專利名稱：一種鎳鎂合金及其冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳基合金及其冶煉方法，特別涉及一種鎳鎂合金及其 冶煉方法。
背景技術(shù)：
一些高等級(jí)鋼材及磁性材料的生產(chǎn)中需要用到鎂脫氧，由于金屬鎂的 熔點(diǎn)低且容易蒸發(fā)，直接向鋼水中加入金屬鎂容易產(chǎn)生火花、煙霧甚至爆炸，鎂 的收得率不穩(wěn)定且嚴(yán)重影響冶煉生產(chǎn)安全，故一般將鎂和較高熔點(diǎn)的金屬熔煉成 合金后再使用。其中最為常見(jiàn)的合金形式為鎳鎂合金或者鎳鎂鐵合金，合金中鎂
的含量為3 — 50% (重量百分比)。但對(duì)于鎳鎂合金，由于鎳的熔點(diǎn)達(dá)1452°C， 鎂的熔點(diǎn)只有65CTC,且金屬鎂還具有蒸汽壓高，不導(dǎo)磁(不感應(yīng))等特點(diǎn)，實(shí) 際生產(chǎn)難度很大，冶煉時(shí)容易引發(fā)火災(zāi)、煙霧甚至爆炸，鎂收得率極低(一般 60%以下)以及合金成分不容易達(dá)到等缺點(diǎn)。此前所使用到的鎳鎂合金一般也如 采用真空感應(yīng)爐熔煉，但存在以下問(wèn)題鎂的收得率低且不穩(wěn)定，致鎳鎂合金的 成分穩(wěn)定性差，且不能生產(chǎn)鎂含量大于32%的合金。冶煉的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。這主要 是因?yàn)殒V為非鐵磁性金屬，在普通感應(yīng)爐內(nèi)不感應(yīng)，需要采用石墨坩堝，或者有 芯感應(yīng)爐，這為實(shí)際的批量生產(chǎn)帶來(lái)很大不便，也直接導(dǎo)致前面所述的鎂收得率 低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎳鎂合金及其冶煉方法，主要解決現(xiàn)有鎳鎂 合金的成分穩(wěn)定性差，且不能生產(chǎn)鎂含量大于32 wt^的合金以及冶煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種鎳鎂合金，其組成成分的重量百分配比
為鎂8—49%, Ni: 49—91%， Fe: 0—18%,雜質(zhì)元素A1、 C、 Si和Mn的 含量均小于1.0%。 (Al%+C%+Si%+Mn%) <2. 5%。
鎳鎂合金的冶煉方法，依次包括以下步驟備料、裝料、送電、熔化、搖爐、 合金化及澆注工序，裝料時(shí)，鎳全部裝入爐內(nèi)，鎂塊初次裝入全量的50—90%， 鎂、鎳(和鐵)可以選擇以下四種方式中的一種進(jìn)行裝填鎂、鎳塊相間分3 — 6層裝爐，最下層為鎂；鎂、鎳塊相間分3 — 6層裝爐，最下層為鎳；鎂鎳塊混 合(不分層)裝爐；鎂鎳塊分兩層裝爐，上為鎂塊；鐵和鎳或鎂放在一起。在冶
煉熔化工序，控制爐內(nèi)溫度高于151(TC，冶煉當(dāng)中向爐內(nèi)補(bǔ)加鎂，在金屬料未
完全熔化以前，感應(yīng)爐功率保持2. 3-3. 1Kw/Kg金屬料,熔清后，感應(yīng)爐功率應(yīng)保 持l.O-2.2Kw/Kg水平，在澆注前6—IO分鐘內(nèi)，功率水平應(yīng)低于1.6Kw/Kg，在 爐料熔清前或熔清后的兩個(gè)階段至少有一個(gè)階段控制爐內(nèi)真空度為34000Pa— 51000Pa，并同時(shí)通氬氣保護(hù)。鑄錠的澆注采用耐材鑄模，澆注中控制真空度為 75000—100000Pa，澆注溫度為720—118(TC。
爐型及錠模的選用采用真空無(wú)芯感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，爐襯采用鎂砂，水玻璃 粘結(jié)，采用耐材錠模。
