CN109868374B - 一种纯镍阀体铸件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:(1)在惰性气氛和非真空的条件下,将纯镍母合金进行熔炼,制得钢水;(2)在钢水的表面用覆盖剂覆盖;(3)在脱氧剂的作用下进行脱氧处理,制得脱氧钢水;其中,脱氧剂包括脱氧剂Ti、脱氧剂Al和脱氧剂Ni‑Mg合金;脱氧剂的加入顺序为脱氧剂Ti、脱氧剂Al和脱氧剂Ni‑Mg合金;(4)在模壳中,将脱氧钢水进行浇注,制得纯镍阀体铸件;其中,浇注的温度为1450℃~1500℃;模壳的温度为200℃~700℃。本发明实现在非真空条件下纯镍阀体铸件的熔炼浇注,使铸件的生产成本降低,生产效率也大幅提升,质量符合国家标准,适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种纯镍阀体铸件的制备方法。
背景技术
纯镍材料由于抗腐蚀性能优良,常被用在化工行业的各种苛刻腐蚀环境中,而化工设备对纯镍铸件的质量要求也很高。纯镍与其他镍合金相比,在熔炼阶段更容易吸氧和吸气,为了解决纯镍的易氧化和易吸气的问题,最佳的熔炼方式就是真空熔炼。
目前行业制备用量广、性能优异的纯镍铸件普遍采用真空熔炼炉熔炼,然后浇注铸件。但是真空炉设备普遍价格较高,真空熔炼的效率也较低,而对于一些不具真空设备但需要小批量生产纯镍铸件的企业来说,考虑到成本因素,真空炉熔炼的方法并不适用。现有技术采用非真空的方法制备纯镍阀体铸件还处于实验阶段,目前,国内大规模工业生产中采用非真空的条件制备纯镍阀体铸件的还不多见。
因此,寻求合适的非真空熔炼和浇注的方法来制备性能合格的纯镍阀体铸件具有重要意义。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于克服现有技术中采用真空熔炼的方法制备纯镍阀体铸件时,效率低、生产成本高等缺陷,而提供了一种纯镍阀体铸件的制备方法。本发明可在非真空条件下熔炼纯镍,生产效率高,有效的降低了纯镍阀体铸件的生产成本,有利于工业化生产。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:
(1)在惰性气氛和非真空的条件下,将纯镍母合金进行熔炼,制得钢水;
(2)在所述钢水的表面用覆盖剂覆盖;
(3)在脱氧剂的作用下进行脱氧处理,制得脱氧钢水;
其中,所述脱氧剂包括脱氧剂Ti、脱氧剂Al和脱氧剂Ni-Mg合金;所述脱氧剂的加入顺序依次为脱氧剂Ti、脱氧剂Al和脱氧剂Ni-Mg合金;
(4)在模壳中,将所述脱氧钢水进行浇注,制得纯镍阀体铸件;
其中,所述浇注的温度为1450℃~1500℃;所述模壳的温度为200℃~700℃。
步骤(1)中,所述的惰性气氛可为本领域常规的惰性气氛,较佳地为氩气和/或氮气。
步骤(1)中,所述的非真空的条件可通过本领域常规方法获得。
步骤(1)中,所述纯镍母合金可为本领域常规的市售的纯镍母合金,较佳地为戴新金属材料(上海)有限公司生产的型号为N6的纯镍母合金。
步骤(1)中,所述熔炼可采用本领域常规的方法和条件进行,一般在非真空中频感应电炉中进行,较佳地在400-600kW的非真空中频感应电炉中进行,更佳地在500kW的非真空中频感应电炉中进行。
步骤(1)中,所述熔炼的温度可为本领域常规,较佳地为1480~1560℃,更佳地为1530℃~1560℃。
步骤(1)中,所述熔炼的时间不做具体限定,根据所述纯镍母合金的熔化程度决定,较佳地为40~60min,例如50min。
步骤(2)中,所述覆盖剂可为本领域常规使用的覆盖剂,较佳地为型号R-3的除渣剂。
步骤(2)中,所述钢水表面的所述覆盖剂的高度可为本领域常规,较佳为10~12mm,例如10mm、11mm或12mm。
步骤(3)中,所述脱氧剂Ti可为本领域常规的用于脱氧的脱氧剂Ti,较佳地为纯度大于99%的脱氧剂Ti,更佳地为常熟市良益金属材料有限公司生产的型号为TA3的脱氧剂Ti。所述脱氧剂Ti的用量可为本领域常规,较佳地为所述钢水的质量的0.05%~0.1%,更佳地为所述钢水的质量的0.05%、0.08%或0.1%。
步骤(3)中,所述脱氧剂Al可为本领域常规的用于脱氧的脱氧剂Al,较佳地为纯度大于99%的脱氧剂Al,更佳地为上海中裕金属材料有限公司生产的型号为A199的脱氧剂Al。所述脱氧剂Al的用量可为本领域常规,较佳地为所述钢水的质量的0.05%~0.1%,更佳地为所述钢水的质量的0.05%、0.08%或0.1%。
