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    一種蒙乃爾合金的冶煉方法與流程

    發(fā)布時間: 2021-12-22  點擊次數: 1665次

    背景技術:

    蒙乃爾合金又稱鎳銅合金,是以金屬鎳為基體,包含銅、鐵、錳等元素的一種耐蝕合金,其組織為高強度單相奧氏體組織,是一種用量大、用途廣、綜合的耐蝕合金。此合金在含氟介質中具有優(yōu)異的耐蝕性,對熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性,同時還耐水、中性溶液、海水、大氣等的腐蝕。

    目前蒙乃爾合金的報道主要集中在性能研究、應用方面的介紹,生產工藝鮮有介紹,主要是該合金冶煉和成型難度較大。國內需求基本以進口為主,國內可以穩(wěn)定生產的廠家極少。國外蒙乃爾合金多采用真空感應熔煉+電渣重熔雙聯工藝冶煉,此種工藝優(yōu)點是材料潔凈度高,組織成分均勻,缺點是工藝控制難度極大,尤其是電渣過程,鑄錠鍛造開裂問題嚴重,成材率不足50%。也有單采用真空感應爐冶煉的工藝生產蒙乃爾合金,但以該方法所生產的材料潔凈度不高,鍛造成型更困難,成材率更低。一般的工業(yè)化生產,以真空感應熔煉+電渣重熔雙聯工藝為主。

    蒙乃爾合金的鍛造成型問題近年來研究成果較多,但實際應用效果甚微,主要是未從根本上解決問題,實際上,鍛造成型困難與電渣鑄錠的質量直接相關,由于蒙乃爾合金熔點較低,傳統的電渣過程很難控制低熔速進行,勢必會造成局部凝固時間過長,鑄錠晶粒粗大、成分偏析嚴重,這必然會引起鍛造時延晶界開裂,這也是該類合金鍛造困難的主要原因。所以,解決該類合金鍛造性問題的根本還是冶煉工藝的改進。


    技術實現要素:

    本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種蒙乃爾合金的冶煉方法,以保證鑄錠的凝固組織均勻。

    為解決上述技術問題,本發(fā)明所采取的技術方案是:其包括真空感應熔煉和電渣重熔工序,所述真空感應熔煉工序為:采用真空感應爐冶煉目標鋼種,過熱度40℃~60℃低溫出鋼,澆注至水冷錠模中制成所述的自耗電極;所述電渣重熔工序中,重熔期的熔速為3.5kg/min~4kg/min。

    本發(fā)明所述電渣重熔工序的預熔渣成分為:caf265%~70%、cao15%~20%、al2o38%~10%、mgo2%~3%、sio22%~3%,半球點溫度為1230℃~1240℃。

    本發(fā)明所述電渣重熔工序中,重熔期的電壓為42v~44v、電流為4000a~4500a。

    本發(fā)明所述自耗電極的填充比為0.67~0.73。

    本發(fā)明構思為:金屬經電渣重熔后,鑄錠質量的好壞與電極質量息息相關,同等工藝下,低偏析、組織均勻的自耗電極,電渣后鑄錠的偏析程度、組織均勻性要遠遠好于高偏析、組織不均的自耗電極;這是因為電渣過程是邊熔化、邊凝固的過程,組織成分傳遞性很大。經驗表明,是對一些v型偏析嚴重的電極電渣后成分偏析進一步擴大了,可鍛性很差。所以,自耗電極的質量是合金生產的第一個管控的工序。本發(fā)明提供的真空感應爐低過熱度澆注、水冷錠模冷卻是解決該問題的有效手段,低過熱度澆注后,金屬的凝固時間縮短,選分結晶時間也縮短,偏析的程度減弱,再加上四周強冷,使凝固結晶時間進一步縮短,晶粒度也比傳統的冷卻減少很多。根據檢測,本發(fā)明工藝生產的電極,較傳統工藝偏析程度減少了20%~30%,晶粒尺寸降低40%以上。

    采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發(fā)明通過真空感應爐冶煉熔煉、低過熱度澆注、水冷錠模冷卻,從而得到低偏析、組織均勻、高質量的自耗電極,再進行保護氣氛電渣重熔;電渣過程控制較低熔速,從而有效的保證了鑄錠的凝固組織均勻,避免了成分偏析和延晶界開裂,所得鑄錠晶粒細小、質量更好。

    本發(fā)明保證低熔速冶煉,以此獲得較好的凝固組織和低偏析鋼錠;首先要保證電渣渣系的匹配,蒙乃爾合金液相線溫度1350℃,本發(fā)明設計的渣系成分更為匹配;其次采用較高電壓、較低電流的電參數,以此獲得淺平熔池,保證低熔速下獲得良好的表面質量;再次,通過適當增加填充比來改善電渣工藝,較低熔速下保持較低的渣溫,形成良好的凝固條件。

