CN112680647A

CN112680647A - 钒钼铬铁铝合金的生产方法

Info

Publication number: CN112680647A
Application number: CN202011380397.3A
Authority: CN
Inventors: 王永钢; 赵小平; 刘亮亮; 陈海军; 王英; 张宣武
Original assignee: Pangang Group Vanadium Titanium & Resources Co ltd
Current assignee: Pangang Group Vanadium Titanium & Resources Co ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明涉及钒钼铬铁铝合金及其生产方法，属于特种合金生产技术领域。本发明提供了钒钼铬铁铝合金的生产方法，包括如下步骤：a、配料：取品位≥99.0％的V₂O₅、MoO₃、Cr₂O₃、铝粉以及铁粉，与造渣剂一起混匀，其中，V₂O₅粒度≤1mm，MoO₃粒度≤1mm，Cr₂O₃粒度≤1mm，铝粉粒度≤2mm，铁粉粒度≤2mm；b、冶炼：将步骤a配制好的炉料加入冶炼炉内，点火冶炼，生成熔渣和合金液；c、冷却拆炉：炉体冷却后，拆开炉体，分离合金和炉渣，即得钒钼铬铁铝合金。本发明提供了一种一步法制备钒钼铬铁铝合金的方法，有助于降低航空航天领域用钛合金的生产成本。

Description

钒钼铬铁铝合金的生产方法

技术领域

本发明涉及钒钼铬铁铝合金的生产方法，属于特种合金生产技术领域。

背景技术

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，具有高强度、低密度、高温性能良好等优异性能，在航空航天、军工等领域广泛应用。钛合金材料制备需添加的合金元素主要有铝、钒、钼、铬、铁等。其中，铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果；钼和钒的应用最广泛，可提高钛合金室温和高温强度，增加淬透性，并提高含铬和铁的钛合金的热稳定性。例如，应用于航空航天领域的高强度钛合金结构材料如TC18等，就需要铝、钒、钼、铬、铁等添加元素。目前，这些钛合金的炼制主要是由海绵钛添加钒铝、钼铝、铬、铝铁等多种原料在真空炉熔炼而成，熔炼配料时配加多种合金元素，几种合金的熔点、密度等物化特性差异较大，故熔炼成分控制难度大。如果将钒、钼、铬、铁、铝五种合金元素按所需成分比例冶炼得到一种多元合金，可在钛合金熔炼过程中一次加入，使熔炼得到的钛合金成分更稳定均匀，成分控制难度小，有利于提高钛合金熔炼质量。

然而，现有技术多采用一步法冶炼钒钼铬铁铝中间合金，冶炼的合金不仅杂质含量偏高，而且均匀性不是很好，成分波动较大，不利于钛合金材料的质量控制。为解决这一问题，CN102618739A提供了一种两步法冶炼铝钼钒铬铁中间合金的方法，该方法的关键在于分两次添加Al、Fe和Cr进行冶炼，使得成份的均匀性较现有工艺更好。另外，还采用了在真空炉内使用涂覆有一层氧化钇的碳坩埚作为冶炼容器的独特冶炼方法，能够较好的控制杂质的引入。但是，上述制备工艺明显增加了生产操作的复杂程度，而且使用涂覆有氧化钇的碳坩埚作为冶炼容器，也不利于生产成本的控制。可见，铝钼钒铬铁合金的制备方法仍有待进一步改进，以简化操作、降低生产成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供钒钼铬铁铝合金的生产方法。

本发明提供了钒钼铬铁铝合金的生产方法，包括如下步骤：

a、配料：取品位≥99.0％的V₂O₅、MoO₃、Cr₂O₃、铝粉以及铁粉，与造渣剂一起混匀，其中，V₂O₅粒度≤1mm，MoO₃粒度≤1mm，Cr₂O₃粒度≤1mm，铝粉粒度≤2mm，铁粉粒度≤2mm；各原料的重量配比为：V₂O₅800～1000份、MoO₃720～900份、Cr₂O₃160～200份、铝粉770～1150份以及铁粉80～100份；

b、冶炼：将步骤a配制好的炉料加入冶炼炉内，点火冶炼，生成熔渣和合金液；所述冶炼炉的炉体由外到内分四层，依次为钢制外壳、刚玉质永久层、工作层外层和工作层内层，其中，工作层外层填充粒度≤10mm的钒铝合金冶炼产生的刚玉渣，工作层内层填充粒度<1mm且纯度99.0％以上的白刚玉粉；

c、冷却拆炉：炉体冷却后，拆开炉体，分离合金和炉渣，即得钒钼铬铁铝合金。

其中，步骤a中采用较小粒度原料的目的是使炉料配料准确、混料均匀，能平稳迅速反应，反应完成程度100％，从而得到成分稳定波动极小的合金。

其中，步骤a中充分混合>8min。

其中，所述冶炼炉炉体的工作层用铝箔卷成的模具固定，放到振实台上震实20min以上，使工作层致密紧实，尽可能减少工作层残留的空气。

步骤b中冶炼反应产生的高温迅速将工作层内表面烧结成致密薄层。冶炼产生的熔渣和合金液在炉膛内实现分离，合金液沉集在炉体内底部，炉渣聚在合金上面。合金液由烧结而成的炉衬材料和冶炼产生的炉渣包裹保护，避免外界空气对合金的氧化污染。