步骤(3)中,所述脱氧剂Ni-Mg合金可为本领域常规的用于脱氧的脱氧剂Ni-Mg合金,较佳地为Mg占所述脱氧剂Ni-Mg合金总质量的15-25%的脱氧剂Ni-Mg合金,更佳地为Mg占所述脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%的脱氧剂Ni-Mg合金。所述脱氧剂Ni-Mg合金的用量可为本领域常规,较佳地为所述钢水的质量的0.05%~0.1%,更佳地为所述钢水的质量的0.05%、0.08%或0.1%。
步骤(3)中,所述脱氧剂的加入顺序必须为先加入所述脱氧剂Ti,再加入所述脱氧剂Al,最后加入所述脱氧剂Ni-Mg合金,只有采用这种加入顺序才会使所述钢水的纯度达到最高,脱氧效果最好。
步骤(3)中,所述脱氧剂的加入方式可为本领域常规,一般通过渣棒加入。
步骤(3)中,所述脱氧处理的方法可为本领域常规,一般使用渣棒在搅拌的条件下进行。使用渣棒在搅拌的条件下进行可促使脱氧剂完全进入钢水中,提高脱氧效率。
步骤(3)中,所述脱氧处理的温度可为本领域常规,较佳为1530~1540℃。
步骤(3)中,所述脱氧处理的时间不做具体限定,根据所述钢水的总量决定,采用所述脱氧剂Ti进行脱氧处理的时间可为1~2min/100kg纯镍母合金,较佳地为2min/100kg纯镍母合金;采用所述脱氧剂Al进行脱氧处理的时间可为1~2min/100kg纯镍母合金,较佳地为1min/100kg纯镍母合金;采用所述脱氧剂Ni-Mg合金进行脱氧处理的时间可为2~4min/100kg纯镍母合金,较佳地为2min/100kg纯镍母合金。
步骤(3)中,根据本领域的常识可知,所述脱氧过程可将结块的覆盖剂移除。
较佳地,步骤(2)和步骤(3)循环进行2~3次。
步骤(4)中,所述浇注的温度较佳地为1460℃~1480℃,更佳地为1470℃~1480℃。
步骤(4)中,所述模壳的温度较佳地为300℃~500℃,更佳地为400℃。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:
本申请实现了非真空条件下纯镍阀体铸件的熔炼浇注,使铸件的生产成本降低(如设备的投入),本发明所用设备的投入资金将降低至真空熔炼炉的2/5~3/5。并且在非真空条件下,生产效率也大幅提升;相同时间内,本发明的生产效率是真空熔炼炉的5~7倍。本发明纯镍阀体铸件符合国家标准,抗拉强度可为351MPa,屈服强度可为130MPa,延伸率可为12%。适用于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备纯镍阀体铸件的具体工艺流程图。
图2为效果实施例1中棒状拉伸试样的主视图。
图3为效果实施例1中棒状拉伸试样的左视图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
下列实施例中:
纯镍母合金为购自戴新金属材料(上海)型号为N6的纯镍母合金;
覆盖剂为购自太仓金属液净化专家的型号R-3的除渣剂;
脱氧剂Ti为购自常熟市良益金属材料有限公司的型号为TA3的脱氧剂Ti;
脱氧剂Al为购自上海中裕金属材料有限公司的型号为AL99的脱氧剂Al;
脱氧剂Ni-Mg合金为购自上海宝夕有限公司的型号为Ni80Mg20的脱氧剂Ni-Mg合金。
实施例1
一种纯镍阀体铸件的制备方法,如图1所示,其包括下述步骤:
将100kg纯镍母合金用氩气保护,在非真空条件下,使用500kW的非真空中频感应电炉进行熔炼,制得钢水。熔炼温度是1530℃~1560℃,熔炼50min,熔化的钢水液面用覆盖剂覆盖,钢水表面的覆盖剂高度为10mm。在钢水温度达到1530~1540℃时进行脱氧处理,向熔化的钢水中先加入脱氧剂Ti(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.05%),脱氧2min;再加入脱氧剂Al(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.05%),脱氧1min;最后加入脱氧剂Ni-Mg合金(Mg的含量为脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%,用量为钢水总质量的0.05%),脱氧2min,制得脱氧钢水。脱氧剂通过渣棒加到钢水一半深度处,脱氧过程中使用渣棒进行搅拌;在脱氧过程中覆盖剂会结块,通过扒渣操作,将成块覆盖剂移除。上述,使用覆盖剂覆盖和脱氧处理循环2次。将脱氧钢水进行浇注,浇注温度为1450℃~1500℃,模壳温度为500℃。
