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高温合金GH2132中频感应熔炼加电渣二次重熔工艺探讨

更新时间:2009-03-28

一、概述

GH2132是Fe-25Ni-15Cr基高温合金,加入Mo、Ti、Al、V及微量B综合强化,具有高Ti、低Al型的特点。在650℃以下具有高的屈服强度和持久蠕变强度,并且具有较好的加工塑性和满意的焊接性能。适合制造在650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件,如涡轮盘、压气机盘、转子叶片和紧固件等。该合金可以生产各种形状的产品,如:盘件、锻件、板、棒、丝和环形件等,广泛用于制造航空发动机和工业燃气涡轮机上的零部件,如涡轮叶片、加力燃烧室、紧固件等,在汽车发动机上也有广泛应用。

高温合金可以采用多种方法熔炼,既可以采用电弧炉(EFM)、感应炉(IM)或真空感应炉(VIM)进行一次熔炼,也可以用电渣炉(ESR)或真空自耗炉(VAR)进行二次熔炼,有的甚至采用三次熔炼,以发挥各自优点。选用什么样的工艺路线,主要根据高温合金的成分特点及用途来决定。

根据我公司模具钢生产设备的特点,采用中频感应熔炼+电渣二次重熔来生产GH2132高温合金的工艺路线。在采用该工艺路线熔炼高温合金的过程中,容易产生以下缺陷:增碳、合金液成分难于精确控制、Ti元素烧损大等。本文主要探讨在现有设备的基础上,采用中频感应熔炼工艺+电渣二次重熔工艺,生产出符合要求的GH2132高温合金锭。

二、中频感应电炉熔炼GH2132高温合金

1. 中频感应熔炼过程重点内容

钛元素非常活泼,熔炼中容易被氧化而烧损,根据相关资料介绍,钛铁的收得率一般在40%~70%,由此可以看出钛元素收得率的高低将直接影响到合金锭的生产成本,也直接影响含钛元素的高温合金成分的控制。

为实现提高钛铁在高温合金GH2132中频感应熔炼过程中的收得率,我们将从GH2132自身成分特点出发,采用回炉料的不氧化法中频感应熔炼。在熔炼过程中,从渣系选择,到制订合理的脱氧制度、钛铁烧损保护措施,以及熔炼过程的脱氧扒渣操作细节,最后考虑钛铁合金的加入方式等。

2. 准备工作

(5)钛铁加入方式 待炉中样的成分检测在预期范围后,出炉前10min左右,适当调高合金液温度,加铝块进行终脱氧,然后将钛铁倒入熔池中,同时用耙子将渣面上钛铁压入合金液中,减少氧化烧损。此时还需不断搅拌,待熔完后,升高合金液温度,符合出合金温度后出合金。

3.EPC工程总承包项目结算和审计问题。《审计法》第二十二条、《审计法实施条例》第二十条规定,所有的以政府资金为主的项目都需要进行审计。在EPC工程总承包项目中,业主一般采用风险可控的固定总价合同模式,政策发文也提倡这种合同模式,这与目前的以项目竣工审计为依据的结算体系出现矛盾。更深一步讲,固定总价合同模式下,是否需要最终审计,如何进行审计,这是目前业主也无法给出答案却亟待解决的现实问题。

(3)质量检测 熔炼结束,观察到电渣锭表面螺纹明显减少。退火后取电渣锭头尾样分析(见表5),可以看出采用提纯渣熔炼GH2132,可将Ti元素的烧损控制在10%以内。

(3)萤石要求 采用电渣重熔用萤石,破碎,粒度适中,并同石灰一道经过高温烘烤。

(4)洗炉 熔炼一炉低碳钢洗炉。

2.新型职业农民的“职业性”。传统农民与新型职业农民最大的区别在于,前者更多的是一种身份,而后者则是一种职业。农业现代化发展使得农业分工更为细化,不同环节的分工对工作内容要求更为具体。农业从业者岗位更加明确,主要分布于农业生产产前、产中与产后的生产资料与农械机具销售、技术指导与培训及信息咨询服务等各个专业岗位。这些岗位对新型职业农民的技能要求是“专、精、高”,即专业化、精确化与高水平。现代农业各个细化岗位的“专、精、高”就是对农民“职业”要求的具体体现。新型职业农民作为一种职业而存在,必须具有专业知识与技能,同时享受相应的职业保障与权利。

