CN102912151B - 高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法 - Google Patents

高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，有以下步骤：将自熔电极棒的配料成分按重量份为：Ni：25～34份、Cr：25～29份、Mo：2.5～4.5份、Fe：30～45份，经真空感应熔炼，制得自熔电极棒；自熔电极棒在渣料配比按重量份为：CaF2：55～80份、CaO：5～25份、Al2O3:5～15份、MgO：5～10份的熔融电渣重熔渣料中缓慢熔化，提纯，在结晶器重新结晶，得到电渣锭；电渣锭在1130±5℃的温度下，锻造成棒材，固溶处理，得到高性能耐蚀合金。采用本发明方法可以减少合金中的硫、磷等有害元素的含量，改善合金的杂质分布情况，利于细化组织，改善其热加工性能和成材率。

Description

高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法
技术领域
本发明涉及一种冶金熔炼领域，特别涉及一种高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法。
背景技术
石油天然气勘探开采领域用高性能耐蚀合金是指能够满足深海、深井油气田用，且拥有优异的力学、耐蚀等综合性能，同时具备高温高压下抗H2S、CO2、Cl-的综合强酸腐蚀的高性价比合金。高性能耐蚀合金因合金含量较高，偏析严重，尤其是大规格产品，采用普通的电渣重熔工艺易于产生严重偏析，造成组织不均匀，容易析出σ脆性相，特别是热加工温区范围窄，高温热塑性较差，在热加工过程中易产生裂纹，最终导致热加工成材率极低，普通的电渣重熔工艺生产的高性能耐蚀合金的成材率一般不超过70%。因此杂质对高性能耐蚀合金的各项性能影响非常大。
电渣重熔是一种重要的提纯材料改善组织的冶金工艺技术，对材料的性能有着非常大的影响。如何通过合适的电渣重熔工艺，有效的降低有害元素，细化夹杂使杂质均匀化分布，细化组织使组织均匀化等，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目是提供一种高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，采用该方法可以减少合金的有害元素，改善合金的杂质分布情况，利于细化组织，大大降低了金属材料中的硫、磷含量，从而改善高性能耐蚀合金的热加工性能和成材率。
高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，有以下步骤：
1）自熔电极棒的制备
自熔电极棒的配料成分按重量份为：Ni：25～34份、Cr：25～29份、Mo：2.5～4.5份、Fe：30～45份，经真空感应熔炼，浇铸成圆棒，将圆棒表面砂磨精整后，制得电渣重熔的自熔电极棒；
2）电渣重熔
电渣重熔的渣料配比按重量份为：CaF2：55~80份、CaO：5～25份、Al2O3:5～15份、MgO：5～10份，将所述电渣重熔的渣料在结晶器中加热至熔融状态，加热时需要对结晶器进行冷却，起保护作用。本发明采用水冷，即结晶器和底板均采用水冷却。将步骤1）中制备的自熔电极棒缓慢下降到熔融的电渣重熔渣料中，通电起弧，调整重熔电压至50～65V、电流12500～14500A；
自熔电极棒缓慢熔化后，自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应，提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到电渣锭；
电渣锭在1130±5℃的温度下保温5小时，锻造成棒材，将棒材制备成板坯或管坯，在 1130±5℃温度下进行2～5小时的固溶处理，得到高性能耐蚀合金。
步骤1）中所述的自熔电极棒的直径为220mm~450mm。
步骤2）中的电极棒与结晶器的直径比值为填充比，所述填充比为0.4～0.8。
将棒材（黑皮棒）制备成板坯、管坯时，该板坯、管坯的加工度大于或等于40%。
发明人经过多年的试验，探索出了一种高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，该方法可以有效的改善材料的纯度和组织，大大降低了金属材料中的硫、磷含量，大大提高产品成品率。
电渣重熔是一种重要的提纯材料改善组织的冶金工艺技术，对材料的性能有着非常大的影响。电渣重熔可以有效的降低有害元素，细化夹杂使杂质均匀化分布，细化组织使组织均匀化等。对于高性能耐蚀合金影响更显著，合理的电渣重熔工艺改善合金的热加工性能，大大提高成材率，有利于合金的耐蚀等各项性能。经测试，高性能耐蚀合金杂质元素化学成分为：C＜0.015%，S＜0.003%，P＜0.003%，Ca＜0.003%，O＜0.002%，H＜0.0004%；大大降低了金属材料中的硫、磷含量，热加工成材率达到了90%左右；达到了提高纯净度和成材率的目的。
本发明的有益效果是，采用本发明所述方法得到的高性能耐蚀合金，其合金的纯度提高，组织优化，杂质元素含量更低，热加工性能更好，大大提高了产品的成材率，同时该合金的使用性能更加稳定，性能良好且成本较低。该合金可极大促进生产成本高、开发难度大石油天然气勘探开采领域用高性能耐蚀合金的开发和利用，将缓解因能源替代技术发展缓慢而造成的世界各国对石油和天然气增长需求，其经济效益和社会效益非常显著。