实施例2
一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:
将100kg纯镍母合金用氩气保护,在非真空条件下,使用500kW的非真空中频感应电炉进行熔炼,制得钢水。熔炼温度是1530℃~1560℃,熔炼50min,熔化的钢水液面用覆盖剂覆盖,钢水表面的覆盖剂高度为11mm。在钢水温度达到1530~1540℃时进行脱氧处理,向熔化的钢水中先加入脱氧剂Ti(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min;再加入脱氧剂Al(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧1min;最后加入脱氧剂Ni-Mg合金(Mg的含量为脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min,制得脱氧钢水。脱氧剂通过渣棒加到钢水一半深度处,脱氧过程中使用渣棒进行搅拌;在脱氧过程中覆盖剂会结块,通过扒渣操作,将成块覆盖剂移除。上述,使用覆盖剂覆盖和脱氧处理循环2次。将脱氧钢水进行浇注,浇注温度为1460℃~1480℃,模壳温度为300℃。
实施例3
一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:
将100kg纯镍母合金用氩气保护,在非真空条件下,使用500kW的非真空中频感应电炉进行熔炼,制得钢水。熔炼温度是1530℃~1560℃,熔炼50min,熔化的钢水液面用覆盖剂覆盖,钢水表面的覆盖剂高度为12mm。在钢水温度达到1530~1540℃时进行脱氧处理,向熔化的钢水中先加入脱氧剂Ti(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.08%),脱氧2min;再加入脱氧剂Al(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.08%),脱氧1min;最后加入脱氧剂Ni-Mg合金(Mg的含量为脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%,用量为钢水总质量的0.08%),脱氧2min,制得脱氧钢水。脱氧剂通过渣棒加到钢水一半深度处,脱氧过程中使用渣棒进行搅拌;在脱氧过程中覆盖剂会结块,通过扒渣操作,将成块覆盖剂移除。上述,使用覆盖剂覆盖和脱氧处理循环2次。将脱氧钢水进行浇注,浇注温度为1470℃~1480℃,模壳温度为400℃。
对比例1
一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:
将100kg纯镍母合金在真空熔炼炉进行熔炼,制得钢水。熔炼温度是1530℃~1560℃,熔炼50min,熔化的钢水液面用覆盖剂覆盖,钢水表面的覆盖剂高度为12mm。在钢水温度达到1530~1540℃时进行脱氧处理,向熔化的钢水中先加入脱氧剂Ti(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min;再加入脱氧剂Al(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧1min;最后加入脱氧剂Ni-Mg合金(Mg的含量为脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min,制得脱氧钢水。脱氧剂通过渣棒加到钢水一半深度处,脱氧过程中使用渣棒进行搅拌;在脱氧过程中覆盖剂会结块,通过扒渣操作,将成块覆盖剂移除。上述,使用覆盖剂覆盖和脱氧处理循环2次。将脱氧钢水进行浇注,浇注温度为1470℃~1480℃,模壳温度为300℃。
对比例2
一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:
将100kg纯镍母合金用氩气保护,在非真空条件下,使用500kW的非真空中频感应电炉进行熔炼,制得钢水。熔炼温度是1530℃~1560℃,熔炼50min,熔化的钢水液面用覆盖剂覆盖,钢水表面的覆盖剂高度为12mm。在钢水温度达到1530~1540℃时进行脱氧处理,向熔化的钢水中先加入脱氧剂Ni-Mg合金(Mg的含量为脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min;再加入脱氧剂Al(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧1min;最后加入脱氧剂Ti(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min,制得脱氧钢水。脱氧剂通过渣棒加到钢水一半深度处,脱氧过程中使用渣棒进行搅拌;在脱氧过程中覆盖剂会结块,通过扒渣操作,将成块覆盖剂移除。上述,使用覆盖剂覆盖和脱氧处理循环2次。将脱氧钢水进行浇注,浇注温度为1470℃~1480℃,模壳温度为400℃。
