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。     

涡轮盘用GH4169合金真空感应熔炼脱硫工艺研究

通过对真空感应熔炼脱硫工艺的研究,采用CaO粉末前期脱硫,J—Ca后期脱硫的联合脱硫工艺。使涡轮盘用GH4169合金S含量降到0．0018％的较低水平,能满足S含量≤0．002％的要求,生产出合格的涡轮盘用GH4169合金。     

120t LF底吹流场优化研究

结合前期水模拟结果,利用FLUENT软件对河北钢铁集团承德钢铁集团有限公司炼钢二厂120 t LF进行了底吹氩气的三相流数值模拟,模拟结果表明:优化后钢包熔池速度与湍动能分别增大了11.8%和18.3%,死区体积减小了33.7%,有利于钢包内熔池的传热、传质以及夹杂物去除等过程。将优化后钢包底吹位置应用于该厂120 t LF,结果表明:T.O去除率提高了5.9%,w(N)降低了6.4%;总夹杂物去除率提高了5.5%;大型夹杂物去除率提高4.9%。达到改善钢包结构,优化钢液流动状态,提高LF精炼的目的。     

高合金不锈轴承钢真空自耗熔炼数值模拟优化

为得到成分更均匀、更洁净的高合金不锈轴承钢产品，借助数值模拟的方法对某厂高合金不锈轴承钢真空自耗熔炼工艺展开优化研究。利用仿真软件MeltFlow-VAR从熔炼速率、熔池温度、冷却水温度对夹杂物粒子的分布影响等方面对真空自耗熔炼过程进行数值计算。结果表明，随着熔炼速率的升高，最大熔池深度增加，熔炼速率应大于3.0 kg/min为宜，结合枝晶间距和晶粒结构等结果考虑，得出最佳熔炼速率为3.5 kg/min;随着熔池温度的增加，最大熔池深度先增加后减小，当熔池温度为1 600℃时，熔池深度达到最大，熔池弧度曲线呈现饱满的碗形。通过数值计算预测了不同冷却水温度下铸锭内部夹杂物粒子的分布规律，工业试验验证了数值计算结果的准确性，得出最佳冷却水温度为25℃。研究结果对高合金不锈轴承钢生产具有一定指导意义。     

双通道式电磁感应加热中间包冶金效果研究

双通道式电磁感应加热中间包不仅能够补偿浇铸过程中出现的热量损失，而且具有改善中间包内钢液流动、促进钢液中非金属夹杂物去除的作用。本研究在对双通道式电磁感应加热中间包内的电磁力和流场进行了数值模拟研究的基础上，通过工业试验研究，分析了电磁感应加热中间包通道内钢液流动和夹杂物的去除情况。结果表明，在电磁场作用下，连铸中间包通道内钢液在该电磁力作用下会呈螺旋式前进。随着感应加热时间的延长，夹杂物含量不断降低，夹杂物去除率不断提高，与无感应加热条件相比，在感应加热5、10、15 min时，夹杂物去除率分别达到6.9%、12.1%和22.4%。     

保护气氛电渣重熔GH4169合金的冶金质量

介绍了最新引进5t保护气氛电渣炉的主要特点及GH4169合金的冶金质量。由于采用强脱S效果和对夹杂物吸附倾向大的渣系、低稳定的熔速以及全封闭式Ar气保护，GH4169合金锭各部位合金元素均匀分布。普通GH4169合金的S、O含量分别降低至20ppm以下和6ppm左右，而精选原材料的YZGH4169合金的S、O含量分别降低至7ppm和5ppm左右。实验结果还显示了该ESR工艺的脱S去O效果远高于一般ESR和VAR工艺。     