本发明镍含量为99.5%的金属镍粉，铬含量为99.5%的纯铬，钼含量为99.5%的金属钼粉，铁含量为99.5%的纯铁，CaF2、CaO、MgO含量均为99.5%，均采用市售的常规产品。
具体实施方式
实施例1
高性能耐蚀合金超纯电渣重熔方法有以下步骤：
a）自熔电极棒的制备
按每炉合金总重3000kg计算，该高性能耐蚀合金自熔电极棒的配料成分按重量百分比计算：Ni：29%、Cr：28%、Mo：3%、Fe：40%，经真空感应熔炼，浇铸成Φ450mm圆棒，将圆棒表面砂磨精整后，即为电渣重熔的自熔电极棒；
b）、电渣重熔
电渣重熔的渣料按照每炉次用量为150kg计算，配比按重量百分比计算为：CaF2：75%、CaO：5%、Al2O3: 15%、MgO：5%，专用于该高性能耐蚀合金电渣重熔，将上述渣料在结晶器中通过石墨电极棒加热至熔融状态，结晶器和地板均采用水冷却，将步骤a）中制备的自熔电极棒缓慢下降到熔融的电渣重熔渣料中，通电起弧后，调整重熔电压至55V、电流逐步调整到13500A；自熔电极棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到Φ600mm的电渣锭；电渣锭在经过1140±5℃的温度下保温5小时，再锻造成棒材（黑皮棒），将黑皮棒经过改锻、热轧、挤压制备成板坯、管坯，经过1140±5℃的温度下进行3小时的固溶处理，检测后即得高性能耐蚀合金。
将黑皮棒经过改锻、热轧、挤压制备成板坯、管坯时，该板坯、管坯的加工度大于或等于40%。
经测试，合金杂质元素化学成分为：C=0.013%，S=0.0015%，P=0.002%，Ca＜0.001%，O＜0.002%，H＜0.0004%；合金中的硫、磷含量大大降低，除去锻棒两头必须锯切掉的缺陷段外，整支锻棒经过超声检测和涡流探伤，均无缺陷，成材率达到了90%；该工艺达到了提纯和提高成材率的效果。
实施例2
高性能耐蚀合金超纯电渣重熔方法，包括以下步骤：
a）自熔电极棒的制备
按每炉合金总重3000kg计算，该高性能耐蚀合金自熔电极棒的配料成分按重量百分比计算： Ni：25%、Cr：26%、Mo：4.5%、Fe：44.5%，经真空感应熔炼，浇铸成Φ350mm圆棒，将圆棒表面砂磨精整后，即为电渣重熔的自熔电极棒；
b）电渣重熔
电渣重熔的渣料按照每炉次用量为150kg计算，配比按重量百分比计算为：CaF2：60%、CaO：25%、Al2O3: 5%、MgO：10%，专用于该高性能耐蚀合金电渣重熔，将上述渣料在结晶器中通过石墨电极棒加热至熔融状态，结晶器和地板均采用水冷却，将步骤a中制备的自熔电极棒缓慢下降到熔融的电渣重熔渣料中，通电起弧后，调整重熔电压至60V、电流14000A；自熔电极棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到Φ500mm的电渣锭；电渣锭在经过1130±5℃的温度下保温5小时，再锻造成棒材（黑皮棒），将黑皮棒经过改锻、热轧、挤压制备成板坯、管坯，经过1130±5℃的温度下进行2.5小时的固溶处理，检测后即得高性能耐蚀合金。
将黑皮棒经过改锻、热轧、挤压制备成板坯、管坯时，该板坯、管坯的加工度大于或等于40%。
经测试，合金杂质元素化学成分为：C=0.010%，S=0.001%，P=0.0008%，Ca=0.0025%，O＜0.002%，H＜0.0004%；合金中的硫、磷含量大大降低，除去锻棒两头必须锯切掉的缺陷段外，整支锻棒经过超声检测和涡流探伤，均无缺陷，成材率达到了89%；该工艺达到了提纯和提高成材率的效果。
实施例3
高性能耐蚀合金超纯电渣重熔方法，包括以下步骤：
a）自熔电极棒的制备
按每炉合金总重3000kg计算，该高性能耐蚀合金自熔电极棒的配料成分按重量百分比计算：Ni：33%、Cr：27%、Mo：2.5%、Fe：37.5%，经真空感应熔炼，浇铸成Φ300mm圆棒，将圆棒表面砂磨精整后，即为电渣重熔的自熔电极棒；
b）电渣重熔
电渣重熔的渣料按照每炉次用量为150kg计算，配比按重量百分比计算为：CaF2：70%、CaO：15%、Al2O3: 10%、MgO：5%，专用于该高性能耐蚀合金电渣重熔，将上述渣料在结晶器中通过石墨电极棒加热至熔融状态，结晶器和地板均采用水冷却，将步骤a中制备的自熔电极棒缓慢下降到熔融的电渣重熔渣料中，通电起弧后，调整重熔电压至52V、电流12800A；自熔电极棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到Φ450mm的电渣锭；电渣锭在经过1130±5℃的温度下保温4小时，再锻造成棒材（黑皮棒），将黑皮棒经过改锻、热轧、挤压制备成板坯、管坯，经过1130±5℃的温度下进行2.5小时的固溶处理，检测后即得高性能耐蚀合金。
将黑皮棒经过改锻、热轧、挤压制备成板坯、管坯时，该板坯、管坯的加工度大于或等于40%。
经测试，合金杂质元素化学成分为：C=0.012%，S=0.0017%，P=0.0023%，Ca＜0.003%，O＜0.002%，H＜0.0004%；合金中的硫、磷含量大大降低，除去锻棒两头必须锯切掉的缺陷段外，整支锻棒经过超声检测和涡流探伤，均无缺陷，成材率达到了92%；该工艺达到了提纯和提高成材率的效果。

