CN106282630B - 一种细化800h耐蚀合金铸锭凝固组织的方法 - Google Patents

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Abstract

一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，目的在于解决合金铸锭凝固组织粗大的问题，属于金属凝固控制技术领域。它包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸等环节，其特点是保护气氛下按化学成分配料熔化合金，保温3min，均匀成分和温度；加入适量的铝丝进行脱氧，精炼5min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入100~300ppm的稀土Ce、La、Y等细化剂，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中，即可获得凝固组织细小的铸锭组织。本方法细化剂加入方法简单，冶炼工艺容易控制，不需额外增加设备，便于操作，能够满足工业化模铸及连铸生产。

Description

一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法
技术领域
本发明属于金属凝固控制技术领域，具体涉及一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法。
背景技术
800H合金是一种镍铁铬耐蚀合金，其中含46.0%Fe、30.0%～35.0%Ni、19%～23%Cr及不超过0.1%C，另还含少量的Mn、Si 、Cu、Al 、Ti 等合金元素，该合金具有良好的高温力学性能，优良的抗氧化能力和耐腐蚀能力，广泛应用于石化工业，核反应堆，太阳能装置和超临界水冷堆。
800H耐蚀合金为稳定的单相奥氏体组织合金，在凝固的过程中没有相变的产生，铸锭组织几乎为完全粗大的柱状晶，导致合金成分偏析严重，易形成凝固裂纹及热轧开裂等质量缺陷，严重限制了合金的发展和使用。细化晶粒是控制金属材料组织及性能的最重要、最基本的方法，抑制铸坯中柱状晶生长并提高铸坯中心等轴晶比率既能提高材料的强度，又能提高材料塑性，同时也能显著提高其力学性能。因此，开发800H耐蚀合金铸锭凝固组织的细化方法，就显得非常必要。
800H耐蚀合金属于特殊材料，对其铸锭凝固组织细化方法在国内研究较少。现有改善800H合金铸锭凝固组织的方法主要是采用二冷区电磁搅拌，控制搅拌电流的频率和强度，打碎或熔断枝晶，增加了异质形核率，来细化铸锭的凝固组织，此方法需要额外加装电磁搅拌设备，投资大，成本高，操作不便。
发明内容
为克服现有方法的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种简单、低成本的细化800H合金铸锭凝固组织的方法，来抑制铸锭中柱状晶生长并提高铸坯中心等轴晶比率。
为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入100~300ppm的稀土细化剂，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
所述稀土细化剂包括Ce、La、Y中的任意一种；
其中100≤Ce≤300ppm；100≤La≤300ppm；100≤Y≤300ppm。
所述稀土细化剂为两种稀土元素复合添加，
所述两种稀土元素包括下述任意一种；
（1）Ce元素与Y元素复合添加，100≤Ce+Y≤300ppm，Ce＞0ppm ，Y＞0ppm；
（2）Ce元素与La元素复合添加，100≤Ce+La≤300ppm，Ce＞0ppm ，La＞0ppm；
（3）La元素与Y元素复合添加；100≤Y+La≤300ppm，Y＞0ppm ，La＞0ppm。
所述稀土细化剂为Ce、La、Y三种稀土复合添加；100≤Ce+La+Y≤300ppm；Ce＞0ppm，La＞0ppm ，Y＞0ppm。
800H耐蚀合金为稳定的单相奥氏体组织合金，在凝固的过程中没有相变的产生，铸锭组织几乎为完全粗大的柱状晶，导致合金成分偏析严重，易形成凝固裂纹及热轧开裂等质量缺陷。本发明向800H合金中加入微量的稀土元素，净化熔体，并形成大量的稀土氧化物和稀土氧硫化物，其可以作为非均质形核核心，细化合金的铸锭组织。
本发明钢中所涉及主要添加元素铝和稀土及主要工艺方法的作用认为如下。
（1）铝是强脱氧元素，先添加铝丝进行脱氧，降低熔体氧含量，保证稀土元素的收得率；加铝丝后精炼5min，使脱氧产物充分上浮，去除铝的脱氧产物。
（2）稀土为强脱氧脱硫元素，可以形成大量高熔点弥散分布的稀土氧化物或者稀土氧硫化物，此类夹杂物作为800H合金凝固过程的非均质形核核心，细化铸锭组织。稀土加入后精炼时间1~2min，精炼时间过长，稀土夹杂物容易上浮脱除，合金铸锭凝固组织细化的效果降低。稀土加入过量易形成脆性的稀土金属间化合物，恶化合金的力学性能；加入量100~300ppm，既可以保证细化合金的凝固组织，有可以适当提高合金的力学性能。
（3）熔炼温度1500±20℃，合金成分易均匀，加快脱氧反应的速率。浇铸温度控制在1430~1440℃，过高，稀土夹杂物的非均质形核核心作用失效；过低，不利于浇铸过程进行。
本发明具有以下积极效果：
1、本发明细化剂加入方法简单，冶炼工艺容易控制，不需额外增加冶金设备，便于操作。
2、解决了800H耐蚀合金铸锭凝固组织粗大的问题，为有效降低合金成分偏析严重，抑制凝固裂纹及热轧开裂等质量缺陷提供技术基础，能够满足工业化模铸及连铸生产，具有较显著的经济价值和社会价值。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
对比实施例
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在60ppm，之后对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属模具中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。未添加稀土细化剂的合金铸锭凝固组织几乎全部由粗大的柱状晶组成，没有等轴晶的存在。
实施例1
