700 ℃超超临界锅炉材料GH4700合金铸态组织及 均匀化工艺

对经过真空感应熔炼和保护气氛电渣重熔的镍基合金GH4700铸锭进行研究,分析了其枝晶形貌、元素偏析和析出相特点,运用残余偏析指数理论和扩散动力学软件计算了均匀化动力学曲线并提出5种均匀化制度,通过对不同均匀化工艺结果的分析和热压缩模拟实验验证,确定了GH4700的均匀化制度.结果表明:GH4700合金电渣锭主要存在Nb、Ti元素偏析,电渣锭析出相为γ、γ’、Laves相和一次碳化物MC.经过1170℃/48 h均匀化热处理后,合金元素偏析基本消失、有害析出相Laves回溶且具有较好的热加工塑性.     

扩散退火对DIEVAR钢枝晶偏析和元素分布的影响

为研究高温退火工艺对DIEVAR电渣锭中合金元素Cr、Mo分布的影响,采用光学显微镜(OM)观察了DIEVAR电渣锭高温退火前后枝晶形态的变化,并利用电子探针(EPMA)对合金元素Cr、Mo的分布进行了定量分析,依据合金元素Cr、Mo的偏析比(SR),确定了DIEVAR电渣锭合适的高温均质化工艺.结果表明:从电渣锭表层到心部,枝晶逐渐粗大、二次枝晶间距逐渐增大.在1270℃下保温10 h后,枝晶组织消失,合金元素Cr、Mo的偏析比(SR)分别从1.73和2.84降低至1.23和1.45,合金元素分布均匀.结合不同高温扩散后合金元素的SR和分布情况确定了DIEVAR电渣锭锻前合适的高温扩散工艺为1270℃保温10 h,这与扩散动力学方程计算的结果相符.     

电渣重熔700℃超超临界锅炉材料GH4700氮化物夹杂研究

通过金相分析、扫描电镜及能谱分析,同时结合热力学计算,对电渣重熔700℃超超临界锅炉材料GH4700氮化物夹杂进行了研究.结果表明:在本试验条件下,真空锭和电渣锭中的夹杂物均为以Al2O3为核心的TiN夹杂;电渣重熔过程中,计算所得TiN回溶时间为1.22s;电渣重熔对TiN夹杂的去除几乎不起作用.     

均匀化处理对铸态GH625合金组织的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等研究了采用真空感应熔炼和保护气氛电渣重熔工艺生产的GH625合金的铸态组织和均匀化热处理后的微观组织。结果表明:采用双联工艺生产的GH625合金电渣锭存在枝晶和元素偏析,其中Nb、Mo、Ti元素为主要偏析元素;均匀化热处理后枝晶消除明显,块状及条状碳化物碎化,棱角钝化;相同均匀化热处理工艺下Ti、Mo、Nb达到均匀化的难度依次加大;GH625合金最佳的均匀化热处理的工艺为1200℃保温24 h。     

电渣重熔M2高速钢共晶碳化物控制研究

采用普通电渣重熔工艺和新型抽锭式电渣重熔工艺制备M2高速钢,研究了熔池深度与局部凝固时间等参数对高速钢铸锭共晶碳化物形貌和类型的影响.结果表明,电渣重熔工艺不改变碳化物类型,两种工艺制备的M2铸锭都存在M6C、MC、M2C三种类型的碳化物.抽锭式电渣重熔工艺通过有效控制电渣锭直径(D=120 mm)、熔速(11 mm/min)及熔池深度(h=50 mm),减少局部凝固时间,促进平直层片状共晶碳化物转变为离异棒状、粒状碳化物,碳化物平均晶粒尺寸小于50 μm.加快冷却速度会降低组织中共晶碳化物的质量分数,同时也会降低共晶碳化物中强碳化物形成元素如W、Mo、V的含量,使更多碳化物及合金溶于基体中.     

一种生产同材质电渣引锭板的模具设计探讨

根据大型真空感应熔炼炉生产中所用锭模的相关特性及电渣重熔工序对引锭板的要求,设计出一种模具及耐材,可在浇注真空电极棒的同时,浇注出符合电渣重熔相关要求的电渣引锭板。实践表明:用此方法设计出的模具与耐材生产的引锭板表面光整,成分与真空锭一致,符合电渣重熔过程的使用要求;同时省时省力,避免了电渣重熔后电渣锭底部切除过多的问题,降低了生产成本。     

高温合金中钛对ESR锭表面成形性的影响

本文研究了高温合金中钛对电渣重熔锭表面成形性的影响 ,分析了高温合金的化学成分、重熔工艺及电渣的成分和特性对电渣重熔高温合金锭表面缺陷的影响 ,提出了解决ESR高温合金锭表面缺陷的对策 ,采用这些对策就能避免含Ti高温合金锭产生表面缺陷。     

