GH3128 合金"VIM + ESR”和“NVIM + ESR”冶炼过程中的脱气行为及夹杂物研究

利用氧氮分析仪对"真空感应熔炼+电渣重熔"（VIM+ESR）和"非真空感应熔炼+电渣重熔"（NVIM+ESR）两种冶炼工艺下冶炼GH3128合金中的氧含量、氮含量进行检测,并进行了脱氧、脱氮的热力学计算;利用ASPEX扫描电镜分析了两种冶炼工艺下GH3128合金中夹杂物的成分、尺寸分布以及数量。结果表明,采用"VIM+ESR"工艺更能有效的去除合金液中的氮,夹杂物类型主要是Al-Ti-O型复合氧化物夹杂,还有少部分的Al₂O₃、TiO_x氧化物夹杂,而采用"NVIM+ESR"的双联工艺,合金中产生的夹杂除氧化物夹杂类,还有硫化物、氮化物夹杂;且采用真空冶炼工艺更能有效降低夹杂物数量,并细化夹杂物。     

全封闭Ar气保护电渣重熔GH4169合金

上海五钢采用ALD 5t全封闭Ar气保护电渣重熔炉 ESR(Ar)冶炼了GH4 16 9合金锭 ,分析结果表明 ,ESR(Ar)电渣锭氧、硫含量和锭头尾碳、铝、钛之差远低于一般ESR工艺 ;VIM(真空感应熔炼 ) +ESR(Ar)工艺冶炼合金中平均氧含量 6× 10 - 6 远低于VIM +VAR(真空电弧重熔 )工艺冶炼合金中平均氧含量 13× 10 - 6 ,所以ESR(Ar)工艺脱氧效果优于VAR工艺     

合金脱硫工艺的研究

利用MgO坩埚和CaO坩埚 ,采用“真空感应 (VIM )工艺”和“真空感应 (VIM ) +电渣重熔(ESR)工艺”冶炼Inconel 718合金 ,试验结果表明CaO的脱硫效果优于MgO的 ,VIM +ESR双联工艺的脱硫效果优于VIM单联工艺的     

真空感应熔炼FGH95母合金中的非金属夹杂物研究

应用大样电解和相分析的方法,对真空感应熔炼FGH95母合金中的非金属夹杂物,尤其是危害较大的大尺寸非金属夹杂物进行了定性和定量分析.结果表明,电解的2.042kg试样中直径大于50μm的大颗粒非金属夹杂物总量为0.9mg,其中最大夹杂物的颗粒直径达到了600μm;这些大颗粒夹杂都是单一或复合氧化物类夹杂物,大部分是外来夹杂物,也有部分新生夹杂物.氧化物相分析结果表明,这些夹杂物主要是Al、Si的氧化物.棒料上部、中部、下部的氧化物相总量呈逐渐增加的趋势.分析指出,只有最大限度地去除外来夹杂物、避免耐火材料的污染、控制氧含量和凝固速度并减少偏析,才能确保完全去除大颗粒夹杂物,有效提高合金的纯净度.     

冶炼工艺对C-Cr-Ni-Mo不锈钢中夹杂物及其力学性能的影响

利用Aspex Explorer、扫描电镜及EDAX能谱仪对比研究了真空感应VIM+电渣重熔ESR(工艺1)和真空感应VIM+真空自耗VAR(工艺2)2种双联冶炼工艺对1种C-Cr-Ni-Mo高强度不锈钢铸锭中夹杂物与力学性能影响。研究结果表明,工艺2钢锭中气体的质量分数低于25×10~(-6),夹杂物主要以形状不规则的Al_2O_3为主;而工艺1钢锭中气体的质量分数接近100×10~(-6),夹杂物主要为Cr_2O_3、Al_2O_3,分布较均匀,尺寸在5μm左右;工艺1钢锭中氧化物夹杂数量明显多于工艺2,这是由于工艺1钢锭中O含量高所造成的,同时也表现出工艺1试样的冲击韧性及塑性明显低于工艺2。由此可见,采用工艺2可以大幅度降低钢中气体含量,提高钢的洁净度,改善钢的韧塑性。     