    具體實施方式

    下面結合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

    本蒙乃爾合金的冶煉方法適用于冶煉的蒙乃爾合金主要目標成分(wt):ni63%~70%,cu28%~34%,fe≤2.5%,mn≤1%,si≤0.5%,c≤0.02%,p≤0.015%,s≤0.020%;方法工藝如下所述。

    (1)真空感應熔煉工序:采用500kg真空感應爐冶煉目標鋼種,制備與上述蒙乃爾合金目標成分相同的自耗電極。

    a、布料:按目標成分,一次布料將鎳板、純鐵鋪于坩堝內部,均勻布料,銅板、金屬錳等其他輔料視冶煉進程二次加料。

    b、真空熔煉:布料完畢后合上爐門,啟動水系統、真空系統;待爐內真空度降至5pa及以下后開始送電,緩慢增加功率控制熔化進程;待*料熔化完成2/3~3/4時加入銅板等物料,待所有爐料熔清后,在≤1.5pa真空度下精煉40~60min;精煉結束充氬至2000pa及以上,微調至成分合格。

    c、出鋼:保持過熱度40℃~60℃低溫出鋼,澆注至φ200~220*1500~1800mm水冷錠模中;冷卻后脫模扒皮,即可得到所述的自耗電極。

    (2)電渣重熔工序:

    a、電極焊接:焊接電極至假電極上,置于200℃~250℃爐中1.5h~2h去焊接應力。

    b、渣系及烘烤:預熔渣成分caf265%~70%、cao15%~20%、al2o38%~10%、mgo2%~3%、sio22%~3%,半球點溫度為1230℃~1240℃,渣量25~30kg。預熔渣在600℃~700℃烘烤至少10h后使用。

    c、引弧劑鋪設:在底水箱正中鋪設φ220~230*30mm引錠板,再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ200~210mm*50mm*0.1mm引弧圈,圈內放置充分烘烤的1.5kg~2kg蒙乃爾合金引弧屑、0.05kg~0.08kg鋁粒和0.3kg~0.5kg預熔渣,壓實;圈外四周放置0.1~0.2kg預熔渣。

    d、臺車入位:安裝φ300*1300mm結晶器及保護罩,吊裝自耗電極至結晶器正中央,用木楔固定,臺車進入熔煉位,夾持電極并對中,接通氬氣、水、除塵管道。

    e、引弧化渣:將電極下降至距離引弧劑40mm~50mm時,設定起弧電壓20v~25v、電流1800a~2000a,通電引弧,電流穩(wěn)定后緩慢加入預熔渣料,加渣速度2.5~3kg/min,引弧化渣時間25min~28min,化渣期末電流升至4000a~4200a,電壓升至40v~42v。

    f、重熔期熔煉:化渣期完成后進入重熔期,重熔期熔速3.5kg/min~4kg/min,根據熔速微調電壓、電流在40v~44v、4000a~4500a范圍內小幅波動,重熔期終止電壓40v~42v,電流4000a~4500a。

    g、補縮:熔煉至電極質量剩余40kg~50kg時開始補縮,補縮期初始電壓40v~42v、初始電流4000a~4500a,終止電壓25v~30v、終止電流1500a~1800a,補縮期25~30min,補縮時緩慢降低電壓、電流。

    h、氬氣保護:電渣整個熔煉過程包括引弧化渣、重熔、補縮均在氬氣保護下進行,氬氣體積流量50l/min~150l/min,以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標。

    i、脫模:熔煉結束后60min~80min脫模,電渣鋼錠放入500℃~550℃加熱爐中緩冷。

    實施例1:本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝。

    (1)電極制備:根據目標成分,使用500kg真空感應爐冶煉;待爐內真空度降至5pa后開始送電;待*料熔化完成2/3時加入銅板等物料;待所有爐料熔清后,在1.2pa真空度下精煉40min;精煉結束充氬至2000pa,微調至成分合格。保持過熱度50℃低溫出鋼,澆注在φ200*1800mm水冷錠模中,冷卻后扒皮,焊接至輔助電極上;置于200℃爐中2h以去焊接應力。

    電極主要成分為:ni66.4%,cu30%,fe2%,mn1%,si0.5%,c0.02%,p0.015%,s0.010%。

    (2)在底水箱正中鋪設φ220*30mm引錠板,再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ200mm*50mm*0.1mm同材質引弧圈,充分烘烤的1.5kg蒙乃爾合金引弧屑、0.05kg鋁粒和0.3kg預熔渣,壓實。圈外四周放置0.1kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位,接通氬氣管道。