进一步地，步骤a中所述造渣剂的重量份数为120～150份。

进一步地，步骤a中所述的造渣剂为石灰。

进一步地，所述刚玉质永久层的厚度为100～150mm。

进一步地，所述工作层外层的厚度为50～80mm。

进一步地，所述工作层内层的厚度为50～70mm。

进一步地，步骤b所述点火冶炼的条件为：将炉料耙平，在上表面铺设点火料，点火料平铺面积直径不小于400mm区域。点火料平铺面积要求直径≮400mm区域，以利于炉料迅速充分反应完成。

进一步地，步骤c冷却至炉内温度<50℃，拆开炉体。

进一步地，采用风冷和/或水冷冷却炉体。为加快炉体合金和渣的冷却速度，可对炉体强制风冷和水冷。

进一步地，所述的生产方法还包括如下步骤：分离炉渣后得到的钒钼铬铁铝合金，精整去除结晶缺陷部分，然后喷砂去除表面氧化膜，破碎，筛分，再通过分选将残留带有氧化膜的合金颗粒剔除，即得成品。

本发明提供了按照所述生产方法得到的钒钼铬铁铝合金。

进一步地，所述的钒钼铬铁铝合金化学成分按质量百分比计为：V 30-35％、Mo30-35％、Cr 5-8％、Fe 5-8％、Si≤0.30％、C≤0.01％、O≤0.03％、N≤0.08％、Cu≤0.15％、Mn≤0.05％，余量为Al。

本发明提供了一种一步法制备钒钼铬铁铝合金的方法，所得钒钼铬铁铝合金的主要成分大致在以下范围内：V 30-35％、Mo 30-35％、Cr 5-8％、Fe 5-8％、Si≤0.30％、C≤0.01％、O≤0.03％、N≤0.08％、Cu≤0.15％、Mn≤0.05％，余量为Al。采用本发明生产方法，合金产品的成分波动小，组分比例合理，合金均匀性好，稳定性高，杂质含量低；而且工艺简单，过程控制容易。因该方法工艺流程短、过程有价金属损失小、能耗低，故相应成本也低。此外，本发明得到的钒钼铬铁铝合金可用作航空航天领域用钛合金生产的多元合金添加剂，为钛合金熔炼一次性提供钒、钼、铬、铁、铝等多种合金化元素，具有应用便捷、熔炼成分控制容易、合金收得率高的优点。本发明生产方法的应用，有助于降低航空航天领域钛合金的生产成本，对航空航天领域钛合金行业发展有积极的促进作用。

附图说明

图1为实施例中钒铝合金生产工艺流程图；

图2为实施例中冶炼炉炉体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1采用本发明方法生产钒钼铬铁铝合金

(1)取粉状V₂O₅(纯度99％，粒度≤1mm)800kg、MoO₃(纯度99.2％，粒度≤1mm)720kg、Cr₂O₃(纯度99.1％，粒度≤1mm)160kg，铁粉(纯度99.2％，粒度≤2mm)80kg，以及冶金用铝粉(纯度99％，粒度≤2mm)960kg，造渣剂采用石灰120kg，配入准确后经混料机充分混合>8min。

(2)按图2要求制作冶炼炉体。冶炼炉体为钢制组合式外壳，内浇注或砌筑一层100-150mm的刚玉质永久层；永久层内填充100-150mm工作层，工作层由两层构成，外层50-80mm，填充破碎后≤10mm钒铝合金冶炼刚玉渣粉；与合金接触部分的内层工作层采用<1mm纯度99.0％以上的白刚玉粉。保持炉体永久层及工作层耐火材料均经过烘干。工作层用铝箔卷成的模具固定，放到振实台上震实20min以上，使工作层致密紧实，尽可能减少工作层残留的空气。

(3)配制好炉料放入冶炼炉内，将炉内物料耙平，在上表面铺设点火料，点火料平铺面积要求直径≮400mm区域，运入冶炼反应室，点火冶炼。引燃点火料后炉料迅速剧烈反应，全部炉料在60秒内反应完毕。静置，自然冷却48小时后，炉内温度<50℃，拆开炉体，分离合金和炉渣，得到1350kg结晶完好、光亮、无气孔、无夹渣、易破碎的钒钼铬铁铝合金。

(4)将合金精整去除结晶缺陷部分，然后喷砂去除表面氧化膜，破碎、筛分，再通过人工分选，将残留带有氧化膜的合金颗粒剔除，最后先抽真空后充氩包装，得到钒钼铬铁铝合金成品。

(5)取样化验钒钼铬铁铝合金的成分，主要有：V＝33.5％、Mo＝33.2％、Al＝18.5％、Cr＝6.5％、Fe＝6.6％、Si＝0.10％、C＝0.008％、O＝0.026％、N＝0.06％、Cu＝0.01％、Mn＝0.01％。