不同冶炼工艺的A286沉淀硬化不锈钢中夹杂物对比探讨

A286奥氏体沉淀硬化不锈钢(国内也称GH2132高温合金)是一种应用广泛的650 ℃以下使用的高温紧固件材料。该材料在实际生产使用中,使用了电炉+炉外精炼+电渣重熔(EAF+LF+ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)两种冶炼生产工艺,而到目前为止国内对这两种工艺生产的A286不锈钢材料还未进行系统的对比研究。实验将以上两种冶炼工艺的A286试验钢作为研究对象,使用Aspex夹杂物分析仪、扫描电镜(SEM)等试验工具,对两种试验钢的组织,非金属夹杂物的种类、成分、粒径大小及分布、形态等差异及特点进行了对比研究。结果表明,EAF+LF+ESR冶炼的试验钢中的夹杂物数量、面积是VIM+VAR工艺试验钢的3倍以上;两种试验钢中的夹杂物均有TiC、TiN、Ti(C,N)等种类,前者的夹杂物以TiN夹杂物为主,且多为大尺寸链状,纵横比较大,形状较复杂,对材料室温力学性能和耐腐蚀性能不利;后者的夹杂物以TiC为主,尺寸较小且形状较简单。通过将A286试验钢中的N质量分数控制在0.001%以下,可以将含Ti夹杂物的数量、大小等控制在较低的水平。EAF+LF+ESR工艺由于自身工艺特点,试验钢中P含量较高,约为VIM+VAR工艺试验钢P含量的10倍,据资料可能有利于A286不锈钢的高温蠕变性能。研究结果可为在不同环境和服役要求下使用A286不锈钢提供技术参考。     

真空感应冶炼—电渣重熔GH871合金的力学性能

研究了采用真空感应（VIM）＋电渣重熔（ESR）工艺冶炼的新型含铌铁基高温合金GH871的650℃蠕变性能、持久性能、疲劳性能及20－800℃冲击功、瞬时拉伸性能并与非真空感应（AIM）＋ESR GH871合金对比。结果表明：真空冶炼的GH871合金提高了650℃持久塑性，并达到5％以上。     

真空感应熔炼中夹杂物运动行为数值模拟

为了促进真空感应熔炼GH4169合金过程中夹杂物的去除,建立了电磁-流动-粒子跟踪耦合数学模型,研究了真空感应熔炼过程中熔液流动与夹杂物运动的规律,对比了不同冶炼工艺参数下熔池中流场和夹杂物运动特点,提出了一种促进真空感应熔炼过程中夹杂物去除的工艺优化方法。结果表明,真空感应熔炼过程中,熔池流场中存在2个漩涡,加快漩涡的运动速度可以促进熔池内夹杂物的去除,熔液流动速度随着熔炼的进行先升高后下降,最终趋于稳定。随着电压增加,熔液平均流动速度增加,熔池内夹杂物总去除率升高。随着电流频率升高,熔液平均流动速度降低,熔池内夹杂物总去除率降低。因此可通过增大电压、减小电流频率的方法,增大熔液流动速度,促进真空感应熔炼GH4169合金过程中夹杂物的去除,工艺参数由400 V、3 400 Hz优化为420 V、3 200 Hz后,夹杂物总去除率由91.98%增大到94.87%,提高了2.89%。     

不同冶炼方法对扭杆弹簧钢超高周疲劳性能的影响

摘要：以一种新型扭杆弹簧用高强钢（代号N1）为研究对象,采用真空自耗(VAR)和电渣重熔(ESR)冶炼方法制备得到2种实验钢（N1 VAR、N1 ESR）。研究了VAR、ESR冶炼方法对实验钢洁净度和超高周疲劳性能的影响。结果表明：采用电渣重熔工艺冶炼的N1 ESR试验钢中氧的质量分数为9×10-6,而采用真空自耗冶炼工艺的N1 VAR试验钢中氧的质量分数仅5×10-6,N1 VAR中氧化物夹杂数量和尺寸减小,夹杂周围裂纹萌生驱动力减小,超高周疲劳强度较高,疲劳寿命增加。     