铸造合金CoCrMoW锻造工艺的研究

通过对CoCrMoW合金电渣锭在两种不同的保温制度下保温后进行两种不同的锻造变形方式开坯锻造,研究了CoCrMoW电渣锭锻造保温温度及锻造变形方式对可锻性的影响。试验研究结果表明:CoCrMoW合金电渣锭在1220℃保温1 h后采用整体锻造,锻件的表面质量与内部质量良好;1200℃保温2 h后,采用整体锻造,锻件的表面质量良好,但是内部有缺陷产生;CoCrMoW合金电渣锭在1220℃保温1 h后锻造变形,电渣锭采用分段锻造时表面出现开裂,采用整体锻造时表面质量与内部质量良好;经过开坯后的小规格坯料再继续开坯或锻成品时,分段锻造与整体锻造均可采用。该合金合理的锻造保温温度为1220~1240℃,电渣锭锻造变形方式必须采用整体锻造;小规格锻造方坯变形方式宜采用整体锻造,但也可采用分段锻造。     

高温镍基合金电渣重熔过程中的Al、Ti成分控制

电渣重熔过程中Al和Ti的氧化导致电渣锭轴向成分不均匀,从而对电渣锭的耐腐蚀性能和力学性能产生不利影响。为了控制电渣铸锭中Al和Ti含量的均匀性,需要明确高温电渣重熔过程中Al和Ti含量的变化,并通过优化渣体系比例和冶炼条件来减少合金中Al和Ti的氧化。在现有文献的基础上,以CaF₂-CaO-Al₂O₃-MgO-TiO₂这一低氟渣系和Incoloy825合金为例,综述了电渣重熔过程中Al和Ti元素控制的研究现状。应用离子与分子共存理论（IMCT）,结合FactSage软件,总结了渣的热力学和动力学研究方法。讨论了温度和渣成分对合金中平衡Al、Ti含量的影响。基于膜渗透理论,提出了预测合金中Al和Ti含量的动力学模型,得到了电渣过程中Al和Ti含量随时间变化的数学方程式以及渣-金属反应速率的限制方法。确定电渣重熔Incoloy825合金时TiO₂的最佳添加量约为10％。用IMCT和FactSage对渣-金平衡实验结果进行了比较和分析。FactSage计算结果比IMCT计算结果更准确。TiO₂含量越高,计算结果与实验结果之间的偏差越小。     

热加工参数对GH4700镍基合金组织的影响

借助Gleeble1500热模拟实验机,对GH4700镍基合金热加工组织演变规律进行了研究.结果表明:合金在热压缩过程中发生了动态再结晶,形核地点主要为晶界、原始晶粒内部的大块一次碳化物和晶内的形变带.随着热加工温度的升高和应变速率的减小,动态再结晶比例增大,晶粒尺寸减小.GH4700合金电渣锭在温度1140～1170℃、应变速率0.01～0.1s-1条件下开坯,可以获得晶粒均匀的组织.     

灰铸铁电渣重熔过程石墨球化现象的研究

实验证明,采用高Ｓｉ含量铸铁自耗电极和含稀土氧化物的ＣａＦ２基熔渣,在直流反极性电渣重熔条件下,可制得球墨铸铁,铸铁中石墨球化现象是铁水经电化学变质处理的结果,熔渣中Ｍｇ１Ｃｅ阳离子在渣－金界面阴极区被还原进入铁水熔池,起到球化剂的作用,提高阳极区自耗电极中的Ｓｉ含量,可以抑制渣中Ｆｅ阳离子的形成,有助于上述电池化学还原反应的进行,这对建立新的冶金工艺技术有一定意义。     

A Coupled Cellular Automaton–Finite-Element Mathematical Model for the Multiscale Phenomena of Electroslag Remelting H13 Die Steel Ingot

A coupled cellular automaton–finite-element mathematical model has been developed to investigate the multiscale phenomena of the electroslag remelting (ESR) H13 steel ingot. The heat transfer equation is solved to obtain the temperature distribution and liquid metal pool profile by a coarser finite-element (FE) mesh. Then, a regular network of square cells with a much finer scale is drawn for the simulation of microstructure with the cellular automaton (CA) technique. The continuous nucleation, which is based on the Gaussian distribution, is implemented to describe the heterogeneous nucleation. The growth kinetics of the dendritic tip is taken into account by the Kure–Giovanola–Trivedi model. At each time step, the temperature at the CA cell locations is interpolated from the temperature at four adjacent FE elements. The solute transfer is calculated using the FE method. Moreover, the evolution of the multiscale phenomena with growing of the ingot is considered by the varying boundary conditions. A reasonable agreement is demonstrated between the calculation and experiment. The results indicate that the shallow U-shaped metal pool would change to the deep V-shaped metal pool with the growing of the ingot. The vertical columnar grains appear at the bottom of the ingot, and an inverse V-shaped grain structure can be observed at the upper part of the ingot. It can be inferred that improving the undercooling can refine the microstructure and motivate the growing of the columnar grain during the ESR process.     