实施例2采用本发明方法生产钒钼铬铁铝合金

(1)取粉状V₂O₅(纯度99.1％，粒度≤1mm)1000kg、MoO₃(纯度99.2％，粒度≤1mm)900kg、Cr₂O₃(纯度99.2％，粒度≤1mm)200kg，铁粉(纯度99.3％，粒度≤2mm)100kg，以及冶金用铝粉(纯度99％，粒度≤2mm)960kg，造渣剂采用石灰150kg，配入准确后经混料机充分混合>8min。

(3)配制好炉料放入冶炼炉内，将炉内物料耙平，在上表面铺设点火料，点火料平铺面积要求直径≮400mm区域，运入冶炼反应室，点火冶炼。引燃点火料后炉料迅速剧烈反应，全部炉料在60秒内反应完毕。静置，自然冷却48小时后，炉内温度<50℃，拆开炉体，分离合金和炉渣，得到1761kg结晶完好、光亮、无气孔、无夹渣、易破碎的钒钼铬铁铝合金。

(5)取样化验钒钼铬铁铝合金的成分，主要有：V＝34.0％、Mo＝33.5％、Al＝18.0％、Cr＝6.8％、Fe＝6.9％、Si＝0.11％、C＝0.006％、O＝0.022％、N＝0.06％、Cu＝0.02％、Mn＝0.01％。

对比例1

(1)取粉状V₂O₅(纯度99.1％，粒度≤1mm)1100kg、MoO₃(纯度99.2％，粒度≤1mm)800kg、Cr₂O₃(纯度99.2％，粒度≤1mm)200kg，铁粉(纯度99.3％，粒度≤2mm)110kg，以及冶金用铝粉(纯度99％，粒度≤2mm)960kg，造渣剂采用石灰150kg，配入准确后经混料机充分混合>8min。

(3)配制好炉料放入冶炼炉内，将炉内物料耙平，在上表面铺设点火料，点火料平铺面积要求直径≮400mm区域，运入冶炼反应室，点火冶炼。引燃点火料后炉料迅速剧烈反应，全部炉料在60秒内反应完毕。静置，自然冷却48小时后，炉内温度<50℃，拆开炉体，分离合金和炉渣，得到1752kg结晶完好、光亮、无气孔、无夹渣、易破碎的钒钼铬铁铝合金。

(5)取样化验钒钼铬铁铝合金成分分别为：V＝37.2％、Mo＝29.5％、Al＝18.2％、Cr＝6.5％、Fe＝8.3％、Si＝0.12％、C＝0.005％、O＝0.020％、N＝0.06％、Cu＝0.02％、Mn＝0.01％。

可以看出，所得产品的V、Mo含量变化较大，其中V含量超过了一般产品的波动范围30-35％，Mo含量低于一般产品的波动范围30-35％。

对比例2

(2)不采用本发明的冶炼炉体，而是按照现有工艺采用内径为800mm，外径为1000mm，壁厚为100mm的石墨坩埚作为冶炼炉体。炉膛有效容积≥0.8m³。

(5)取样化验钒钼铬铁铝合金成分分别为：V＝33.5％、Mo＝33.2％、Al＝18.5％、Cr＝6.5％、Fe＝6.6％、Si＝0.10％、C＝0.08％、O＝0.026％、N＝0.06％、Cu＝0.02％、Mn＝0.01％。

可以看出，所得产品的C含量超过了一般要求C≤0.04％，增加了钛合金的冶炼难度，容易导致后步产品杂质元素含量超标。

需要说明的是，本说明书中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合和组合。

Claims

1.钒钼铬铁铝合金的生产方法，其特征是：包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征是：步骤a中所述造渣剂的重量份数为120～150份。

3.如权利要求1或2所述的生产方法，其特征是：步骤a中所述的造渣剂为石灰。

4.如权利要求1所述的生产方法，其特征是：满足以下至少一项：所述刚玉质永久层的厚度为100～150mm；所述工作层外层的厚度为50～80mm；所述工作层内层的厚度为50～70mm。

5.如权利要求1所述的生产方法，其特征是：步骤b所述点火冶炼的条件为：将炉料耙平，在上表面铺设点火料，点火料平铺面积直径不小于400mm区域。

6.如权利要求1所述的生产方法，其特征是：步骤c冷却至炉内温度<50℃，拆开炉体。

7.如权利要求6所述的生产方法，其特征是：采用风冷和/或水冷冷却炉体。

8.如权利要求1～7任意一项所述的生产方法，其特征是：还包括如下步骤：分离炉渣后得到的钒钼铬铁铝合金，精整去除结晶缺陷部分，然后喷砂去除表面氧化膜，破碎，筛分，再通过分选将残留带有氧化膜的合金颗粒剔除，即得成品。

9.按照权利要求1～8任意一项所述生产方法得到的钒钼铬铁铝合金。

10.如权利要求9所述的钒钼铬铁铝合金，其特征是：化学成分按质量百分比计为：V30-35％、Mo 30-35％、Cr 5-8％、Fe 5-8％、Si≤0.30％、C≤0.01％、O≤0.03％、N≤0.08％、Cu≤0.15％、Mn≤0.05％，余量为Al。