配料按照成品合金中鎂含量配料，其中鎳的收得率按100%配，鎂按下面 的收得率配合金鎂含量在8-17%時(shí)，鎂收得率89—91%;鎂含量為17 — 36% 時(shí)鎂收得率90—93%;鎂含量36%以上按93%收得率配料。
要求金屬鎳錠加工成單重不超過(guò)50克的塊狀料，鎂錠加工成單重不超過(guò)120 克的塊狀料；爐內(nèi)加入主要含KCl和NaCl成分的預(yù)熔渣。
冶煉當(dāng)中進(jìn)行至少2次手工搖爐以加強(qiáng)攪拌及保證鑄錠成分的均勻性。 本發(fā)明的有益效果是1、大幅度提高了鎂的收得率。熔煉NiMg合金中的主 要問(wèn)題是鎂的燒損和升華。燒損的原因是鎂的高活性和高溫，故必須采用真空爐 熔煉；升華是因?yàn)殒V的蒸汽壓比較高，而釆用真空爐熔煉又將加劇升華。本發(fā)明 合理調(diào)整冶煉全過(guò)程的真空度和溫度，將鎂的損失降到最低，能生產(chǎn)出鎂含量大 于32 wtX的鎳鎂合金。2、加快熔煉速度，降低冶煉成本。由于金屬鎂為非鐵 磁性金屬，在感應(yīng)爐內(nèi)不感應(yīng)生熱，雖然，盡管鎳是鐵磁性金屬，在釆用無(wú)芯感 應(yīng)爐且不加石墨坩堝的情況下，爐內(nèi)的升溫速度是非常慢的，采用本發(fā)明所要求 的方法可以較其它的方式顯著加快熔化。3、鑄錠金屬成分均勻、偏析少，且成 分精度高。由于鎂的收得率高、感應(yīng)爐升溫速度快，采用合理的控溫、搖爐及澆 注方式，使得成分的控制精度提高。4、對(duì)冶煉設(shè)備的影響較小。金屬鎂的燒損 和升華對(duì)設(shè)備有一定的影響，對(duì)后續(xù)的冶煉操作帶來(lái)不便，常見(jiàn)問(wèn)題如煙霧使感 應(yīng)爐窺視鏡表面嚴(yán)重積塵，鎂蒸汽積聚真空管道內(nèi)壁在破真空時(shí)容易引發(fā)明火 等，為生產(chǎn)安全及設(shè)備狀況的穩(wěn)定帶來(lái)隱患。本發(fā)明由于對(duì)鎂的燒損進(jìn)行較好的 控制，大大減少了煙霧的產(chǎn)生。綜上所述，本發(fā)明所提出的方法為工業(yè)化生產(chǎn)鎳 鎂合金提供了一種保障安全、質(zhì)量穩(wěn)定和成本易控的方法。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:使用鎂砂爐襯的真空感應(yīng)爐，容量為50公斤，功率為100kW,
冶煉Ni-35。/。Mg合金。
爐料使用金屬鎂錠和鎳板，純度均為99%以上。實(shí)際裝入量為32kg，按鎂 收得率按90%計(jì)算，因此實(shí)際配料為鎳20.8公斤和鎂12.4公斤。將鎳板切割成 25X10X5mm (鎳板厚度)小片材，鎂錠切割成單重介于70—110克方塊料。
裝料時(shí)，鎳片一次全部裝入，鎂塊裝入9.7公斤，另外2.7公斤裝入爐內(nèi)合 金料斗備用。鎂、鎳分層裝入，最下面一層為鎂塊，上面鋪一層鎳片，鎂塊間縫 隙亦塞入鎳片，爐內(nèi)最上面一層為鎳片。金屬料裝入后，再在爐內(nèi)加入200克以 KC1和NaCl為主要成分的預(yù)熔渣覆蓋。
裝料完畢后合上爐蓋升溫。前面17分鐘設(shè)定感應(yīng)爐電流530A、電壓160V、 真空度3Pa。在通電13分鐘后爐內(nèi)可觀察到液態(tài)金屬，即金屬已經(jīng)部分熔化。 第18分鐘后調(diào)整供電和真空度，調(diào)整后的電流為500A，電壓為140V，真空度 43000Pa，同時(shí)打開(kāi)氬氣閥門，對(duì)爐內(nèi)通氬氣保護(hù)。第23分鐘進(jìn)行第一次搖爐， 時(shí)間為1分鐘。第28分鐘爐內(nèi)金屬全部熔化，此時(shí)開(kāi)啟真空爐料斗閥門向爐內(nèi) 補(bǔ)加鎂塊。