CN102400029B - 一种合金的真空冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金的真空冶炼方法，该方法包括一下步骤：加料、抽真空、熔炼、冶炼气体保护、精炼、再加料、熔炼、搅拌、再搅拌、浇铸。本发明可以有效降提高合金中氮的含量，低合金中有害气体和杂质的含量，从而也练出高质量高标准的【1.4785】和【ST33-12】合金。
Description
技术领域
本发明涉及金属的制备工艺，具体地说是一种合金的冶炼方法。
背景技术
【1.4785】和【ST33—12】合金属于含氮合金，氮是钢中强烈形成奥氏体元素，在含氮合金中作为有益元素加入可以显著提高钢的力学性能和耐腐蚀性能。所以氮可以节省昂贵的镍，具有非常广阔的发展前景。但是制约含氮合金应用的重要因素就是合金的冶炼问题。传统的冶炼含氮合金一般在电弧炉或中频感应炉或加压电渣重熔等方法完成。其冶炼技术难度大，工艺复杂，合金中杂质含量高，含氮量难控制，一般在0.1%～0.4%，很难满足高质量的合金标准。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够冶炼处有害气体少、杂质含量少、高质量的合金的冶炼方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为一种合金的真空冶炼方法，包括以下步骤：
（1）将碳放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铌条、钒铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1550℃～1560℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充惰性气体，进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1550℃～1560℃时开始精炼，精炼温度为1550℃～1560℃，精炼时间为10～15分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1400±10℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、电解锰、氮化锰，熔化温度为1550℃～1560℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为3～5分钟，然后自然冷却至1450℃～1460℃，再进行搅拌，搅拌时间为0.5～1分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持10～15分钟，然后破真空出炉。
所述合金为1.4785合金。
所述步骤（1）中的碳优选用铝箔纸包好放入冶炼炉内。出于成本考虑铝箔最经济，铜箔中的铜一般为有害元素，同样面积的包裹铝最少，同时铝有脱氧作用，并且质量很少不会影响成分，又有一定的耐温性和强度。
所述步骤（3）中惰性气体优选为氩气。所有惰性气体均可，但是出于经济且更易获得考虑，氩气为最优选择。
5、一种合金的真空冶炼方法，包括以下步骤：
（1）将碳放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铜屑、铌条、钒铁、硫铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1550℃～1560℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充惰性气体，进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1550℃～1560℃时进行精炼，精炼温度为1550℃～1560℃，精炼时间为10～15分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1400±10℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铜屑、铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、硫铁、电解锰、氮化锰，熔炼温度为1550℃～1560℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为3～5分钟，然后自然冷却至1450℃～1460℃，再进行搅拌，搅拌时间为0.5～1分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持10～15分钟，然后破真空出炉。
所述合金为ST33—12合金。
所述步骤（1）中的碳优选用铝箔纸包好放入冶炼炉内。出于成本考虑铝箔最经济，铜箔中的铜一般为有害元素，同样面积的包裹铝最少，同时铝有脱氧作用，并且质量很少不会影响成分，又有一定的耐温性和强度。
所述步骤（3）中惰性气体优选为氩气。所有惰性气体均可，但是出于经济且更易获得考虑，氩气为最优选择。
氮在【1.4785】和【ST33—12】合金中是以氮化锰或氮化铬铁中间合金的形式加入。氮化锰的熔点在1200℃（是真空冶炼含氮合金的首选）。氮化铬铁熔点在1600℃以上。因为在真空冶炼中，随着熔炼温度的升高，氮在钢中的溶解度下降。在真空冶炼中氮化锰是最后加入到合金熔液中，并迅速熔化和搅拌均匀，并迅速浇注。由于时间比较短，钢液中溶解的氮来不及溢出而被滞留在钢液中，从而得到高含氮量的高氮钢。
特别是【1.4785】合金，加入20%～22%以上的铬和9.5%～11.5%的锰都能显著提高氮在合金中的溶解度。随着合金中：钼，0.75%～1.25%，钒，0.75%～1%，铌，1%～1.2%，的加入，更加进一步增强氮在钢中的溶解度。而合金中的：碳，镍，硅，等元素在真空冶炼中应进行严格的控制，配料计算时应取下限为好。因为碳，镍，硅等元素是阻碍氮在钢中的溶解度的元素，所以要进行严格控制。