高性能GCr15轴承钢中夹杂物控制与疲劳性能

GCr15轴承钢的冶炼工艺对钢的疲劳性能具有显著影响。研究了LF+VD、电渣重熔(ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)冶炼工艺对钢中氧、氮、硫的质量分数和非金属夹杂物的分布特征以及疲劳性能的影响规律。结果表明,VIM+VAR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.000 5%和0.001 6%,夹杂物总数量仅为1.54个/mm~2。ESR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.001 8%和0.011 0%,夹杂总数量为17.78个/mm~2,夹杂物尺寸均小于13μm。LF+VD冶炼钢中硫的质量分数为0.002 6%,钢中硫和氧的质量比为3.7,夹杂总数量最多为20.73个/mm~2,大于13μm的夹杂物中CaS和CaS与Oxide复合夹杂比例较高。旋转弯曲疲劳试验结果表明,LF+VD、ESR和VIM+VAR冶炼钢的安全疲劳极限分别为980、1 164和1 158 MPa,引起疲劳破坏的夹杂物类型与制备工艺有关,LF+VD冶炼钢的夹杂物有CaS、CaS(Oxide)和CaO·Al_2O_3,ESR冶炼钢的夹杂物有Al_2O_3和CaO·Al_2O_3,VIM+VAR冶炼钢的夹杂物有TiN、MgO·Al_2O_3和CaS(Oxide)。依据真实应力因素和疲劳寿命,钢中夹杂物的危害程度由大到小依次为TiN、CaO·Al_2O_3、MgO·Al_2O_3、Al_2O_3、CaS(Oxide)和CaS,夹杂物类型和尺寸的不同导致了GCr15轴承钢安全疲劳极限的差异。     

电渣重熔马氏体时效钢中的非金属夹杂物研究

应用电子扫描法（SEM＋EDS）和金相法,对真空感应熔炼（VIM）及随后进行电渣重熔（ESR）的改进型18NiNb马氏体时效钢中的非金属夹杂物进行了定性和评级分析。结果表明,电渣重熔对去除钢中的硫化物和尺寸较大的单颗粒夹杂效果明显,电渣重熔后钢中的夹杂物主要为细小的氧化物夹杂,数量明显减少、且呈弥散分布,进一步提高了18NiNb合金钢的钢锭质量。     

不锈轴承钢真空制备过程洁净度及碳化物变化

 为了提高G102Cr18Mo高碳不锈轴承钢的洁净度、细化碳化物组织,采用真空感应熔炼、两次真空自耗重熔、大锻压比锻造的工艺路线,研究了真空处理及大锻压比锻造对化学成分、气体含量、夹杂物分布、二次枝晶间距及碳化物颗粒度的影响。研究结果表明,真空感应熔炼过程(VIM)中,随着铝含量的增加,碳的脱氧能力大幅降低,即使铝质量分数为0.003%也对碳的脱氧能力有明显的阻碍作用;真空自耗重熔过程(VAR)由于高的真空度、高的重熔温度等热力学条件以及反应动力学条件的改善,氧含量显著降低,第一次自耗重熔后氧质量分数从0.001 49%降低至0.000 57%,降低了61.7%,第二次自耗重熔后氧质量分数降低至0.000 50%。真空感应熔炼、真空自耗重熔过程,夹杂物的成分变化不大,主要以Al-Si夹杂为主,其次为Al₂O₃夹杂,再次为MnS夹杂、Mg-Al-Ca、Mg/Ca-Al夹杂。双真空冶炼后,钢中夹杂物主要为0～5 μm的细小夹杂物,未发现大于20 μm的夹杂,含有少量10～20 μm的夹杂,钢的洁净度大幅度提高。在真空自耗锭横断面上,从边部向芯部二次枝晶的形貌变化不大,二次枝晶间距逐渐增大,但是变化趋势缓慢,二次枝晶间距为85～95 μm,这主要得益于低的自耗重熔速度。对真空自耗锭进行大变形处理,最终锻造成40 mm的圆棒,碳化物颗粒的最大尺寸不大于20 μm,平均尺寸为15 μm,且没有碳化物聚集的现象。低的自耗重熔速度和大锻压比锻造是碳化物细化的关键。     

