九銘特鋼高溫合金Inconel 718電渣重熔冶煉技術資訊

九銘特鋼潔凈金屬噴射成型技術

非金屬夾雜物對氣渦輪發動機高溫合金部件的低循環疲勞壽命有重要的影響，脆性的夾雜物經常是裂紋源，從而導致了高溫合金部件的早期失效。因此，消除或限制此類夾雜物的大小尺寸就顯得十分重要。

目前，在高純凈度鑄造、鍛造高溫合金生產工業中普遍采用三聯工藝（真空感應熔煉＋電渣重熔＋真空電弧重熔）。真空感應熔煉制備具有適當化學成分的自耗電極，在電渣重熔工序去除脆性的氧化物夾雜獲得較高的純凈度，后通過真空電弧重熔獲得無宏觀偏析、組織均勻的毛坯，這一組合工藝很快就成為了標準的冶煉工藝。然而，這一工藝生產成本高、冶煉周期長。為了克服這一問題，通用電氣公司開發了潔凈金屬噴射成型技術。有機地結合了電渣精煉和噴射成型優點的潔凈金屬噴射成型技術可以十分快速、經濟地航空發動機以及工業用氣渦輪發動機部件制造的需求。

具有合格成分的自耗電極經電渣重熔后得到純凈的液態金屬，通過底部澆鑄系統，即冷壁感應引導系統（CIG），液態金屬到達噴射成型室，在這里，穩定的氣流把液態金屬霧化成可快速凝固的金屬滴，然后可直接制得高質量無缺陷的鑄錠，以及各種尺寸、近終成形的合金鑄件。這一技術有效地減少了工序，特別是對一些難以鍛造的沉淀強化高溫合金部件的制造來說，具有重要的意義。另外，在減少生產時間、降低生產成本的同時，液態金屬噴射成型技術明顯地提高了鑄件的純凈度，表1對高溫合金718真空感應自耗電極、三聯工藝重熔錠和潔凈金屬噴射成型鑄件中的氧化物夾雜進行了比較。

九銘特鋼可控氣氛電渣冶金

1  真空電渣重熔

應用于航空領域的高溫合金必須在真空下電弧重熔，這樣重熔后金屬具有良好的組織結構和高的純凈度，并且成分易于控制，然而，真空電弧重熔不能脫硫且易形成白點及產生年輪狀偏析。*，電渣重熔金屬同樣具有良好的組織結構和高的純凈度，脫硫效果好，不易形成白點及產生年輪狀偏析，但電渣重熔過程中活潑元素燒損大，成分控制困難，氣體含量有時會增加。考慮到以上情況，德國的ALD真空技術公司開發了結合兩者優點、克服兩者不足的真空下電渣重熔技術[14]。工業性試驗結果表明，直徑為250mm、重量約為300kg的真空下電渣重熔錠表面光滑，無表面缺陷，在有效脫硫的情況下，活潑元素如鈦、鋁等沒有燒損。

2 惰性氣體保護下的電渣重熔

過去電渣熔煉都是在大氣氣氛或者為了防止增氫而在干燥空氣下進行的。六十年代初以來的研究表明，重熔合金中的氧含量取決于主要脫氧元素的濃度和該脫氧元素的氧化物在渣中的活度，此外，渣池上的氧分壓也或多或少也產生一定的影響，氧的介入除了直接與Fe、Mn和其它重元素的陽離子發生反應外，更多的是由于熔渣上方電極受熱被氧化引起的。在過去的幾十年中，普遍通過往渣池中加入脫氧劑如Al、CaSi、FeSi、Mg等的方法對熔渣連續脫氧，然而這樣就會引起熔渣組分的變化，從而使重熔錠中的易氧化元素含量的不一致。近來，采用惰性氣體保護下的電渣重熔，在防止增氫的同時，也可以有效地防止氧的增加。相信在不久的將來，電渣冶金過程的惰性氣體保護將成為通用措施之一。

九銘特鋼 高溫合金Inconel 718電渣重熔冶煉技術資訊 下面將介紹德國ALD公司于為英國第五RIXSON高溫合金有限公司制造的臺惰性氣體保護電渣重熔爐。這臺電渣爐配備了一個密封罩把熔煉區域與大氣*隔離，用真空泵把空氣排出后再充入氬氣，并且通過計算機控制可全自動運行。熔煉過程是在*無氧化的惰性氣氛下進行的，因而，熔渣不會被氧化，也無需加入脫氧劑，重熔錠具有的純凈度。

由于氧和氮的問題而沒有實質性的突破。現在，在全密封的惰性氣體保護下，重熔鈦就成為可能。實驗是在ALD公司的惰性氣氛電渣重熔爐上進行的，重熔錠的直徑是170mm，熔渣的組成是工業純的CaF2和2～9%的金屬鈣。烏克蘭頓涅茨克國立技術大學和美國拉特羅布鋼鐵公司聯合研究結果表明，惰性氣氛電渣重熔鈦的純凈度與碘化物提純鈦相當，氧含量小于0.03%、氮小于0.005%、氫小于0.003%、碳小于0.01%。烏克蘭巴頓電焊研究所也同樣得到了令人振奮的結果，這又進一步拓寬了電渣冶金的應用范圍。

