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 PDF

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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

一种含Ti的Ni-Cr-Mo耐蚀合金抽锭电渣重熔工艺
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
Figure 84118DEST_PATH_IMAGE002
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
Figure 2012105542407100002DEST_PATH_IMAGE003
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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