28.4t 1Mn18Cr18N护环电渣锭生产

根据1Mn18Cr18N钢特点,通过精心制备电极及控制电渣重熔过程,成功生产了重达28.4 t的护环电渣锭。电渣锭表面质量优良,底部成型良好,顶部补缩密实平整。     

三相电极电渣重熔系统中的磁流体流动和传热分析

建立了三相电极电渣重熔的全耦合三维非稳态模型,研究了电渣炉内的电磁现象、两相流动、传热以及凝固现象。其结果表明:大量的电流流经金属熔滴和熔渣,极少数的电流流经凝固锭。焦耳热功率密度的最大值出现在电极周围和金属熔滴中。高温区位于渣池上部的中心,渣池的平均温度随电流的增大而升高。金属熔池为扁平的U形轮廓,当电流升高时熔池加深并且加宽。     

MC3电渣重熔过程中的残余应力分析及电渣工艺优化

运用电渣重熔过程中应力场分布理论,对10 t MC3电渣锭从电渣重熔、电渣锭退火及锻前热处理几个方面进行应力状态分析。并通过一次电渣锭锻前断裂事故分析,对10 t MC3电渣锭的电渣重熔、锻前热处理等几个方面提出了工艺改进措施,在生产实践中取得良好效果。     

电渣重熔体系内磁场的数学模拟

基于Ｍａｘｗｅｌｌ方程组及有关的电磁场理论，提出了更切合实际情况的电渣重熔体系内磁场的数学模型，并应用于结晶器直径２００ｍｍ的实验室重熔装置．对直径７６ｍｍ低碳低合金钢电极的重熔过程（３０００Ａ（有效值），ＣａＦ２＋３０ｍａｓｓ％Ａｌ２Ｏ３＋２０ｍａｓｓ％ＣａＯ渣系），结果表明，磁场强度的幅模在电极内沿端部锥体形成方向不断增大，至接近锥顶处达最大值，约为２．６×１０４Ａ／ｍ，此后在渣池、锭子熔池、液固两相区和固态锭子内沿轴向向下逐渐减小；沿半径方向，在电极和渣池内呈现一峰值，在液、固金属区内则单调增大至边界条件限定值．对在直径１４０ｍｍ的结晶器中以直径８０ｍｍ的电极和ＣａＦ２＋ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ渣系生产高速钢（Ｍ２）锭的过程，以该模型估计的重熔体系渣池和金属熔池内磁场强度（幅模）的大小和分布与实测结果较相吻合．该模型可作为研究电渣重熔体系内熔体流动，传热和传质过程的基础．     

Mn18Cr18N护环钢电渣重熔工艺的研究

通过对10t电渣炉电气特性的分析,确定了渣池输入功率最大时的临界电流值。理论分析了供电制度、电极直径、渣系和钢种对电渣重熔钢锭表面质量的影响机理。钢锭侧面凝固前沿位置即金属熔池具有无圆柱部分是判断电渣锭表面质量优劣的基本依据。工业试验和理论分析阐明了改善Mn18Cr18N电渣重熔钢锭表面质量的主要措施,并提出了合理的重溶工艺制度。     

Effects of electrode configuration on electroslag remelting process of M2 high-speed steel ingot

The electrode configuration determines the thermophysical field during the electroslag remelting(ESR) process and affects the final microstructure of the ingot. In this work, ingot with a diameter of 400 mm was prepared with two electrode configuration modes of single power ESR process, namely one electrode(OE) and two series-connected electrodes(TSCE). Finite element simulation was employed to calculate the electromagnetic field, flow field and temperature field of the ESR system. The results show that the temperature of the slag pool and the metal pool of the TSCE process is lower and more uniform than that of the OE process.The calculated temperature distribution of the ingot could be indirectly verified from the shape of the metal pool by the experiment. The experimental results show that the depth of the metal pool in the OE ingot is about 160 mm, while the depth of the TSCE ingot is nearly 40 mm shallower than that of the OE ingot. Microstructural comparisons indicate that coarse eutectic carbides are formed in the center of the OE ingot, whereas more even eutectic carbides appear in the center of the TSCE ingot. In general, compared with the OE process, the TSCE process is preferred to remelt high speed steel ingots.     

电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展

中国电渣冶金起步于1958年,至今所有特殊钢厂均建有电渣冶金车间,拥有工业电渣炉86台,年生产能力10万吨.产品包括优质合金钢与超级合金243个牌号.中国冶金工作者在电渣炉型结构、电渣重熔(ESR)工艺、电渣熔铸(ESRC)异型铸件、制备大钢锭及电渣重熔机理方面取得重大成就,成果得到国外同行认可.     

Development of electroslag metallurgy and casting in China

The electroslag metallurgy has been developed since 1958. At present, all special steel plants have constructed electroslag metallurgical workshops. There are 86 Electroslag Remetting (ESR) furnaces in these steel plants with annual capacity of 100 000 tons. The products by ESR include 243 designations of steel and superalloy. The Chinese metallurgists have made significant achievements in the type and structure of electroslag remelting furnaces, eletroslag remelting technology, shaped castings by Electroslag Remelting Casting (ESRC), the manufacture of large-size ingots by ESR and the study of ESR mechanism. These achievements have already been recognized by foreign metallurgists.