[发明专利]一种大吨位低成本生产Inconel690合金的超纯净熔炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及真空感应熔炼领域，具体为一种大吨位低成本生产Inconel690合金的超纯净熔炼工艺方法。

背景技术

Inconel690(以下简称I-690)合金是美国牌号，其主要成分范围如下：

表1Inconel690合金主要成分范围

通常工业化真空感应熔炼生产I-690合金所使用的金属料具有较高的氧、硫含量，计算得出原料带入钢中的全氧含量约在350ppm.wt左右，硫含量在50ppm.wt左右。传统工艺使用MgO或MgO-Al₂O₃为耐火材料的坩埚，无法实现有效脱氧、脱硫；为了生产出氧、硫含量较低的合金，广大生产厂均在原材料选用上投入大量资金，选择低氧、低硫材料进行冶炼生产，但该种方法生产合金的原料成本较高，且产品质量随原料质量波动。

发明内容

本发明目的是提供一种大吨位低成本生产I-690合金的超纯净熔炼工艺方法，采用该方法可在不增加成本前提下生产出氧、硫含量不大于10ppm的超纯净I-690合金，生产出的产品质量稳定可靠，由于纯净度提高，合金的高温塑性、热加工性能都得到很大提高。

本发明具体提供了一种大吨位低成本生产Inconel690合金的超纯净熔炼方法，采用MgO-Al₂O₃耐火材料作为熔炼的坩埚材料，在5吨真空感应熔炼炉上，选用非精选原材料生产氧、硫含量均不大于10ppm的超纯净Inconel690合金，其熔炼工艺流程为：装料→熔化期→精炼期→冷凝→脱氧、脱硫期→浇注；其特征在于：

在装料时，先向坩埚内装入全部碳、金属铬以及占镍总重量18~22%的镍板，在坩埚内金属料全部熔化后，通过料斗向坩埚内吊装纯铁与剩余的镍板；

精炼期温度为1480℃~1520℃，保温时间20-40分钟；

在冷凝时，将Inconel690合金降温至熔点以下；

在合金的脱氧、脱硫期，先加入合金元素Al、Ti进行合金化及预脱氧，然后加入强脱氧剂、脱硫剂，对合金进行终脱氧脱硫，进一步降低合金中的氧、硫含量。

本发明所述大吨位低成本生产Inconel690合金的超纯净熔炼方法，其特征在于：所述脱氧剂为Mg基中间合金，脱硫剂为混合稀土合金。

本发明所述大吨位低成本生产Inconel690合金的超纯净熔炼方法，其特征在于，具体工艺步骤为：

（1）合金装炉：按照成分的要求，将主原料Cr、C以及占镍总重量18~22%的Ni装入坩埚，开始送电熔化；待坩埚内金属料全部熔化后，通过料斗向坩埚内吊装纯铁与剩余的镍板；Ti、Al装入料仓，在完成“合金冷凝”工艺后加入；

（2）合金熔化：合炉抽真空至小于10Pa开始送电，在250KW下保温50-70分钟，后升功率为600KW至化清；

（3）合金精炼：合金化清后，在700KW功率下升温至1480℃~1520℃，保温20-40分钟精炼；

（4）合金冷凝：精炼完成后，停电冷冻至合金熔点以下，冷冻方式为自然炉冷；

（5）合金脱氧、脱硫：合金冷凝结束后送功率700kw至熔化完全，然后降低功率至180kw，向熔池内加入Al块及海绵Ti进行合金化及预脱氧；Al、Ti加入完毕，180kw功率向熔池内加入强脱氧剂、脱硫剂，加入结束后升功率至800KW搅拌半分钟，搅拌结束降功率至160-200kw进行保温，保温期间进行化学成分分析及调整；

（6）合金浇注：在确定合金全部化学成分满足标准要求后，送电800KW，调整温度浇注。

本发明提供的真空感应熔炼工艺方法中，工艺过程的机理如下：

（1）合金装料：将全部金属Cr、C以及占Ni总重量18~22%的Ni装入坩埚，其余金属料通过料斗吊装。由于金属Cr中氧、硫含量很高，其与C、Ni前期熔化形成的熔池具有较高的碳、氧含量，利于熔化过程中的碳-氧反应发生，可有效提高碳的脱氧效果。

（2）合金熔化期：在真空下熔炼主元素，通过此阶段良好的碳-氧反应，达到合金一定的脱氧、脱氮目的；在高真空条件下，降低熔化功率，延长熔化时间，在加强冶金反应动力学条件下，充分脱除原材料带入的氧含量。

（3）合金精炼期：采用较低温度的精炼制度，在避免I-690合金被坩埚污染同时，充分促进钢液的脱气反应进行。充分利用感应熔炼具备的电磁搅拌作用，增大钢液中氧的扩散速度，强化脱氧热力学和动力学，促进脱氧反应进行。