(5)钢模 清理钢模内壁,保持干燥清洁。

⑤蒋介石自己也承认,“国府成立以来,各种设施,百分之九十九悉依汉民之主张”(《国府纪念周蒋主席报告胡辞职经过》,《大公报》1931年3月6日,第1张第3版)。

3. 试验操作要点及影响因素

(1)操作要点 ①底渣。底渣是指熔炼下料前,事先在中频感应电炉底下放置的渣料。底渣的作用:能覆盖合金液,防止热量损失,保持合金液温度;防止合金液吸收气体,聚集吸收废料表面带入的杂质;减少元素的挥发,有利于脱除合金中的P、S等杂质元素,改善合金液质量。②底渣的组成。底渣渣量为炉料的2%左右,由石灰和萤石组成,其中石灰占底渣的80%左右,萤石占底渣的20%左右。③造渣次数及操作要点。针对GH2132合金的特点,我们严格执行3次造渣、扒渣制度,渣料依然采用萤石+石灰,前两次采用大渣量(约占炉料总量的2%),后一次采用薄渣(以覆盖合金液为原则),在每次换渣时,都将前一批渣全部扒净。

(2)脱氧制度的确定 常用的扩散脱氧剂有碳粉、硅铁粉、硅钙粉、铝粉、铝石灰等。铝粉、铝石灰脱氧能力最强(彼此等效),硅钙粉次之,硅铁粉最差。中频感应电炉熔炼时,各种脱氧剂选取原则如下:碳粉、碳化钙主要用于高碳钢种;硅铁粉、硅钙粉、硅钛粉用于wSi≥0.6%的钢与合金;铝粉、铝石灰用于低碳、低硅的钢种与高温合金。

日常生产过程中,我们采用铝块(约2kg/块)加硅铁粉的脱氧方式,而熔炼GH2132时,考虑到其本身wC在0.08%以下,故我们采用综合脱氧制度:沉淀脱氧(铝块1kg/t)+铝粉扩散脱氧。

考虑到GH2132中含有熔炼过程中极易氧化的元素Al、Ti,初步制订熔炼制度。

(4)钛铁的收得率 为了提高钛铁的收得率,改变在炉中取样后补加钛铁,然后再取样检测的方式,避免加入钛铁后再取样检测这一过程时间过长导致炉中Ti元素继续烧损,最终使Ti元素含量降低甚至不符合成分要求。在钛铁加入前,需满足3个条件:①造好流动性良好的白渣,且白渣要稳定。②合金液温度要足够高,因为钛铁加入后,合金液发黏,夹杂物难以上浮。③钛铁的块度以50~150mm为宜,过大或过小(粉末状)均对收得率有影响。

(1)原材料要求 回炉料要求干净、无油污,并经过适当的烘烤。需补加的合金如镍板等经过特定烘烤,尽量减少通过合金补加而带入的其他杂质。

4. 熔炼数据对比

近邻信任是特殊信任的一种,其区别于一般信任,指个体建立在亲密关系基础之上对特定对象——近邻的信任(夏庆, 辛自强, 杨之旭,2017; Weber & Gerth, 1953),其产生于邻里之间的互动。根据社会网络理论,邻居因其空间位置的优越性而成为及时支持的重要来源,可以在社会网络中发挥不可替代的作用(Unger & Wandersman, 1985)。Jachimowicz等人(2016)曾用两年的时间通过线上和线下的方式帮助美国60个低收入社区构建邻里之间的信任,结果表明,与控制组相比,干预组的居民时间折扣率显著降低。

中频感应熔炼后Al元素含量变化:熔炼前,原材料中纯Al含量738×0.53%+ 386×1.0%+60×7.8%=12.45(kg),熔炼后成品中纯Al含量1900×0.5%=9.5(kg),通过前后比较可以发现,Al烧损约为(12.45-9.5)×100/12.45=23.7(%)。