合金在真空条件进行熔炼时，由于真空负压强的作用，合金元素在高温熔炼时低熔点合金元素会产生挥发（蒸发），各合金元素在熔炼过程中损耗数值的多少，取决于该合金元素的饱和蒸汽压和对氧的亲和力。合金在真空熔炼时，随着温度的升高，金属液的饱和蒸汽压值将增加。真空熔炼时气压很低，造成气体中蒸汽压的分压力小于该温度时的饱和蒸汽压，而使金属液中的元素不断蒸发以达到平衡。特别是真空度高和熔炼温度高时，元素蒸发严重。熔炼时间长时，元素蒸发严重。1600℃时，各饱和蒸汽压的数值按下面的顺序由高到低：
磷，硫，镉，锌，镁，钙，铋，锑，铅，锰，银，铝，锡，铜，铬，铁，镍，钴，硅，铈，钛，钒，硼，锆，钼，铌，钨。
常见元素与氧亲和力的强弱顺序如下：【强】——【弱】
Ca:—Ce:—Al:—Zr:—B:—Ti:—Si:—V:—Mn:—Cr:—Fe:—P:—Mo:—W:—Ni:—Cu:
在真空熔炼中，钨，锆，铌，钼等是最难蒸发的元素，而铬，铜，铝，锰等则相对容易蒸发。铅，铋，锑，锌，硫，磷都是熔点低，而饱和蒸气压高的元素，真空熔炼时，它们很容易蒸发掉。而他们在高温合金中都是有害元素，故他们的蒸发使合金净化，耐热性增加。真空炉熔炼时，饱和蒸汽压低与氧亲和力大的元素真空冶炼时损耗的就越多。真空度和温度越高，熔炼时间越长，则元素蒸发越多。根据以上原理在真空冶炼【1.4785】，【ST33—12】合金时.各元素含量控制范围及烧损率如下：
【1.4785】合金各元素控制范围：
ST33—12】合金各元素控制范围：
有益效果：本发明可以有效降提高合金中氮的含量，低合金中有害气体和杂质的含量，从而也练出高质量高标准的【1.4785】和【ST33—12】合金。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：【1.4785】合金，该合金化学成分要求是：
冶炼步骤如下：
（1）将碳用铝箔纸包好放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铌条、钒铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1550℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充氩气，进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1550℃时开始精炼，精炼温度为1550℃，精炼时间为10分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1390℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、电解锰、氮化锰，熔化温度为1550℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为3分钟，然后自然冷却至1450℃，再进行搅拌，搅拌时间为0.5分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持10分钟，然后破真空出炉。
实施例二：【1.4785】合金，该合金化学成分要求是：
| 元素名称 | C | Cr | Mn | Mo | N | Nb | Ni | V | Fe |
| 成分范围 | 0.57-0.65 | 20-22 | 9.5-11.5 | 0.75-1.25 | 0.4-0.6 | 1-1.2 | 0-1.5 | 0.75-1 | 余 |
| 配料成分 | 0.6 | 21.2 | 10.7 | 1 | 0.75 | 1.1 | 0.5 | 0.95 | 62.9 |
冶炼步骤如下：
（1）将碳用铝箔纸包好放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铌条、钒铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1560℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充惰性气体（氩气50%，氮气50%），进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1560℃时开始精炼，精炼温度为1560℃，精炼时间为15分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1410℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、电解锰、氮化锰，熔化温度为1560℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为5分钟，然后自然冷却至1460℃，再进行搅拌，搅拌时间为1分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持15分钟，然后破真空出炉。
实施例三：【ST33—12】合金，该合金的化学成分要求是：
冶炼步骤如下：
（1）将碳用铝箔纸包好放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铜屑、铌条、钒铁、硫铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1550℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充氩气，进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1550℃时进行精炼，精炼温度为1550℃，精炼时间为10分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1390℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铜屑、铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、硫铁、电解锰、氮化锰，熔炼温度为1550℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为3分钟，然后自然冷却至1450℃，再进行搅拌，搅拌时间为0.5分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持10分钟，然后破真空出炉。