冶炼工艺对FGH96合金洁净度的影响

研究了不同冶炼工艺对粉末高温合金洁净度影响，通过扫描电镜及能谱仪对比研究了真空感应熔炼(VIM)、真空水平连铸(VHCC)和真空感应熔炼(VIM)+电渣重熔(ESR)3种冶炼工艺对FGH96母合金棒料杂质元素含量及夹杂物成分、形貌、尺寸、数量的影响。研究结果表明，采用VHCC或VIM+ESR双联工艺比采用VIM单联工艺制备的粉末母合金具有更高的洁净度。3种冶炼工艺生产的母合金棒料中夹杂物均由氧化物夹杂、碳氮化物夹杂和以氧化物为核心的碳氮化物复合夹杂组成。VIM单联制备的母合金棒料夹杂物数量和尺寸明显高于VHCC和ESR生产的棒料；VHCC棒料中夹杂物数量最少，且分布均匀；ESR棒料夹杂物尺寸最小，但边缘处夹杂物数量最多。3种工艺生产的棒料通过等离子旋转电极制粉后，筛出的夹杂物数量变化趋势与母合金基本一致，VIM+ESR冶炼工艺可以有效提高FGH96合金棒料及其粉末洁净度。     

高温合金真空感应电极凝固过程数值模拟研究

通过数值模拟,对使用保温冒口和未使用保温冒口时,不同浇注速度下?430 mm规格GH4169高温合金真空感应电极凝固过程进行了研究,结果表明：感应电极凝固顺序为首先径向凝固然后纵向凝固,浇注速度越大越易在电极中部形成孤立未凝固的中心圆柱区域,浇注速度越小越易形成从底部向顶部的顺序凝固而不形成孤立隔断区域。保温冒口可以提高电极中缩孔位置使其集中于电极头部的保温冒口处,有效减小高温合金感应电极的缩孔尺寸,而且能有效增加电极头部的凝固时间,促进气体和夹杂物上浮于电极头部的保温冒口处,头部切除后增加电极纯净度和致密性。     

单流双通道板坯感应加热中间包的数值模拟及工业试验

以某钢铁企业单流双通道感应加热中间包为原型,通过数值模拟与工业试验的方法,研究感应加热中间包内钢液流动、传热及夹杂物的去除行为。结果表明,当加热功率为400 kW时,钢液高速流过通道,温度由1 846 K升高到1 862 K,升温幅度为16 K,流出通道后在浮力作用下向上流动,到达浇注区顶部后向底部流动;随着加热功率的升高,钢液流过通道的升温幅度逐渐增大;流出通道的钢液温度高于浇注区内钢液的平均温度,浇注区温度逐渐升高。对于直径为50μm的夹杂物,当加热功率为400 kW,有感应加热中间包时其去除率高于无感应加热中间包时,去除率升高19.01个百分点;且通道内夹杂物去除率也高于无感应加热中间包,去除率升高31.41个百分点。对于每种尺寸的夹杂物,有感应加热的去除率均高于无感应加热;加热功率由400 kW升高到500 kW,夹杂物去除率小幅升高;所有尺寸夹杂物同时从入口释放,也可以得到类似的结论。工业试验表明,随着加热功率的升高,中间包水口的温度随之升高。与未使用感应加热相比,加热功率为400 kW时,试样的全氧质量分数降低幅度为15.3个百分点;加热功率为500 kW时,试样的全氧质量...     

Nb含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响

采用真空感应熔炼、锻造、轧制、热处理等工艺得到Nb元素含量分别为4.99%、5.13%、5.34%、5.50%的四种GH4169合金,研究了Nb元素含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着Nb元素含量的增加,GH4169合金两组室温屈服强度和抗拉强度的均值分别由1124.5 MPa和1402 MPa提高至1152.5 MPa和1489 MPa,两组650℃屈服强度和抗拉强度的均值分别由867.5 MPa和1035 MPa提高至975.0 MPa和1105 MPa,室温拉伸塑性略有降低,但650℃拉伸塑性几乎无变化,说明Nb元素含量的增加促进了主要强化相γ″的析出和长大,同时金相观察表明同样促进了晶界δ相的析出。     

气氛保护电渣重熔铍铜合金QBe2.0的冶金质量研究

QBe2.0合金是用量最大的航空航天铍铜合金,分别采用真空感应熔炼(Vacuum Induction Melting,VIM)+半连续铸造(Semicontinuous casting)和真空感应熔炼(VIM)+气氛保护电渣重熔(Protected Electro Slag Remelting,P-ESR)两种不同工艺生产QBe2.0合金,通过超声探伤和断口检测分别对两种工艺生产的铸锭和后续锻造棒材的冶金材料质量进行对比实验研究.结果表明,与常规工艺相比,气氛保护电渣重熔过程具有熔池过热度低,熔池浅,过程一致性好和高度方向组织均匀等优点,生产的QBe2.0合金铸锭中易氧化元素Be没有明显的烧损,氧含量[O]由常规的0.01233％(质量分数)降低到了0.00238％,金相组织得到了明显改善,组织更均匀更加细小,尤其是锻造棒材中的β相较少,且呈点状分布,锻造加工后探伤和断口检测结果都达到了标准要求,从根本上解决了长期以来国内采用半连续铸造方法制备棒材在断口和探伤方面难于达到质量要求的问题.     