对比例3
一种纯镍阀体铸件的制备方法,其包括下述步骤:
将100kg纯镍母合金用氩气保护,在非真空条件下,使用500kW的非真空中频感应电炉进行熔炼,制得钢水。熔炼温度是1530℃~1560℃,熔炼50min,熔化的钢水液面用覆盖剂覆盖,钢水表面的覆盖剂高度为12mm。在钢水温度达到1530~1540℃时进行脱氧处理,向熔化的钢水中先加入脱氧剂Ti(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min;再加入脱氧剂Al(纯度大于99%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧1min;最后加入脱氧剂Ni-Mg合金(Mg的含量为脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%,用量为钢水总质量的0.1%),脱氧2min,制得脱氧钢水。脱氧剂通过渣棒加到钢水一半深度处,脱氧过程中使用渣棒进行搅拌;在脱氧过程中覆盖剂会结块,通过扒渣操作,将成块覆盖剂移除。上述,使用覆盖剂覆盖和脱氧处理循环2次。将脱氧钢水进行浇注,浇注温度为1510℃~1530℃,模壳温度为800℃。
效果实施例1
实施例1和对比例1-3中产品的抗拉强度、屈服强度和延伸率等性能测试结果及标准参照标准ASTM A494,如下表1。检测方法是根据检验标准ASTM A370进行制样检测,棒状拉伸试样的主视图如图2所示,其中,G、L、A、D、C和B均表示长度,R表示四分之一圆弧的半径,标距G为62.5mm,总长L为145mm,缩小部分长度A为75mm,四分之一圆弧的半径R为10mm,缩小部分直径D为12.5mm,端部直径C为20mm,夹紧部分长度B为35mm;棒状拉伸试样的左视图如图3所示。其中成品率通过苏州聚友保利无损检测科技有限公司生产的PT探伤系统进行检测,使用型号为JYBL-4的显像剂和型号为JYBL-4的渗透剂,测试标准参照ASMEB16.34,测试结果无红点显像的为成品;铸件的缺陷情况是指铸件存在夹渣等缺陷;抗拉强度、屈服强度和延伸率使用广州广才试验仪器有限公司生产的型号为WA-D的万能试验机进行检测。
实施例2和实施例3的纯镍阀体铸件的性能与实施例1中纯镍阀体铸件的性能相当。
从对比例1和实施例1的效果数据可看出,本发明实施例1使用的是非真空中频感应电炉与对比例1中的真空熔炼炉均可制备性能良好的纯镍阀体铸件,但对比例1中的真空熔炼炉成本高。例如,对比例1中容量为30kg的真空熔炼炉的设备投入约为18万,而实施例1中200kg的非真空中频感应电炉的设备投入约为8万。本发明所用设备的生产效率高。例如,40min内,使用对比例1真空感应电炉可以铸造一件纯镍阀体铸件,而本发明所用设备可以制造六件。
对比例2是探索脱氧剂的加料顺序对纯镍阀体铸件性能的影响。对比例2的效果数据可看出三种脱氧剂的加料顺序发生变化时会导致成品率降低,铸件出现夹渣缺陷,且抗拉程度和屈服程度均达不到要求。
对比例3主要探索浇注温度和模壳温度对纯镍阀体铸件性能的影响。对比例3的效果数据可看出浇注温度和模壳温度不在本发明筛选的较佳范围内时,会导致成品率降低,铸件出现裂纹,且抗拉程度和屈服程度均达不到要求。
表1实施例1和对比例1-3中产品的性能测试结果
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,其包括下述步骤:
(1)在惰性气氛和非真空的条件下,将纯镍母合金进行熔炼,制得熔体;
(2)在所述熔体的表面用覆盖剂覆盖;
(3)在脱氧剂的作用下进行脱氧处理,制得脱氧熔体;其中,所述脱氧处理的温度为1530~1540℃;
其中,所述脱氧剂包括脱氧剂Ti、脱氧剂Al和脱氧剂Ni-Mg合金;所述脱氧剂的加入顺序依次为脱氧剂Ti、脱氧剂Al和脱氧剂Ni-Mg合金;所述脱氧剂Ti的用量为所述熔体的质量的0.05%~0.1%;所述脱氧剂Al的用量为所述熔体的质量的0.05%~0.1%;所述脱氧剂Ni-Mg合金的用量为所述熔体的质量的0.05%~0.1%;其中,所述脱氧剂Ti为纯度大于99%的脱氧剂Ti;所述脱氧剂Al为纯度大于99%的脱氧剂Al;所述脱氧剂Ni-Mg合金为Mg占所述脱氧剂Ni-Mg合金总质量的15%-25%的脱氧剂Ni-Mg合金;
