CN101096731A

CN101096731A - 一种镍镁合金及其冶炼方法

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Publication number: CN101096731A
Application number: CNA2006100282484A
Authority: CN
Inventors: 郑庆; 陈兆平
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: CN100473734C

Abstract

本发明涉及一种镍基合金及其冶炼方法，特别涉及一种镍镁合金及其冶炼方法。主要解决现有镍镁合金的成分稳定性差，且不能生产镁含量大于32wt％的合金以及冶炼时间过长的技术问题。本发明的技术方案为：一种镍镁合金，其组成成分的重量百分配比为：镁：8-49％，Ni：49-91％，Fe：0-18％，杂质元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。(Al％+C％+Si％+Mn％)＜2.5％。镍镁合金的冶炼方法，依次包括以下步骤：备料、装料、送电、熔化、摇炉、合金化及浇注工序。本发明可以适用于冶炼镁含量在8-49wt％范围的镍镁合金。

Description

一种镍镁合金及其冶炼方法

技术领域：本发明涉及一种镍基合金及其冶炼方法，特别涉及一种镍镁合金及其冶炼方法。

背景技术：一些高等级钢材及磁性材料的生产中需要用到镁脱氧，由于金属镁的熔点低且容易蒸发，直接向钢水中加入金属镁容易产生火花、烟雾甚至爆炸，镁的收得率不稳定且严重影响冶炼生产安全，故一般将镁和较高熔点的金属熔炼成合金后再使用。其中最为常见的合金形式为镍镁合金或者镍镁铁合金，合金中镁的含量为3-50％(重量百分比)。但对于镍镁合金，由于镍的熔点达1452℃，镁的熔点只有650℃，且金属镁还具有蒸汽压高，不导磁(不感应)等特点，实际生产难度很大，冶炼时容易引发火灾、烟雾甚至爆炸，镁收得率极低(一般60％以下)以及合金成分不容易达到等缺点。此前所使用到的镍镁合金一般也如采用真空感应炉熔炼，但存在以下问题：镁的收得率低且不稳定，致镍镁合金的成分稳定性差，且不能生产镁含量大于32％的合金。冶炼的时间过长。这主要是因为镁为非铁磁性金属，在普通感应炉内不感应，需要采用石墨坩埚，或者有芯感应炉，这为实际的批量生产带来很大不便，也直接导致前面所述的镁收得率低的问题。

发明内容：本发明的目的是提供一种镍镁合金及其冶炼方法，主要解决现有镍镁合金的成分稳定性差，且不能生产镁含量大于32wt％的合金以及冶炼时间过长的技术问题。本发明的技术方案为：一种镍镁合金，其组成成分的重量百分配比为：镁：8-49％，Ni：49-91％，Fe：0-18％，杂质元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。(Al％+C％+Si％+Mn％)＜2.5％。

镍镁合金的冶炼方法，依次包括以下步骤：备料、装料、送电、熔化、摇炉、合金化及浇注工序，装料时，镍全部装入炉内，镁块初次装入全量的50-90％，镁、镍(和铁)可以选择以下四种方式中的一种进行装填：镁、镍块相间分3-6层装炉，最下层为镁；镁、镍块相间分3-6层装炉，最下层为镍；镁镍块混合(不分层)装炉；镁镍块分两层装炉，上为镁块；铁和镍或镁放在一起。在冶炼熔化工序，控制炉内温度高于1510℃，冶炼当中向炉内补加镁，在金属料未完全熔化以前，感应炉功率保持2.3-3.1Kw/Kg金属料，熔清后，感应炉功率应保持1.0-2.2Kw/Kg水平，在浇注前6-10分钟内，功率水平应低于1.6Kw/Kg，在炉料熔清前或熔清后的两个阶段至少有一个阶段控制炉内真空度为34000Pa-51000Pa，并同时通氩气保护。铸锭的浇注采用耐材铸模，浇注中控制真空度为75000-100000Pa，浇注温度为720-1180℃。