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在70ppm，然后加入200ppm的稀土La，精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在添加200ppm稀土La后，合金铸锭凝固中柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到35%。
实施例2
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在65ppm，然后加入180ppm的稀土Ce，精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在添加180ppm稀土Ce后，合金铸锭凝固中，柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到32%。
实施例3
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在65ppm，然后加入230ppm的稀土Y，精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在添加230ppm稀土Y后，合金铸锭凝固中，柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到45%。
实施例4
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在65ppm，然后复合加入230ppm的稀土Ce和La，精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在复合添加230ppm的稀土Ce和La后，Ce和La比例不限，Ce和La均大于0ppm，合金铸锭凝固中，柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到50%。
实施例5
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在65ppm，然后复合加入250ppm的稀土Ce和Y，精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在复合添加250ppm的稀土Ce和Y后，Ce和Y比例不限，Ce和Y均大于0ppm；合金铸锭凝固中，柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到58%。
实施例6
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在65ppm，然后复合加入170ppm的稀土La和Y（比例不限），精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在复合添加170ppm的稀土La和Y后，La和Y比例不限，La和Y均大于0ppm；合金铸锭凝固中，柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到40%。
实施例7
将纯铁、铬铁、镍铁、锰铁、海绵钛按照800H合金配比加入电炉中，在氩气保护气氛下升温至1500℃，待合金溶化后，保温3min，均匀成分和温度，加入适量的铝丝进行脱氧合金化，精炼3min，检测熔体氧含量，使熔体中氧含量控制在65ppm，然后复合加入300ppm的稀土Ce、La和Y（比例不限），精炼1min，对熔体降温，待温度降至1430℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。将合金铸锭磨制腐蚀后，检测铸锭上部横截面的宏观组织。在复合加入300ppm的稀土Ce、La和Y后，Ce、La和Y比例不限，Ce、La和Y均大于0ppm；合金铸锭凝固中，柱状晶明显变短变细，呈网篮状生长，等轴晶比例增加，达到65%。

Claims (7)

1.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入100~300ppm的Ce，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
2.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入100~300ppm的La，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
3.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入100~300ppm的Y，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
4.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入Ce元素与Y元素，100≤Ce+Y≤300ppm，Ce＞0ppm，Y＞0ppm；精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
5.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入La元素与Y元素，100≤Y+La≤300ppm，Y＞0ppm，La＞0ppm，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
6.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后加入Ce元素与La元素，100≤Ce+La≤300ppm，Ce＞0ppm ，Y＞0ppm，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
7.一种细化800H耐蚀合金铸锭凝固组织的方法，包括合金的熔化、脱氧合金化、精炼和浇铸工艺环节，其特征在于：在电炉内氩气保护气氛下按化学成分配料熔化合金，待合金熔化后保温3min，均匀成分和温度；加入铝丝进行脱氧，精炼3min，使熔体中氧含量控制在60~100ppm，温度控制在1500±20℃；然后将Ce、La、Y三种稀土复合添加；100≤Ce+La+Y≤300ppm；Ce＞0ppm ，La＞0ppm ，Y＞0ppm，精炼1~2min；对熔体降温，待温度降至1430~1440℃时，将熔体浇铸到金属铸模中。
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