(4)在模壳中,将所述脱氧熔体进行浇注,制得纯镍阀体铸件;
其中,所述浇注的温度为1450℃~1500℃;所述模壳的温度为200℃~700℃。
2.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的惰性气氛为氩气和/或氮气;
和/或,步骤(1)中,所述熔炼在非真空中频感应电炉中进行;
和/或,步骤(1)中,所述熔炼的温度为1480~1560℃;
和/或,步骤(1)中,所述熔炼的时间为40~60min。
3.如权利要求2所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述熔炼的温度为1530℃~1560℃;
和/或,步骤(1)中,所述熔炼的时间为50min。
4.如权利要求2所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述熔炼在400-600kW的非真空中频感应电炉中进行。
5.如权利要求4所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述熔炼在500kW的非真空中频感应电炉中进行。
6.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述覆盖剂为型号R-3的除渣剂;
和/或,步骤(2)中,所述熔体表面的所述覆盖剂的高度为10~12mm。
7.如权利要求6所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述熔体表面的所述覆盖剂的高度为10mm、11mm或12mm。
8.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述脱氧剂Ti的用量为所述熔体的质量的0.05%、0.08%或0.1%;
和/或,所述脱氧剂Al的用量为所述熔体的质量的0.05%、0.08%或0.1%;
和/或,所述脱氧剂Ni-Mg合金的用量为所述熔体的质量的0.05%、0.08%或0.1%。
9.如权利要求8所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,所述脱氧剂Ni-Mg合金为Mg占所述脱氧剂Ni-Mg合金总质量的20%的脱氧剂Ni-Mg合金。
10.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,所述脱氧剂为通过渣棒加入。
11.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,所述脱氧处理的方法为使用渣棒在搅拌的条件下进行;
和/或,采用所述脱氧剂Ti进行脱氧处理的时间为1~2min/100kg纯镍母合金;采用所述脱氧剂Al进行脱氧处理的时间为1~2min/100kg纯镍母合金;采用所述脱氧剂Ni-Mg合金进行脱氧处理的时间为2~4min/100kg纯镍母合金。
12.如权利要求11所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,采用所述脱氧剂Ti进行脱氧处理的时间为2min/100kg纯镍母合金;采用所述脱氧剂Al进行脱氧处理的时间为1min/100kg纯镍母合金;采用所述脱氧剂Ni-Mg合金进行脱氧处理的时间为2min/100kg纯镍母合金。
13.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(2)和步骤(3)循环2~3次。
14.如权利要求1所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述浇注的温度为1460℃~1480℃;
和/或,步骤(4)中,所述模壳的温度为300℃~500℃。
15.如权利要求14所述的纯镍阀体铸件的制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述浇注的温度为1470℃~1480℃;
和/或,步骤(4)中,所述模壳的温度为400℃。
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