炉型及锭模的选用：采用真空无芯感应炉进行熔炼，炉衬采用镁砂，水玻璃粘结，采用耐材锭模。

配料：按照成品合金中镁含量配料，其中镍的收得率按100％配，镁按下面的收得率配：合金镁含量在8-17％时，镁收得率89-91％；镁含量为17-36％时镁收得率90-93％；镁含量36％以上按93％收得率配料。

要求金属镍锭加工成单重不超过50克的块状料，镁锭加工成单重不超过120克的块状料；炉内加入主要含KCl和NaCl成分的预熔渣。

冶炼当中进行至少2次手工摇炉以加强搅拌及保证铸锭成分的均匀性。

本发明的有益效果是：1、大幅度提高了镁的收得率。熔炼NiMg合金中的主要问题是镁的烧损和升华。烧损的原因是镁的高活性和高温，故必须采用真空炉熔炼；升华是因为镁的蒸汽压比较高，而采用真空炉熔炼又将加剧升华。本发明合理调整冶炼全过程的真空度和温度，将镁的损失降到最低，能生产出镁含量大于32 wt％的镍镁合金。2、加快熔炼速度，降低冶炼成本。由于金属镁为非铁磁性金属，在感应炉内不感应生热，虽然，尽管镍是铁磁性金属，在采用无芯感应炉且不加石墨坩埚的情况下，炉内的升温速度是非常慢的，采用本发明所要求的方法可以较其它的方式显著加快熔化。3、铸锭金属成分均匀、偏析少，且成分精度高。由于镁的收得率高、感应炉升温速度快，采用合理的控温、摇炉及浇注方式，使得成分的控制精度提高。4、对冶炼设备的影响较小。金属镁的烧损和升华对设备有一定的影响，对后续的冶炼操作带来不便，常见问题如烟雾使感应炉窥视镜表面严重积尘，镁蒸汽积聚真空管道内壁在破真空时容易引发明火等，为生产安全及设备状况的稳定带来隐患。本发明由于对镁的烧损进行较好的控制，大大减少了烟雾的产生。综上所述，本发明所提出的方法为工业化生产镍镁合金提供了一种保障安全、质量稳定和成本易控的方法。

具体实施方式：

实施例1：使用镁砂炉衬的真空感应炉，容量为50公斤，功率为100kW，冶炼Ni-35％Mg合金。

炉料使用金属镁锭和镍板，纯度均为99％以上。实际装入量为32kg，按镁收得率按90％计算，因此实际配料为镍20.8公斤和镁12.4公斤。将镍板切割成25×10×5mm(镍板厚度)小片材，镁锭切割成单重介于70-110克方块料。

装料时，镍片一次全部装入，镁块装入9.7公斤，另外2.7公斤装入炉内合金料斗备用。镁、镍分层装入，最下面一层为镁块，上面铺一层镍片，镁块间缝隙亦塞入镍片，炉内最上面一层为镍片。金属料装入后，再在炉内加入200克以KCl和NaCl为主要成分的预熔渣覆盖。

装料完毕后合上炉盖升温。前面17分钟设定感应炉电流530A、电压160V、真空度3Pa。在通电13分钟后炉内可观察到液态金属，即金属已经部分熔化。第18分钟后调整供电和真空度，调整后的电流为500A，电压为140V，真空度43000Pa，同时打开氩气阀门，对炉内通氩气保护。第23分钟进行第一次摇炉，时间为1分钟。第28分钟炉内金属全部熔化，此时开启真空炉料斗阀门向炉内补加镁块。开启阀门前调整炉电流至300A，电压150V和真空度46000Pa，维持5分钟，期间进行第二次摇炉。第38分钟取样后，其后关闭感应线圈电源，调整真空度至93000Pa，倾斜炉体进行浇注，浇注结束10分钟后打开炉盖。事后对所取试样进行成分分析为含镍64.1％，Mg 35.5％，与预定成分非常接近，理论计算镁收得率91.6％，铸锭外观无明显缺陷，对各个部位取样作成分分析后表明铸锭内部偏析非常轻微。

实施例2：使用同一真空感应炉冶炼Ni-12％Mg合金。

实际装入量为35kg，按镁收得率按90％计算，因此实际配料为镍30.8公斤和镁4.7公斤。将镍板切割成25×10×5(镍板厚度)小片材，镁锭切割成单重介于30-70克方块料。

