[发明专利]真空反应强度精炼方法及其在制备镍基铁基合金中的应用

说明书

本发明涉及一种真空反应强度精炼方法及其在制备镍基铁基合金中的应用，其技术要点是：将原料投入具有磁力搅拌功能的真空感应熔炼炉内进行熔炼，熔炼过程中，熔体发生完整的垂直方向的循环，即炉体底部的熔体快速翻转到顶部，从而使炉内熔体的全部原子团循环接触炉体上部真空面，通过足够的真空反应强度精炼熔体。通过真空能量改变合金深层微观结构、突破常规合金性能极限，凭借“真空反应强度精炼法”实现真空感应熔炼炉制备高端镍基合金、铁基合金材料，从而满足高端合金材料对使用寿命、变形恢复精度、性能衰减、耐蚀性、磁性等的苛刻要求。

技术领域

本发明涉及有色金属合金的精炼方法，特别是一种真空反应强度精炼方法及其在制备镍基铁基合金中的应用，通过控制真空感应熔炼炉的真空反应强度，实现镍或镍合金或铁合金的真空感应精炼方法。

背景技术

真空感应熔炼是制备高温合金、耐蚀合金、精密合金和高端特钢的重要手段，常规的真空感应精炼工艺通过关注真空度、精炼温度、精炼时间等工艺参数的组合，实现合金脱氧、脱气、提纯和隔绝污染。但是对于满足高端合金材料使用寿命、变形控制、磁性控制、耐蚀性、合金性能衰减等更高要求的微观金相组织控制、深度脱氧、液态相变、合金元素偏析控制、合金元素金属键强度和尺寸效应等方面的研究并由此形成的生产工艺几乎没有，而以上提到的项目却是先进材料制备的关键点，合金材料的使用可靠性、耐用性也由此实现。目前关注新型精炼工艺的研究具有重要意义。

真空感应熔炼技术在钢铁合金材料上的应用从20世纪40年代开始，已经有几十年的历史。对于镍基合金等高合金类材料的制备，国内外企业基本采用此工艺流程。真空感应的精炼工艺决定了合金的微观组织结构和纯净度及气体含量，但是长期以来由于对真空的认识不足，真空感应熔炼的技术着力点基本停留在真空冶金过程中隔绝与大气接触从而保证易氧化元素不被氧化，通过负压下不同元素饱和蒸汽压的差别分离低熔点杂质元素，从而达到净化材料提高纯度的范畴。随着对高合金材料的更高性能要求，如变形要求、高温蠕变性能、疲劳性能、磁性能和耐蚀性能等高寿命材料高安全服役要求，传统真空感应熔炼精炼工艺已经无法满足。而目前，对于真空与电磁感应交互作用下发生的而大气状态下不能发生的熔体合金元素原子间物理化学反应机制，基本没有深入的研究结果。

CN 106222460 B公开了一种镍基高温合金真空感应熔炼方法，其包括如下步骤：步骤1，合金熔化：对所需金属原料进行表面处理，按照Ni、Fe、C、Mo或MoFe、Ni的顺序依次将以上原料在坩埚中由下到上排布，然后将坩埚置于真空感应熔炼炉进行熔炼，当炉室真空度小于0.1Pa时，开始送电熔炼；熔炼过程中慢速阶梯状升功率，功率递增频率为3kW/min；熔化速度小于等于1/4最大炉容量/h；坩埚中排布金属原料的用量为：20％-30％Ni、100％Fe、100％C、100％Mo或100％MoFe、20％-50％Ni，原料熔化过程中加入剩余Ni；步骤2，初次精炼：待炉内物料全部化清，熔体表面平静后，开始初次精炼，初次精炼过程中真空度小于1Pa时进行一次取样测量，测试熔体中的氮元素含量，当其含量小于目标值时初次精炼结束；初次精炼过程中每隔5min进行一次3min的搅拌；步骤3，二次精炼：初次精炼结束后，停电降温至熔体液面结膜，按照所熔炼合金的成分要求依次加入强氮化物形成元素Cr、Nb、Ti、Al；加入物料熔化完成后，进行二次精炼，精炼末期保证炉室内真空度小于1Pa，结束二次精炼期；二次精炼过程中每隔5min进行一次3min的搅拌；步骤4，浇注：二次精炼结束后，停电降温至熔体液面结膜，对真空感应熔炼炉充氩气到15-30kPa，然后按照所熔炼合金的成分要求加入微量和易挥发元素，搅拌至微量合金完全熔化后浇注，即完成合金熔炼。