    (3)將預熔渣在600℃下烘烤10h;預熔渣成分為:caf265%,cao20%,al2o310%,mgo3%,sio22%,半球點溫度為1236℃,渣量25kg。

    (4)電渣冶煉:將電極下降至距離引弧劑40mm時,設定起弧電壓20v、電流1800a,通電引弧,弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,加渣速度為2.5kg/min,引弧化渣時間25min,化渣期末電流升至4000a,電壓升至40v。

    化渣期完成后自動進入重熔期,重熔期熔速3.5kg/min,電壓u為40v~44v、電流i為4000a~4500a,重熔期終止電壓40v、電流4000a。

    熔煉至電極剩余40kg時開始補縮,補縮期初始電壓40v、電流4000a,終止電壓25v、電流1500a,補縮期25min,補縮時緩慢降低電壓、電流。

    (5)氬氣保護:整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,氬氣流量50~100l/min,以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標。

    (6)熔煉結束后60min脫模,電渣鋼錠放入500℃加熱爐中緩冷。

    本實施例所得電渣錠表面質量良好,無渣溝、裂紋,無疏松、縮孔等低倍缺陷。在電渣錠頂部中心取樣,實測主要化學成分:ni66.5%,cu30.5%,fe2%,mn1%,si0.3%,c0.01%,p0.015%,s0.006%;符合要求。在電渣錠底部中心取樣,實測主要化學成分:ni66.2%,cu30.5%,fe2%,mn1%,si0.4%,c0.01%,p0.014%,s0.003%;符合要求。

    實施例2:本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝。

    (1)電極制備:根據目標成分,使用500kg真空感應爐冶煉;待爐內真空度降至3pa后開始送電;待*料熔化完成3/4時加入銅板等物料;待所有爐料熔清后,在1.5pa真空度下精煉50min;精煉結束充氬至2500pa,微調至成分合格。保持過熱度60℃低溫出鋼,澆注在φ220*1500mm水冷錠模中,冷卻后扒皮,焊接至輔助電極上;置于220℃爐中1.5h以去焊接應力。

    電極主要成分為:ni65%,cu31.5%,fe2.5%,mn0.5%,si0.2%,c0.01%,p0.013%,s0.015%。

    (2)在底水箱正中鋪設φ230*30mm引錠板,再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ210mm*50mm*0.1mm同材質引弧圈,充分烘烤的1.6kg蒙乃爾合金引弧屑、0.05kg鋁粒和0.3kg預熔渣,壓實。圈外四周放置0.1kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位,接通氬氣管道。

    (3)將預熔渣在700℃下烘烤10h;預熔渣成分為:caf267%,cao20%,al2o38%,mgo3%,sio22%,半球點溫度為1234℃,渣量30kg。

    (4)電渣冶煉:將電極下降至距離引弧劑50mm時,設定起弧電壓20v、電流1800a,通電引弧,弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,加渣速度為3kg/min,引弧化渣時間25min,化渣期末電流升至4000a,電壓升至42v。

    化渣期完成后自動進入重熔期,重熔期熔速4kg/min,電壓u為42v~44v、電流i為4000a~4500a,重熔期終止電壓42v、電流4000a。

    熔煉至電極剩余50kg時開始補縮,補縮期初始電壓42v、電流4000a,終止電壓30v、電流1500a,補縮期30min,補縮時緩慢降低電壓、電流。

    (5)氬氣保護:整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,氬氣流量100~150l/min,以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標。

    (6)熔煉結束后80min時脫模,電渣鋼錠放入500℃加熱爐中緩冷。

    本實施例所得電渣錠表面質量良好,無渣溝、裂紋,無疏松、縮孔等低倍缺陷。在電渣錠頂部中心取樣,實測主要化學成分:ni65%,cu31.4%,fe2.5%,mn0.4%,si0.1%,c0.01%,p0.015%,s0.008%。符合要求。在電渣錠底部中心取樣,實測主要化學成分:ni65%,cu31.5%,fe2.4%,mn0.4%,si0.1%,c0.01%,p0.014%,s0.006%。符合要求。

    實施例3:本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝。

    (1)電極制備:根據目標成分,使用500kg真空感應爐冶煉;待爐內真空度降至4pa后開始送電;待*料熔化完成70%時加入銅板等物料;待所有爐料熔清后,在1.3pa真空度下精煉60min;精煉結束充氬至2200pa,微調至成分合格。保持過熱度45℃低溫出鋼,澆注在φ200*1800mm水冷錠模中,冷卻后扒皮,焊接至輔助電極上;置于250℃爐中2h以去焊接應力。

