CN102994769A - 一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺 - Google Patents
一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于特种合金冶炼技术领域,公开的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺主要包括自耗电极的准备、渣系、起弧造渣、渣料提纯、引燃阶段、电渣重熔和补缩;其中自耗电极中Ti的含量控制在1.1%-1.4%,所述的渣系采用五元渣系,各组元的比例为CaF2:Al2O3:CaO:TiO2:SiO22=50%-55%:15%-20%:15%-20%:7%-9%:2%-3%。本发明能生产小截面含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金,有效控制了易氧化元素Ti的烧损,又能保证渣壳具有一定的强度和韧性,使抽锭过程中渣壳不破裂,金属熔池不漏熔。
Description
技术领域
本发明属于特种合金冶炼技术领域,涉及一种电渣重熔工艺,特别是涉及一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺。
背景技术
中国专利号 201010201980,名称为“一种含Ti钢电渣重熔工艺方法”,介绍了825合金电渣重熔过程中Ti元素的控制方法,及所用的渣系。未涉及含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺。
中国专利号CN 101736164 A,名称为“一种电渣重熔高Ti低Al合金成分控制的方法”,通过控制电渣重熔过程中氧的来源,并采用了Ar气保护,使Ti烧损量降到最低。未涉及含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺。
文献“电渣连铸技术的开发” 公开了一种电渣连铸(ESCC)技术,未涉及含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺。
文献“Production of High Quality Billets with the New Electroslag Rapid Remelting Process”、“High Quality Billets by Electroslag Rapid Remelting”、“The Electroslag Rapid Remelting Process under Protective Atmosphere of 145mm Billets”均介绍了一种方坯抽锭电渣重熔工艺,主要涉及高速工具钢和不锈钢,未涉及含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺。
文献“New ESR-technology for new and improved products”介绍了150mm方坯轴承钢GCr15抽锭电渣重熔工艺,未涉及含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺。
目前,含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金采用传统固定式电渣重熔技术生产,其主要特点是一次重熔一个钢锭,钢锭在锻造和轧制时,头尾去除量较大,钢锭的成材率低。而且,对于这种易偏析合金来说,重熔速度与电渣钢锭直径之比低至0.65-0.75,尤其重熔小直径钢锭时,熔炼速度更慢,造成生产效率不高,冶炼费用增加。另外,考虑到安全间隙,实际生产很难实现。
抽锭电渣重熔技术可以连续生产钢锭,提高材料的利用率和生产效率,采用T型结晶器可以实现生产小截面的钢锭,大直径自耗电极重熔在T型结晶器的上部较宽部分进行,熔滴穿过渣层在T型结晶器下端较窄部分形成金属熔池,在水冷结晶器的强制冷却下,逐渐凝固形成钢锭,同时钢锭被连续地拉出结晶器。而该技术未见用来生产含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金的报道。
发明内容
本发明为了克服背景技术中固定式电渣重熔工艺不能生产小截面含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金,以及熔炼速度、生产效率和成材率低的缺点,改变抽锭电渣重熔技术未应用于含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金的现状,提出一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,使该工艺既能有效控制易氧化元素Ti的烧损,又能保证渣壳具有一定的强度和韧性,使抽锭过程中渣壳不破裂,金属熔池不漏熔,从而获得成分合格、表面质量和内部组织优良的含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金电渣锭,并具有生产效率高、成材率高、表面质量、组织性能优良的特点。
本发明为完成上述发明任务采用如下技术方案:
一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺主要包括自耗电极的准备、渣系、起弧造渣、渣料提纯、引燃阶段、电渣重熔和补缩;其中所述的自耗电极中Ti的含量控制在1.1%-1.4%,在电渣重熔过程中,Ti经过一定的量烧损,保证钢锭最终Ti含量在0.6%-1.2%标准范围内;所述的渣系采用五元渣系,各组元的比例为CaF2 :Al2O3: CaO: TiO2 :SiO22=(50%-55%):(15%-20%):(15%-20%):(7%-9%):(2%-3%);采用石墨电极化渣,使渣料熔化成渣;在渣料化渣结束前3-5份加入渣料总量3%-5%的铝粒,用以提纯渣料;然后将石墨电极转化为自耗电极,在引燃阶段提升渣温,将渣的粘度和流动性调整到最佳,再将渣进行电渣重熔,并按照拉锭循环规律进行抽锭;最后进行补缩。
自耗电极的标准成本分与本发明中电极控制成分如表1所示。
表1
所选渣系的熔点以低于重熔金属熔点100-150℃为宜,熔渣必须具有一定的强度和小的摩擦系数,以保证在抽锭过程中渣壳不被拉裂,有利于形成表面光滑的钢锭,Al2O3、CaO含量增加时渣壳的强度增大,塑性降低,当添加SiO2时,可显著地提高塑性,但是必须控制其量,避免使钢锭Si含量超标;当渣中加入一定量的TiO2,使Ti 在钢中与渣中的分配趋于平衡,从而抑制钢中钛的烧损,总上所述,渣系选择五元渣系,且渣料在800-850℃的温度下烘烤7-8小时。渣系的组成如表2所示。
表2
渣系 | CaF2 | Al2O3 | CaO | TiO2 | SiO2 | 总量 |
比例 | 50%-55% | 15%-20% | 15%-20% | 7%-9% | 2%-3% | 200-250kg |
在起弧造渣中,渣料按照CaF2、 CaO 、Al2O3、 TiO2、SiO2的顺序迅速加渣,渣料加完后10-15分钟提升电流,控制在规定值8000A,电压为63V,电压每隔5分钟,加2V,控制在规定值87V;化渣时间为1小时,保证渣料化好化透。在引燃阶段中,自耗电极与石墨电极交替后,引燃电流为0-10000A,电压为80-90V,引燃时间为20-30分钟。
在电渣重熔中,电渣重熔稳定后,电流为9500-10000A,电压为80-85V,熔速为500-620kg/h,并按照拉锭循环规律进行抽锭。
一个拉锭循环包括抽锭、推回、停止三个动作,抽锭:8-10mm/min,推回:3-4mm/min,停止:10-15s;拉锭循环的好坏对钢锭的表面质量有重要影响。
电渣重熔在大气环境下进行,熔炼过程中,加入脱氧剂Al,烧Al保Ti;每吨钢的Al加入量为2-3kg,减少渣系中不稳定氧化物的含量及氧含量,防止Ti在刚开始阶段过渡烧损 , 其中,将整个重熔过程划分为三个时期,每个时期加入脱氧剂Al的量不同,具体为:熔炼前期加Al量为8-10g/min;熔炼中期加Al量为5-7g/min;熔炼后期不加Al;脱氧剂Al的加入方法,影响钢锭的Ti含量。
在补缩中,3-5分钟降一次电流,每次降电流300-800A,最终电流控制在3200-6200A,采用间断给电流补缩,总补缩时间30分钟。
本发明提出一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,改变了抽锭电渣重熔技术未应用于含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金的现状,使工艺可以大幅度降低钢中有害元素S及加杂物的含量,脱S率50%以上,提高钢的纯净度和成分均匀性,结晶趋于轴向,枝晶与轴向夹角控制在25°—30°之间,钢的热加工性能和耐腐蚀性能优异;与传统电渣重熔方式相比,钢锭生产效率提高40%以上,材料的利用率提高5-6%,并可以生产截面285×285mm的电渣锭,甚至更小截面的电渣锭,省去开坯工序,直接进行轧制降低生产成本;克服了背景技术中固定式电渣重熔工艺不能生产小截面含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金,有效控制了易氧化元素Ti的烧损,又能保证渣壳具有一定的强度和韧性,使抽锭过程中渣壳不破裂,金属熔池不漏熔,从而获得成分合格、表面质量和内部组织优良的含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金电渣锭,并具有生产效率高、成材率高、表面质量、组织性能优良的特点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明:
实施例:285mm×285mm×6000mm规格含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金方坯抽锭电渣重熔;
1、电极制备
根据表1要求,采用中频炉+AOD冶炼,浇注自耗电极,电极尺寸:Ф400×3880mm,约重3900kg,一支。将电极表面的氧化皮、夹渣、结巴、油污等打磨干净,然后与假电极焊接。电极的化学成分(重量%)见表3。
表3
元素 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | Ti | Al |
含量(wt%) | 0.015 | 0.10 | 0.48 | 0.01 | 0.022 | 22.24 | 39.04 | 3.09 | 1.11 | 0.137 |
2.电渣重熔工艺
综合考虑电极插入深度、电极端面与结晶器内锥面之间的安全高度、液渣的粘度、强度、韧性、熔点等因素,设计渣料各组分的比例,渣料各组分的重量如表4表4 渣料重量