不同冶炼工艺的A286沉淀硬化不锈钢中夹杂物对比探讨

A286奥氏体沉淀硬化不锈钢(国内也称GH2132高温合金)是一种应用广泛的650 ℃以下使用的高温紧固件材料。该材料在实际生产使用中,使用了电炉+炉外精炼+电渣重熔(EAF+LF+ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)两种冶炼生产工艺,而到目前为止国内对这两种工艺生产的A286不锈钢材料还未进行系统的对比研究。实验将以上两种冶炼工艺的A286试验钢作为研究对象,使用Aspex夹杂物分析仪、扫描电镜(SEM)等试验工具,对两种试验钢的组织,非金属夹杂物的种类、成分、粒径大小及分布、形态等差异及特点进行了对比研究。结果表明,EAF+LF+ESR冶炼的试验钢中的夹杂物数量、面积是VIM+VAR工艺试验钢的3倍以上;两种试验钢中的夹杂物均有TiC、TiN、Ti(C,N)等种类,前者的夹杂物以TiN夹杂物为主,且多为大尺寸链状,纵横比较大,形状较复杂,对材料室温力学性能和耐腐蚀性能不利;后者的夹杂物以TiC为主,尺寸较小且形状较简单。通过将A286试验钢中的N质量分数控制在0.001%以下,可以将含Ti夹杂物的数量、大小等控制在较低的水平。EAF+LF+ESR工艺由于自身工艺特点,试验钢中P含量较高,约为VIM+VAR工艺试验钢P含量的10倍,据资料可能有利于A286不锈钢的高温蠕变性能。研究结果可为在不同环境和服役要求下使用A286不锈钢提供技术参考。     

优质GH4738合金棒材夹杂物研究

为了研究针对由三联工艺(真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔)冶炼,经镦拔工艺开坯生产出的镍基高温合金优质GH4738棒材中夹杂物的类型与分布情况,通过扫描电镜和能谱仪分别对棒材横向和纵向的边缘、1/2半径处和中心处的夹杂物进行了检测,分析了夹杂物的成分、尺寸和数量。结果表明,优质GH4738合金棒材中的夹杂物主要为Ti(C,N)-MoS复合夹杂物、Ti(C,N)夹杂物、SiC夹杂物以及非常少量的Al2O3、MgO氧化物夹杂物,数量百分比分别为70%、20%、8%和2%。经镦拔开坯后,从中心到边缘处夹杂物总数递增,棒材横向上夹杂物尺寸呈降低趋势,但不同位置处夹杂物的平均尺寸差别不明显。     

真空感应炉炉衬材质对Inconel 690合金纯净度的影响

 为了研究坩埚材质对真空感应炉熔炼镍基合金Inconel 690纯净度的影响,在200、500kg真空感应炉上,分别使用镁质坩埚、钙质坩埚、铝镁质坩埚冶炼了Inconel 690合金,分析了产品中全氧含量、硫含量及氧化物夹杂数量、尺寸。真空感应炉铝镁质坩埚冶炼的产品全氧含量可达到(10~15)×10-6(质量分数,下同),硫含量55×10-6,合金中存在粒径5~10μm的D类夹杂物和粒径50μm以下的B类夹杂物,产品纯净度较高。钙质坩埚冶炼的产品硫含量可达到10×10-6,全氧含量平均为33×10-6,合金中存在大量的粒径5~10μm的D类细小夹杂物,同时存在少量粒径50~100μm的大型钙硅酸盐夹杂物。镁质坩埚冶炼的合金中全氧、硫含量分别为28×10-6、55×10-6,存在大量粒径50μm以上的B类氧化物夹杂。Inconel 690合金通常采用真空感应炉加电渣重熔的工艺路线生产,不考虑硫含量对纯净度的影响,建议真空感应炉采用铝镁质炉衬冶炼Inconel 690合金。     