装料时，镍片一次全部装入，镁块装入3.7公斤，另外1公斤装入炉内合金料斗备用。镁、镍交替分层装入，共装入6层，最下面一层为镁块，炉内最上面一层为镍片。

装料完毕后合上炉盖升温。前面14分钟设定感应炉电流550A、电压150V、真空度3Pa。在通电12分钟后炉内金属部分熔化。第16分钟后调整供电和真空度并通氩气保护，调整后的电流为500A，电压为130V，真空度46000Pa。第19分钟进行第一次摇炉，时间为1.5分钟。第25分钟炉内金属全部熔化后开启真空炉料斗阀门向炉内补加镁块。开启阀门前调整炉电流至330A，电压120V和真空度50000Pa，维持3分钟，待镁块完全熔化后进行第二次摇炉，时间为1分钟。第30分钟进行取样，其后再次摇炉1.5分钟。最后关闭感应线圈电源，调整真空度到98000Pa，倾斜炉体进行浇注，浇注结束10分钟后打开炉盖。事后对所取试样进行成分分析为含镍88％，Mg 11.8％。理论计算镁收得率88％，与预定收得率比较接近。铸锭质量合格。

实施例3，冶炼Ni-38％Mg-10％Fe合金。按技术方案所述方法备料，镁、镍交替分层装入，共装入4层，最下面一层为镍片，炉内最上面一层为镁块，铁和镍放在一层。其余步骤参照实施例1。事后对所取试样进行成分分析为含镍52.0％，Mg 37.2％，Fe 10.5。理论计算镁收得率89％，与预定收得率比较接近。铸锭质量合格。

实施例4，冶炼Ni-20％Mg-15％Fe合金。按技术方案所述方法备料，镁、镍和铁混合不分层堆放，其余步骤参照实施例1。事后对所取试样进行成分分析为含镍64.1.0％，Mg 19.7％，Fe 15.4。理论计算镁收得率90.5％，与预定收得率比较接近。铸锭质量合格。

本发明所涉及的方法也适用于其它同时含有高活性、高蒸汽压金属元素(如稀土、钙等)与较高熔点金属元素的合金熔炼。例如Ni-Ca合金，Si-Ca合金的冶炼。

Claims

1、一种镍镁合金，其组成成分的重量百分配比为：镁：8-49％，Ni：49-91％，Fe：0-18％，杂质元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。

2、根据权利要求1所述的镍镁合金，其特征是，Al％+C％+Si％+Mn％＜2.5％。

3、权利要求1所述的镍镁合金冶炼方法，其特征是，依次包括以下步骤：备料、装料、送电、熔化、摇炉、合金化及浇注工序，

装料时，镍全部装入炉内，镁块初次装入全量的50-90％，镁、镍和铁可以选择以下四种方式中的一种进行装填：镁、镍块相间分3-6层装炉，最下层为镁；镁、镍块相间分3-6层装炉，最下层为镍；镁镍块混合不分层装炉；镁镍块分两层装炉，上为镁块；铁和镍或镁放在一起；

在冶炼熔化工序，控制炉内温度高于1510℃，冶炼当中向炉内补加镁，在金属料未完全熔化以前，感应炉功率保持2.3-3.1Kw/Kg金属料，熔清后，感应炉功率应保持1.0-2.2Kw/Kg水平，在浇注前6-10分钟内，功率水平应低于1.6Kw/Kg，在炉料熔清前或熔清后的两个阶段至少有一个阶段控制炉内真空度为34000Pa-51000Pa，并同时通氩气保护；

铸锭的浇注采用耐材铸模，浇注中控制真空度为75000-100000Pa，浇注温度为720-1180℃。

4、根据权利要求3所述的镍镁合金冶炼方法，其特征是，金属镍锭加工成单重不超过50克的块状料，镁锭加工成单重不超过120克的块状料；炉内加入主要含KCl和NaCl成分的预熔渣。

5、根据权利要求3所述的镍镁合金冶炼方法，其特征是，冶炼当中进行至少2次摇炉。