Первичные магний и магниевые сплавы

Отечественная магниевая промышленность является сравнительно молодой отраслью цветной металлургии. Последние два десятилетия она развивается в комплексе с производством губчатого титана. Заложенные при создании титано-магниевой отрасли технологические решения опирались на общий высокоразвитый потенциал всего народного хозяйства страны. Традиции непосредственно на предприятиях создавать и быстро внедрять новые технические решения развиваются и в наши дни.

С первых дней своего существования магниевая промышленность постоянно работала над повышением качества первичного магния и магниевых сплавов, уделяя основное внимание при этом повышению их коррозионной стойкости.

В табл. 1 приведены стандарты на первичный магний, начиная с первых временных технических условий 1931 г. и кончая действующим ГОСТом 804-72. Как видно из таблицы, принципиальные изменения по содержанию примесей в магнии произошли только при создании последнего ГОСТа.

Это стало возможным благодаря большому количеству научно-исследовательских и опытных работ, выполненных в 60—70-х годах на предприятиях и в институтах отрасли.

Основным промышленным способом получения магния в нашей стране является электролиз хлористого магния, проводимый в среде расплавленных хлоридов калия, натрия, кальция.

Получаемый в результате электролиза магний-сырец содержит малые количества металлических примесей благодаря достаточно высокому качеству сырья и стабильности процесса электролиза. В связи с этим содержание таких примесей, как никель, медь, кремний, алюминий, марганец, было достаточно жестко установлено еще в первых стандартах и с годами изменилось несущественно. То же можно сказать и о содержании хлор-иона, наиболее опасной примеси в магнии, отрицательно влияющей на его коррозионную стойкость.

Наиболее характерные принципиальные изменения, происшедшие на переделе рафинирования и литья магния за последние десять лет, следующие.

1. Внедрение в производство печей-миксеров для рафинирования магния-сырца емкостью до 6—10 т и более взамен шахтных печей сопротивления. На одном из титано-магниевых комбинатов внедрены печи с солевым обогревом, в которых магний не контактирует ни с атмосферой, ни с футеровкой печи, а соль служит греющей, рафинирующей и покровной средой. Внедрение таких печей позволило стабилизировать температурный режим процесса рафинирования, что в свою очередь стабилизировало содержание примесей железа и хлор-иона в магнии.

2. Внедрение технологии получения магния высокой чистоты и организация промышленного выпуска этой продукции. Сущность технологии заключается в обработке магния-сырца низшими хлоридами титана. Восстановленный магнием титан взаимодействует с примесями, и образующиеся продукты осаждаются на дно аппарата в силу разности плотностей с магнием.

Эта технология позволила на порядок снизить содержание железа в магнии, что ранее трудно было сделать в связи с зависимостью содержания железа от температуры процесса. Существенно снижено содержание никеля, меди, кремния, алюминия и марганца в марках Мг95, Мг96 по сравнению с Мг90.

Также следует отметить начальную работу по определению фактического содержания нерегламентируемых примесей в магнии-сырце. Эти примеси определялись различными методами: химическим, спектральным, пламенной фотометрии, атомно-абсорбционным, нейтронно-активационным.

Выполненные исследования свидетельствуют о содержании следующего количества примесей в магнии-сырце карналлитовой схемы питания, вес. %: Ca 0,0003 — 0,0007; Zn < 0,001; Nd < 0,005; Cd 0,002; In < <0,001; Ti <0,001; Zr < 0,0003; С 0,006; Pb 0,008; Ta < 0,005; N 0,001; O2 0,010; Na 0,002 — 0,005; К0,01 — 0,011; Ni 0,0002 — 0,0006; Rb, Cs, Be, Li, Hg не обнаружены.

Совершенствование методик определения компонентов позволит в дальнейшем уточнить представленные данные.

В табл. 2 помещены ретроспективные данные по химическому составу чушковых магниевых сплавов. Рассмотрение этой таблицы позволяет сделать некоторые обобщения.

1. Магниевая промышленность начала выпуск первичных сплавов в чушках с первых лет своего существования; количество марок сплавов постепенно возрастало, и в ГОСТе 2581-71 содержится уже 13 марок, однако количество систем в основном не превышало двух — Mg — Al — Zn — Mn и Mg — Mn,

2. Начиная с ГОСТа 1962 г. магниевая промышленность выпускает продукцию высокой чистоты — сплав МгС5пч; в действующем ГОСТе возросло количество сплавов высокой чистоты и повысился объем их производства.

3. Разработка и внедрение новых литейных и деформируемых сплавов с применением в качестве легирующих компонентов циркония и редкоземельных металлов нашло отражение и в ГОСТе 2581-71: введены чушковые сплавы, содержащие цирконий и неодим МЦр1НЗ, и лигатура Mg — ZrЛ2. Сплав М85 явился продуктом совместной переплавки лома и отходов систем Mg — Al — Zn — Mn и Mg — Zn — Zr.

4. Количество регламентируемых примесей в чушковых сплавах изменялось в разных стандартах от 3 до 6. При этом уменьшение абсолютной величины каждой примеси более заметно, чем в магнии.

В настоящее время основное внимание исследовательских и производственных сил предприятия уделяется улучшению внешнего вида чушковых продуктов, выяснению причин литейного брака и их устранению. Практически вся чушковая магниевая продукция выпускается с Государственным Знаком качества. Улучшение товарного вида продукции позволит закрепить интерес потребителей к чушковому магнию и сплавам.

На наш взгляд, качество чушковой продукции в настоящее время является достаточно высоким как по металлическим, так и по неметаллическим примесям, и задача потребителей заключается в сохранении качества магния при его переплавке.

При рассмотрении путей дальнейшего развития передела в целом и улучшения качества продукции следует исходить прежде всего из текущей и перспективной структуры потребления магния. В связи с этим наиболее актуальными на данном этапе нам представляются следующие пути (вопрос о качестве магния-восстановителя здесь не рассматривается).

1. Уточнение содержания водорода в чушковых магнии и магниевых сплавах и изучение его влияния на качество алюминиево-магниевых сплавов.

2. Изучение возможности снижения и стабилизации низкого содержания натрия и калия при использовании магния в качестве основы при приготовлении магниево-литиевых сплавов и в качестве легирующего компонента при приготовлении алюминиево-магниевых сплавов.

3. Расширение номенклатуры лигатур и предварительных сплавов на основе магния, особенно сплавов с РЗМ. Получение сплавов Mg — РМЗ путем восстановления редкоземельных металлов магнием дает основание надеяться на снижение стоимости сплавов по сравнению со сплавами, полученными растворением в магнии чистых компонентов.

4. Расширение масштабов производства непереплавляемой продукции на основе жидкого электролитического магния-сырца. Примером такой продукции являются протекторы для защиты стальных сооружений от электрохимической коррозии.

Таким образом, выполненный за последние годы магниевой промышленностью комплекс работ позволил отраслям-потребителям разработать литейные и деформируемые сплавы повышенной чистоты. Намечены пути дальнейшего улучшения качества чушковой продукции.