电渣重熔渣系对C-HRA-3耐热合金夹杂物的影响

本文利用10 kg级保护气氛电渣重熔炉，研究了两种电渣重熔渣系对C-HRA-3耐热合金电渣锭夹杂物数量、尺寸、分布规律的影响。结果表明，60%CaF₂-20%Al₂O₃-10%CaO-10%MgO渣系的液相线温度为1 417℃，新型50.4%CaF₂-26.1%Al₂O₃-19.5%CaO-4%MgO渣系的液相线温度为1 324℃，且固液两相区的温度区间较窄，液态熔渣的电阻率高，可实现C-HRA-3合金电渣重熔的高熔速稳定冶炼。两种渣系冶炼的电渣锭中，夹杂物主要包括氧化物、碳氮化物和硫化物等类型，电渣锭边缘位置夹杂物数量与自耗电极相近，电渣锭边缘到中心位置夹杂物数量呈现出逐渐减少的趋势。两种渣系冶炼的电渣锭中，氧化物夹杂的平均尺寸分别为3.019μm和2.341μm。新型渣系冶炼的电渣锭中，沿径向不同位置处，尺寸>3μm的氧化物夹杂数量占比均更小，对C-HRA-3合金大尺寸氧化物夹杂具有更显著的去除效果。     

VIM-ESR-VAR三联冶炼工艺对9Cr18Mo轴承钢洁净度的影响

试验9Cr18Mo轴承钢(/%:0.98C,0.21Si,0.32Mn,0.005P,＜0.001S,16.95Cr,0.51Mo)经500 kg真空感应炉(VIM)-电渣重熔(ESR)-真空自耗重熔(VAR)三联工艺冶炼,锻造开坯并轧成Φ30 mm棒材。试验和分析了9Cr18Mo钢中的气体、有害元素的含量和非金属夹杂物。结果表明,三联工艺是提高轴承钢洁净度的有效方法,试验9Cr18Mo钢中氧含量0.0008%,氮含量0.0038%,硫含量＜0.001%,通过控制原材料的Ti和五害元素含量,成品材中Ti＜0.002%,Sn,As和Sb分别＜0.002%,Pb和Bi分别＜0.000 1%;三联工艺钢中非金属夹杂物数量少,90%以上的夹杂物尺寸小于3μm,达到了很高的洁净度水平。     

Inconel600的熔炼中的脱氧与脱硫

通过对高温合金Inconel600熔炼工艺的研究探讨,并对真空熔炼(VIM)、感应炉熔炼(IM)和电渣重熔(ESR)过程中除气、除杂的原理及方法具体分析,特别是对O、S以及低熔点杂质元素控制进行深入的探讨,研制合适的熔炼工艺.     

高碳含铜孪生诱发塑性钢中非金属夹杂物的探讨

高碳含铜孪生诱发塑性(TWIP)钢的纯净化制备对充分发挥其优异性能具有重要性。为了提高高碳含铜TWIP钢的洁净度, 实验利用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等对该TWIP钢经真空感应熔炼、固溶处理后的铸锭和热轧板材中非金属夹杂物进行分析, 找出了钢中夹杂物类型、来源以及不同工序的变化规律。结果表明, TWIP钢中主要存在铁锰氧化物、硅酸盐类夹杂、硫化物和氮化物。在该TWIP钢使用和热加工的温度范围内, 硫化物表现出良好的塑性, 氮化物属硬质脆性夹杂物。硅酸盐类夹杂物和铁锰氧化物变形特性受其成分和温度变化的影响较为明显。     

不同冶炼工艺对硫化物形态及尺寸分布的影响

利用扫描电镜和能谱分析等检测手段研究了"真空感应 真空自耗重熔"和"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"两种工艺冶炼的G50超高强度钢中夹杂物形态和尺寸分布,结果表明 "真空感应 真空自耗重熔"冶炼的钢中硫化物夹杂物尺寸较小、平均间距较小,纵横比较大,尤其是细夹杂物较多,相应的细夹杂物密集区域较多,而"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"冶炼的钢中MnS夹杂物均匀弥散分布,复合夹杂物中Ca含量较高,MnS变形困难,纵横比较小,导致夹杂物尺寸与平均间距较大.