实施例四：【ST33—12】合金，该合金的化学成分要求是：
冶炼步骤如下：
（1）将碳用铝箔纸包好放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铜屑、铌条、钒铁、硫铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1560℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充惰性气体（50%氩气，50%氮气），进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1560℃时进行精炼，精炼温度为1560℃，精炼时间为15分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1410℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铜屑、铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、硫铁、电解锰、氮化锰，熔炼温度为1560℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为5分钟，然后自然冷却至1460℃，再进行搅拌，搅拌时间为1分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持15分钟，然后破真空出炉。
Claims (6)
1.一种合金的真空冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将碳放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铌条、钒铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1550℃～1560℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充惰性气体，进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1550℃～1560℃时开始精炼，精炼温度为1550℃～1560℃，精炼时间为10～15分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1400±10℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、电解锰、氮化锰，熔化温度为1550℃～1560℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为3～5分钟，然后自然冷却至1450℃～1460℃，再进行搅拌，搅拌时间为0.5～1分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持10～15分钟，然后破真空出炉；
所述合金为1.4785合金，其中各元素百分含量范围分别为：碳0.57-0.65、铬20-22、锰9.5-11.5、钼0.75-1.25、氮0.4-0.6、铌1-1.2、镍0-1.5、钒0.75-1、余量为铁。
2.根据权利要求1所述一种合金的真空冶炼方法，其特征在于：所述步骤（1）中的碳用铝箔纸包好放入冶炼炉内。
3.根据权利要求1所述一种合金的真空冶炼方法，其特征在于：所述步骤（3）中惰性气体为氩气。
4.一种合金的真空冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将碳放入冶炼炉内，再加入合金基体元素：纯铁、金属铬、金属钼和金属镍；
（2）然后在冶炼炉的合金加料仓内分别放入：铜屑、铌条、钒铁、硫铁、电解锰、氮化锰，之后将合金加料仓进行抽真空，接着进行升温熔化，熔化温度为1550℃～1560℃；
（3）待各合金元素熔化以后，开始对合金加料仓内充惰性气体，进行冶炼气体保护；
（4）待合金熔液温度达到1550℃～1560℃时进行精炼，精炼温度为1550℃～1560℃，精炼时间为10～15分钟；
（5）精炼完成之后，待合金熔液自然冷却至1400±10℃，然后按照如下顺序依次加入合金化元素并进行升温熔化：铜屑、铌铁或金属铌、钒铁、硅铁、硫铁、电解锰、氮化锰，熔炼温度为1550℃～1560℃，待合金化元素全部熔化以后进行搅拌处理，搅拌时间为3～5分钟，然后自然冷却至1450℃～1460℃，再进行搅拌，搅拌时间为0.5～1分钟；
（6）待搅拌完成后，最后进行浇铸，浇铸完成后在真空状态下保持10～15分钟，然后破真空出炉；
所述合金为ST33—12合金，其中各元素百分含量范围分别为：碳0.2-0.4、铬24-28、锰1.0-2、钼2.3-3、氮0.1-0.3、铌1.0-3、镍18-23、硫0.2-0.4、硅2-3.3、钨2-3.5、铜0-3、余量为铁。
5.根据权利要求4所述一种合金的真空冶炼方法，其特征在于：所述步骤（1）中的碳用铝箔纸包好放入冶炼炉内。
6.根据权利要求4所述一种合金的真空冶炼方法，其特征在于：所述步骤（3）中惰性气体为氩气。
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