3 高壓電渣爐

九銘特鋼德國建成了世界上高壓電渣重熔爐。這臺爐子能生產直徑1m，重達14.5噸的錠子，熔煉室氮氣壓力高達4.2Mpa。在這樣的條件下，就可能*生產氮含量超過1%的大尺寸奧氏體不銹鋼錠，在鐵素體和馬氏體不銹鋼中氮的含量也可以達到0.5%。氮是奧氏體穩定元素，其作用超過鎳的30多倍，在奧氏體組織中溶解氮的增加可顯著提高抗拉強度、屈服點和耐腐蝕性能。

保加利亞、奧地利也發展了類似工藝來生產高氮鋼。

以上簡要地介紹了近年來國外在電渣冶金方面所取得的重要進展。這些成果的取得進一步發揚了電渣冶金技術*的性，部分或*克服了長期困擾電渣冶金發展的一些問題，電渣冶金顯示了更強大的生命力，即使在爐外精煉技術飛速發展的今天，電渣冶金在許多方面仍具有較大的競爭力。如電渣重熔在中型及大型鍛件生產、電渣重熔空心錠和電渣熔鑄異型鑄件方面地位仍將占有重要地位；在優質工模具鋼、不銹鋼以及其它特殊鋼生產領域中占優勢，真空電弧重熔在這一領域必將為電渣重熔所取代；對高溫合金、耐蝕合金、精密合金、電熱合金等特殊合金，電渣重熔將在與真空電弧重熔的競爭中取得優勢；電渣冶金在有色金屬的冶煉方面將得到越來越多的應用；電渣冶金技術的發展不僅局限于結晶器內電渣重熔，電渣冶金亦將成為現代煉鋼流程中的一環，鋼包精煉、連鑄中間包加熱、電渣熱封頂、電渣多爐澆鑄技術將有較快的發展。

九銘特鋼高溫合金Inconel 718電渣重熔冶煉技術資訊 Inconel 718高溫合金因其*的耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、強度高等特點被廣泛應用在航空、航天、石油、電力、化工、能源等苛刻環境中。然而,硫元素作為Inconel 718高溫合金中的雜質元素,硫會降低Inconel 718合金的蠕變抗力,硫極易在鎳基高溫合金晶界和表面處偏聚,造成合金的高溫下持久壽命和工作穩定性降低,如何精確控制Inconel 718高溫合金中的硫含量,對提高材料的高溫穩定性以及高溫持久壽命至關重要。為此本課題基于Inconel 718高溫合金電渣重熔過程中脫硫熱力學和動力學展開研究,明確降低高溫合金中硫含量的有利條件,闡明電渣重熔過程中渣系組元對脫硫的影響規律以及界面脫硫傳質的傳質系數和界面脫硫速率,探究限制電渣重熔過程中脫硫的因素。本課題利用熔渣結構的分子與離子共存理論、質量守恒定律以及質量作用定律建立CaF_2-CaO-Al_2O_3-SiO_2-TiO_2-MgO-FeO渣系組元的質量作用濃度控制方程,進而構建電渣重熔過程中脫硫的熱力學模型,研究不同渣系條件下渣-金間硫的分配比;其次,利用菲克第二定律、滲透理論以及薄膜理論建立界面脫硫的動力學模型,研究不同溫度下界面處硫的傳質系數以及界面脫硫傳質速率,明確溫度與界面脫硫傳質速率之間的函數關系。研究結果表明,利用[Fe]-[O]平衡和[Fe]-[Al]-[O]平衡建立了七元渣系CaF_2-CaO-Al_2O_3-SiO_2-TiO_2-MgO-FeO的質量濃度控制方程,構建了熔渣脫硫的熱力學模型。九銘特鋼通過實驗對模型進行了驗證,實驗表明:基于[Fe]-[Al]-[O]平衡建立的脫硫熱力學模型優于基于[Fe]-[O]平衡建立的脫硫熱力學模型,能更準確地反映熔渣的脫硫能力。七元渣系CaF_2-CaO-Al_2O_3-SiO_2-TiO_2-MgO-FeO中組元CaO、CaF_2、MgO可以提高硫的分配比,增強熔渣的脫硫能力;組元Al_2O_3、SiO_2、TiO_2、FeO可以降低硫的分配比,抑制熔渣的脫硫。當FeO含量在0.4%~1%之間時,熔渣中的部分FeO會與渣中的Al_2O_3、SiO_2以及CaO等結合形成FeO·Al_2O_3、2FeO·SiO_2、CaO·FeO·SiO_2等復雜分子,降低了FeO的活度,減小了FeO含量對硫分配比的影響。根據界面脫硫傳質動力學的研究,隨著溫度從1833K升高到1873K,金屬相與渣相接觸界面的脫硫傳質速率從3.48×10~(-7)mol/cm~3·s升高到3.69×10~(-7)mol/cm~3·s,通過擬合得出界面脫硫傳質速率隨溫度變化的函數關系式為:C=0.0055T-6.56。