中频感应熔炼后Al元素含量变化:熔炼前,原材料中纯Al含量1610×0.37%+26×7.8%=7.98(kg),熔炼后成品中纯Al含量(1610+10+26)×0.31%=5.1(kg),通过分析计算Al烧损为(7.98–5.1)×100/7.98=36(%)。

(2)中频感应熔炼工艺优化后 针对前次GH2132中频感应熔炼进行分析及总结,改进熔炼方式,主要体现在:一是提高GH2132中wAl至0.5%~0.7%,以保护Ti元素少烧损;二是经过中频感应熔炼取样后,除Ti元素外,其他元素成分均在预定范围时,因此出钢前8min内加入钛铁,以减少钛元素烧损。

很多中小企业受到传统管理理念的影响,尚未构建科学完善的管理模式,在实际工作中仍然采用传统家族式的管理方法,因此造成对企业财务工作负责的工作人员多数是企业领导者的亲属,专业能力不强,无法结合市场动态变化对财务报告进行完善,也难以针对财务会计工作实施科学化的管理,导致在中小企业的建设和发展过程中,不能发挥出财务会计管理工作的效能,不仅会影响中小企业发展过程中经济效益的获取,甚至会制约和阻碍中小企业在当前市场经济背景下实现持续稳定发展的目标。

配料:wTi为2.2%的GH2312回炉料738kg、wTi为2.62%的GH2312回炉料386kg、纯铁372kg、纯铬118kg、镍板212kg、钛铁60kg、钼片7.5kg、钒铁2kg。总炉料1900 kg。

中药材属于农产品的一种,同样受到市场采买价格的影响,若前一年中药材质量较差,企业收购价格较低,会严重打击农户的种植兴致,导致第二年中药材市场数量大幅度缩水,中药材收购价格被迫提高,会重新刺激农户种植中药材,第三年中药材数量上升,价格又开始回落,且不同年度的降雨、光照都会影响中药材数量和质量,如此一来中药材的价格常年处于波动状态,给企业的生产成本造成了一定的影响,提高了中药材种植企业的发展风险。

GH2132回炉料、炉中样及成品样化学成分如表3所示。

(1)中频感应熔炼工艺优化前 GH2132化学成分控制标准及钛铁化学成分如表1所示。加入回炉料1610kg,炉中取样后补加10kg镍板、26kg钛铁,检测化学成分如表2所示。

钛元素综合收得率计算:原始材料中纯钛量738×2.2%+386×2.62%+60×29.59%=44.1(kg),成品中纯钛量1900×2.25%=42.7(kg),经中频感应熔炼后钛铁综合收得率42.7×100/44.1=96.8(%)。

钛元素综合收得率计算:原始材料中纯钛量1610×2.03%=32.7(kg),补加钛铁中纯钛量26×29%=7.5(kg),成品中纯钛量(1610+10+26)×0.97×1.88%=30(kg),综合收得率为30/(32.7+7.5)=74.6(%)。

三、GH2132高温合金的电渣重熔

1. 对GH2132高温合金中频电极初次电渣重熔

(3)Ti元素烧损保护 根据之前熔炼的生产经验,Ti在熔炼过程中非常容易烧损,成为导致Ti收得率降低的一个直接原因。常见各元素脱氧能力由强到弱的排列次序为:Ca、Mg、Al、Ti、Si、C、P、V、Mn、Cr,从排序可以判断,Al与氧的结合能力比Ti与氧的结合能力更强。GH2132高温合金中wAl≤0.40%,在之前电渣重熔熔炼的经验分析中,Al烧损将会过半,为此我们考虑通过配料时,在理论上将wAl提高至0.5%~0.7%,这样在中频感应熔炼过程中既保护Ti少烧损,又对Ti在电渣重熔时起到了保护作用。

(1)用φ320mm规格结晶器熔炼。

(2)总渣量30kg,萤石∶氧化铝粉∶钛白粉=67∶28.7∶4.3,萤石20.09kg,氧化铝粉8.61kg,钛白粉1.3kg,Al粉200g。

 