Claims (3)

1.一种高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，其特征在于，有以下步骤：
1）自熔电极棒的制备
自熔电极棒的配料成分按重量份为：Ni：25～34份、Cr：25～29份、Mo：2.5～4.5份、Fe：30～45份，经真空感应熔炼，浇铸成圆棒，将圆棒表面砂磨精整后，制得电渣重熔的自熔电极棒，所述的自熔电极棒的直径为220mm~450mm；
2）电渣重熔
电渣重熔的渣料配比各组分按重量份为：CaF2：55～80份、CaO：5～25份、Al2O3:5～15份、MgO：5～10份，将所述电渣重熔的渣料在结晶器中加热至熔融状态，结晶器和底板均采用水冷却，将步骤1）中制备的自熔电极棒下降到熔融的电渣重熔渣料中，通电起弧，调整重熔电压至50～65V、电流12500～14500A；
自熔电极棒缓慢熔化后，自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应，提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到电渣锭；
电渣锭在1130±5℃的温度下保温5小时，锻造成棒材，将棒材制备成板坯或管坯，在 1130±5℃温度下进行2～5小时的固溶处理，得到高性能耐蚀合金。
2.根据权利要求1所述的高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，其特征在于：步骤2）中的电极棒与结晶器的直径比值为填充比，所述填充比为0.4～0.8。
3.根据权利要求1所述的高性能耐蚀合金的超纯电渣重熔方法，其特征在于：将棒材制备成板坯、管坯时，该板坯、管坯的加工度大于或等于40%。
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