组元 | CaF2 | Al2O3 | CaO | TiO2 | SiO2 | 总量 |
重量(kg) | 106 | 40 | 36 | 14 | 4 | 200 |
工艺参数
(1)用电制度:电流为9500A ,电压为85V 。
(2)电极熔化速率:620kg/h,抽锭速率为15mm/min。
(3)冷却条件:结晶器进水温度为30℃,上结晶器进出水温差为3℃,下结晶器进出水温差为1℃。
(4)按照拉锭循环规律进行抽锭,抽锭:8mm/min,推回:3mm/min,停止:10s。
3、电渣钢锭
3.1效果对比
电渣钢锭规格:285mm×285mm×6000mm,重3900kg,切头去尾量共150mm,材料的利用率为97.5%。而按传统固定式电渣重熔工艺,熔炼285mm×285mm×6000mm钢锭是很难实现的,由于电极与结晶器壁间存在安全间隙,电极的长度要大于6000mm,其制备难以实现。因此,熔炼最大的钢锭锭规格为285mm×285mm×1500mm,需要熔炼四根,每根钢锭需要切头去尾150mm,共需切头去尾量600mm,材料的利用率为90%,新工艺将材料利用率提高了7.5%。
新工艺的电极熔化速率为620kg/小时,而固定式电渣重熔的熔化速率为300 kg/小时,生产效率提高50%以上。
3.2电渣钢锭化学成分
在电渣方坯锭的上部和下部分别取化学碎屑样各20g,保证试样清洁,无污染。化学成分分析结果如表5,成分符合要求。
表5 电渣锭化学成分
3.3 钢锭的内部质量
钢锭夹杂物主要是氮化物、硫化物、氧化物,Ⅰ级。钢锭为树枝状奥氏体组织,结晶方向与轴向加角约30°,趋于轴向。根据GB/T 1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》标准,低倍组织评级结果,见表6。
表6 低倍组织缺陷评级
除了以上缺陷以外,未发现白亮带、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂纹、内部气泡、非金属夹杂物及夹渣、异金属夹杂物等缺陷。
钢锭具有优异的热塑性,在1000℃进行锻造,锻造比为3,钢锭没有出现裂纹。
钢锭具有优异的耐腐蚀性能,根据ASTM262 C法进行晶间腐蚀试验,试验平均腐蚀率为0.01285mm/月,根据ASTM262 E法进行晶间腐蚀试验,未发现晶间腐蚀现象。
Claims (7)
1.一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺主要包括自耗电极的准备、渣系、起弧造渣、渣料提纯、引燃阶段、电渣重熔和补缩;所述的渣系采用五元渣系,各组元的质量百分比为:CaF2 50%-55%, Al2O3 15%-20%, CaO 15%-20%, TiO2 7%-9%,SiO2 2%-3%;在电渣重熔工序,按照拉锭循环规律进行抽锭;一个拉锭循环包括抽锭、推回、停止三个动作,抽锭:8-10mm/min,推回:3-4mm/min,停止:10-15s;拉锭循环的好坏对钢锭的表面质量有重要影响。
2.根据权利要求1所述的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:渣料在800-850℃的温度下烘烤7-8小时。
3.根据权利要求1所述的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:在起弧造渣中,渣料按照CaF2、 CaO 、Al2O3、 TiO2、SiO2的顺序迅速加渣,渣料加完后10-15分钟提升电流,控制在规定值8000A,电压为63V,电压每隔5分钟,加2V,控制在规定值87V;化渣时间为1小时,保证渣料化好化透。
4.根据权利要求1所述的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:在引燃阶段中,自耗电极与石墨电极交替后,引燃电流为0-10000A,电压为80-90V,引燃时间为20-30分钟。
5.根据权利要求1所述的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:在电渣重熔中,电渣重熔稳定后,电流为9500-10000A,电压为80-85V,熔速为500-620kg/h,并按照拉锭循环规律进行抽锭。
6.根据权利要求5所述的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:电渣重熔在大气环境下进行,熔炼过程中,加入脱氧剂Al,烧Al保Ti;每吨钢的Al加入量为2-3kg,减少渣系中不稳定氧化物的含量及氧含量,防止Ti在刚开始阶段过渡烧损 , 其中,将整个重熔过程划分为三个时期,每个时期加入脱氧剂Al的量不同,具体为:熔炼前期加Al量为8-10g/min;熔炼中期加Al量为5-7g/min;熔炼后期不加Al。
7.根据权利要求1所述的一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺,其特征在于:在补缩中,3-5分钟降一次电流,每次降电流300-800A,最终电流控制在3200-6200A,采用间断给电流补缩,总补缩时间30分钟。
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