表1 GH2132及钛铁化学成分(质量分数) (%)

  

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表2 回炉料和取样检测化学成分(质量分数) (%)

  

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表3 GH2132回炉料、炉中样及成品样化学成分(质量分数) (%)

  

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(3)渣料经高温烘烤。

(4)电流、电压制度采用55V电压熔炼,电流4.5~5.5kA,其余操作方式保持现有不变。

经试生产后,发现存在较多问题:熔炼过程电流不稳定;电渣锭表面螺纹较严重;渣厚120mm;退火效果不佳,退火后太硬;取电渣锭头尾样检测(见表4),发现Ti元素烧损严重,电渣锭头部达50%以上。

2. 改进工艺后GH2132中频电极电渣重熔

(1)渣料提纯 目的是使渣料中氧化物如SiO2、MnO、FeO等的总量小于1%,其中SiO2≤0.2%。

Fe-Al电极中频感应熔炼:切头400kg,铝锭35kg,在造好还原渣情况下加入,最终使Fe-Al电极中wAl在8%左右。

渣料电渣提纯:采用Fe-Al电极通过电渣提纯渣料,萤石∶氧化铝∶石灰=70%∶28%∶2%,总渣量80kg,萤石56kg,氧化铝22.4kg,石灰1.6kg,分批化渣后加入φ320mm结晶器,采用55V电压、3~4kA电流提纯。

(2)GH2132电渣重熔 ①渣料。 由于此次采用φ420mm结晶器熔炼,渣料称取35kg,其中提纯渣32.3kg、钛白粉1.7kg,提纯渣破碎后粒度适宜,并经650℃×3h烘烤。160g工业铝粉在熔炼过程分4次加入。②电流、电压制度。正常熔炼电流控制在5.5~6.5kA,电压采用55V档,其余方式保持不变。

(2)石灰要求 要求使用冶金级别专用石灰,粒度适中,并经过650℃高温烘烤约5h。

 

表4 中频电极成品样及电渣锭头尾样化学成分(质量分数) (%)

  

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表5 中频电极成品样及电渣锭头尾样化学成分(质量分数) (%)

  

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四、结语

GH2132高温合金通过多次的中频感应熔炼及电渣二次重熔,可以得出以下结论:

(1)含Ti的高温合金若采用中频感应熔炼,只适合采用不氧化法进行,且随熔炼时间延长,Ti元素烧损更严重。

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(2)Al是比Ti更容易与氧结合的元素,在中频感应熔炼含Ti的高温合金时,当Al含量达到一定程度时, 将对Ti的烧损起保护作用,为提高Ti元素的综合收得率,有必要将钢中wAl控制在0.5%~0.7%。

(3)在电渣重熔过程中,为控制Ti元素烧损,所采用的渣料需经过提纯,目的在于降低渣中氧化物总量,避免Ti元素在电渣重熔过程中被严重氧化。

(4)中频感应熔炼+电渣二次重熔工艺路线的不足:合金液中夹杂物总量无法进一步降低;在熔炼过程中容易吸气,使合金锭中气体含量无法控制在较低水平;在中频感应熔炼+电渣重熔过程中,若操作不当,容易导致Ti、Al元素的烧损较大;存在因熔化速度变化而产生的点状偏析和枝晶偏析。

(d)I can keep the book I borrowed from the library for a week.

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参考文献:

苏:2009年8月,我被正式确定为四川省羌族沙朗舞非物质文化遗产传承人,我被要求去各个乡镇去传授沙朗舞。我对沙朗舞也是有期待的:原汁原味,允许广场舞做少量的穿插!

[1] 郭建亭. 高温合金材料学(中册)制备工艺[M]. 北京:科学出版社,2008.

同伴互评是指“学生对同伴的写作进行阅读、批评和提供反馈的协同活动; 通过互相的支架策略,既确保了文本的即时改进,又逐步地增强了写作能力”[4]321-322。 可见,同伴反馈仅仅是同伴互评的一部分,同伴互评还包括阅读和批评写作文本。

 
莫光有
《金属加工(热加工)》2018年第04期文献

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