при изготовлении деталей из высокопрочного чугуна являются заготовка и термообработка, говорит Виталий Антюхин. «В России традиционно при производстве чугуна осуществлялась закалка в масло. А наш высокопрочный чугун требует осуществления закалки в соль. Кроме того, особенность компонентов инновационной тихвинской тележки в том, что, кроме твердости, предъявляются требования к прочности и относительному удлинению, что автоматически ведет к использованию внедренных технологий. Связано это с тем, что при закалке в масло невозможно стабильно регулировать температуру отливки, – дополнил Виталий Антюхин. – Тем не менее подобная закалка успешно применялась в СССР для получения необходимой твердости чугунных деталей без бейнитной структуры, например на машиностроительном заводе имени Лихачева».
Производственная линия высокопрочного чугуна способна выпускать до 30 тыс. вагонокомплектов в год
Запущенная производственная линия высокопрочного чугуна способна выпускать до 30 тыс. вагонокомплектов в год. Это количество полностью покроет потребности вагоностроительных предприятий холдинга ОВК в ключевых износостойких элементах тележки грузового вагона (для сравнения, в прошлом году заводы НПК ОВК произвели 12,4 тыс. вагонов, за девять месяцев текущего года – 10,9 тыс. вагонов), а также удовлетворит потребности ремонта в перспективе до 2030 года. Кроме того, новое производство обладает возможностью расширить номенклатуру продукции в случае заинтересованности со стороны производителей автомобилей и локомотивов.
Игнат Вьюгин