    電極主要成分為:ni70%,cu28%,fe1.1%,mn0.4%,si0.3%,c0.01%,p0.012%,s0.018%。

    (2)在底水箱正中鋪設φ225*30mm引錠板,再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ200mm*50mm*0.1mm同材質引弧圈,充分烘烤的2.0kg蒙乃爾合金引弧屑、0.06kg鋁粒和0.5kg預熔渣,壓實。圈外四周放置0.15kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位,接通氬氣管道。

    (3)將預熔渣在650℃下烘烤15h;預熔渣成分為:caf270%,cao15%,al2o310%,mgo2%,sio23%,半球點溫度為1240℃,渣量28kg。

    (4)電渣冶煉:將電極下降至距離引弧劑42mm時,設定起弧電壓25v、電流1900a,通電引弧,弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,加渣速度為2.7kg/min,引弧化渣時間28min,化渣期末電流升至4100a,電壓升至41v。

    化渣期完成后自動進入重熔期,重熔期熔速3.7kg/min,電壓u為40v~42v、電流i為4200a~4400a,重熔期終止電壓41v、電流4500a。

    熔煉至電極剩余45kg時開始補縮,補縮期初始電壓41v、電流4500a,終止電壓28v、電流1800a,補縮期27min,補縮時緩慢降低電壓、電流。

    (5)氬氣保護:整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,氬氣流量80~120l/min,以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標。

    (6)熔煉結束后70min脫模,電渣鋼錠放入550℃加熱爐中緩冷。

    本實施例所得電渣錠表面質量良好,無渣溝、裂紋,無疏松、縮孔等低倍缺陷。在電渣錠頂部中心取樣,實測主要化學成分:ni69%,cu28%,fe1.1%,mn0.4%,si0.28%,c0.01%,p0.013%,s0.008%;符合要求。在電渣錠底部中心取樣,實測主要化學成分:ni70%,cu28.2%,fe1.0%,mn0.4%,si0.30%,c0.01%,p0.012%,s0.004%;符合要求。

    實施例4:本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝。

    (1)電極制備:根據目標成分,使用500kg真空感應爐冶煉;待爐內真空度降至4pa后開始送電;待*料熔化完成70%時加入銅板等物料;待所有爐料熔清后,在1.5pa真空度下精煉55min;精煉結束充氬至2100pa,微調至成分合格。保持過熱度40℃低溫出鋼,澆注在φ220*1500mm水冷錠模中,冷卻后扒皮,焊接至輔助電極上;置于230℃爐中1.8h以去焊接應力。

    電極主要成分為:ni63%,cu34%,fe1.8%,mn0.7%,si0.4%,c0.02%,p0.012%,s0.020%。

    (2)在底水箱正中鋪設φ220*30mm引錠板,再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ205mm*50mm*0.1mm同材質引弧圈,充分烘烤的1.8kg蒙乃爾合金引弧屑、0.08kg鋁粒和0.4kg預熔渣,壓實。圈外四周放置0.2kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位,接通氬氣管道。

    (3)將預熔渣在680℃下烘烤12h;預熔渣成分為:caf268%,cao18%,al2o39%,mgo2.5%,sio22.5%,半球點溫度為1230℃,渣量30kg。

    (4)電渣冶煉:將電極下降至距離引弧劑45mm時,設定起弧電壓22v、電流2000a,通電引弧,弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,加渣速度為2.8kg/min,引弧化渣時間26min,化渣期末電流升至4200a,電壓升至42v。

    化渣期完成后自動進入重熔期,重熔期熔速3.8kg/min,電壓u為41v~43v、電流i為4000a~4200a,重熔期終止電壓41v、電流4200a。

    熔煉至電極剩余44kg時開始補縮,補縮期初始電壓41v、電流4200a,終止電壓26v、電流1650a,補縮期28min,補縮時緩慢降低電壓、電流。

    (5)氬氣保護:整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,氬氣流量70~110l/min,以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標。

    (6)熔煉結束后75min時脫模,電渣鋼錠放入525℃加熱爐中緩冷。

    本實施例所得電渣錠表面質量良好,無渣溝、裂紋,無疏松、縮孔等低倍缺陷。在電渣錠頂部中心取樣,實測主要化學成分:ni63%,cu34.2%,fe1.5%,mn0.7%,si0.3%,c0.02%,p0.010%,s0.006%。符合要求。在電渣錠底部中心取樣,實測主要化學成分:ni63%,cu33.8%,fe1.8%,mn0.7%,si0.4%,c0.02%,p0.011%,s0.004%。符合要求。


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