电渣重熔对FeCrAl不锈钢中夹杂物的影响

应用扫描电镜(SEM)及X射线能谱分析仪(EDS)对真空感应炉熔炼(VIM)和电渣重熔炉熔炼(ESR)的FeCrAl不锈钢中夹杂物的成分、形貌、数量、大小进行统计分析。结果表明,AlN是2个钢锭的主要夹杂物,电渣重熔过程中产生的高熔点稀土化合物可作为AlN析出的异质核心。电渣重熔使自耗电极中尺寸大于10μm的夹杂物基本消失,ESR锭中尺寸小于5μm的夹杂物达到86.7%。电渣重熔减小了AlN的平均尺寸,去除了大尺寸的AlN,使AlN的总面积明显减小。热力学计算结果表明,VIM锭中AlN可以直接在液相中析出;ESR锭中氮含量的降低造成AlN不能直接在液相中析出,随着凝固的进行,[Al]和[N]在残余液相中富集,当凝固分率大于0.615后,AlN才能在凝固前沿的残余液相中析出。     

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。     

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。     

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。     

真空感应熔炼含铝钢的脱氧规律

 通过热力学分析研究了用氧化钙坩埚熔炼含铝钢时熔炼温度、真空度和钢液铝含量与氧化钙分解向钢液增氧的关系。在25 kg真空感应炉中分别用电熔镁砂和氧化钙砂捣打坩埚熔炼含铝钢,在10~50 Pa真空度下,镁砂坩埚表现出强烈的供氧倾向,全氧含量随着钢中铝烧损量的增加而增加;而氧化钙坩埚不向钢液供氧。随着钢液中Al2O3夹杂被氧化钙坩埚吸收同化,全氧的质量分数逐渐下降至3×10-6。     

碳化焦球用于一步法生产硅钙合金新工艺

借鉴电石冶炼中“碳化焦球”技术,提出“碳化焦球”用于一步法生产硅钙合金新工艺。理论分析表明,碳化焦球可以减少硅酸钙炉渣与碳化硅的生成,从而解决炉渣下沉造成炉底上涨的生产难题。同时,碳化焦球可以促进石灰生成电石,从而提高熔池炉渣中电石质量分数,降低炉渣密度,提高炉渣熔点,有利于渣金分离和熔池温度提高。该项技术用于生产实践还需要在碳化焦球制备、炉料配比以及冶炼工艺与设备参数上进行深入研究,以获得最佳冶炼效果。     

高铌高磷GH4169 C和GH4169合金的组织稳定性

为研究高铌高磷GH4169C高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性,通过场发射扫描电镜和数显布氏硬度计对GH4169和GH4169C两合金分别经600、650、704及720℃时效30~10000 h的显微组织和硬度变化进行对比分析。结果表明:在服役温度（650℃）范围内长期时效,GH4169合金和GH4169C合金均表现优异的稳定性;在服役温度以上长期时效,GH4169合金和GH4169C合金稳定性较差,短时间内,合金组织就出现失稳。对比而言,704℃时GH4169C合金组织稳定性较GH4169合金高,而720℃时GH4169C合金组织稳定性劣于GH4169合金。分析认为,GH4169C合金由于提高Nb含量和P含量使的γ＇相稳定性增加,得以在服役温度以上（704℃）表现比GH4169合金更为优异的组织稳定性,但Nb含量的提高也引起啄相含量的增加,导致组织稳定性下降。在超高温（720℃）下,GH4169C合金稳定性劣于GH4169合金。由此推知,相比GH4169合金,改型GH4169C合金在使用温度上有所提高,但提高有限,在超高温下,其稳定性反而降低。