開(kāi)啟閥門前調(diào)整爐電流至300A，電壓150V和真空度46000Pa，維持 5分鐘，期間進(jìn)行第二次搖爐。第38分鐘取樣后，其后關(guān)閉感應(yīng)線圈電源，調(diào) 整真空度至93000Pa，傾斜爐體進(jìn)行澆注，澆注結(jié)束10分鐘后打開(kāi)爐蓋。事后 對(duì)所取試樣進(jìn)行成分分析為含鎳64.1%, Mg35.5%，與預(yù)定成分非常接近，理論 計(jì)算鎂收得率91.6%，鑄錠外觀無(wú)明顯缺陷，對(duì)各個(gè)部位取樣作成分分析后表明 鑄錠內(nèi)部偏析非常輕微。
實(shí)施例2:使用同一真空感應(yīng)爐冶煉Ni-12MMg合金。
實(shí)際裝入量為35kg，按鎂收得率按90%計(jì)算，因此實(shí)際配料為鎳30.8公斤 和鎂4.7公斤。將鎳板切割成25X10X5 (鎳板厚度)小片材，鎂錠切割成單重 介于30—70克方塊料。
裝料時(shí)，鎳片一次全部裝入，鎂塊裝入3.7公斤，另外l公斤裝入爐內(nèi)合金 料斗備用。鎂、鎳交替分層裝入，共裝入6層，最下面一層為鎂塊，爐內(nèi)最上面
一層為鎳片。
裝料完畢后合上爐蓋升溫。前面14分鐘設(shè)定感應(yīng)爐電流550A、電壓150V、真 空度3Pa。在通電12分鐘后爐內(nèi)金屬部分熔化。第16分鐘后調(diào)整供電和真空度 并通氬氣保護(hù)，調(diào)整后的電流為500A，電壓為130V，真空度46000Pa。第19 分鐘進(jìn)行第一次搖爐，時(shí)間為1.5分鐘。第25分鐘爐內(nèi)金屬全部熔化后開(kāi)啟真 空爐料斗閥門向爐內(nèi)補(bǔ)加鎂塊。開(kāi)啟閥門前調(diào)整爐電流至330A，電壓120V和 真空度50000Pa，維持3分鐘，待鎂塊完全熔化后進(jìn)行第二次搖爐，時(shí)間為l分 鐘。第30分鐘進(jìn)行取樣，其后再次搖爐1.5分鐘。最后關(guān)閉感應(yīng)線圈電源，調(diào) 整真空度到98000Pa，傾斜爐體進(jìn)行澆注，澆注結(jié)束10分鐘后打開(kāi)爐蓋。事后 對(duì)所取試樣進(jìn)行成分分析為含鎳88%， Mgll.8%。理論計(jì)算鎂收得率88%，與 預(yù)定收得率比較接近。鑄錠質(zhì)量合格。
實(shí)施例3，冶煉Ni—38n/。Mg—10XFe合金。按技術(shù)方案所述方法備料，鎂、 鎳交替分層裝入，共裝入4層，最下面一層為鎳片，爐內(nèi)最上面一層為鎂塊，鐵 和鎳放在一層。其余步驟參照實(shí)施例1。事后對(duì)所取試樣進(jìn)行成分分析為含鎳 52.0%， Mg37.2%,Fe 10.5。理論計(jì)算鎂收得率89%，與預(yù)定收得率比較接近。 鑄錠質(zhì)量合格。
實(shí)施例4，冶煉Ni—20n/。Mg—15XFe合金。按技術(shù)方案所述方法備料，鎂、 鎳和鐵混合不分層堆放，其余步驟參照實(shí)施例l。事后對(duì)所取試樣進(jìn)行成分分析 為含鎳64丄0%， Mg 19.7%,Fe 15.4。理論計(jì)算鎂收得率卯.5%，與預(yù)定收得率比 較接近。鑄錠質(zhì)量合格。
本發(fā)明所涉及的方法也適用于其它同時(shí)含有高活性、高蒸汽壓金屬元素(如 稀土、鈣等)與較高熔點(diǎn)金屬元素的合金熔煉。例如Ni-Ca合金，Si-Ca合金的 冶煉。
權(quán)利要求
1、一種鎳鎂合金，其組成成分的重量百分配比為鎂8-49％，Ni49-91％，F(xiàn)e0-18％，雜質(zhì)元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎳基合金及其冶煉方法，特別涉及一種鎳鎂合金及其冶煉方法。主要解決現(xiàn)有鎳鎂合金的成分穩(wěn)定性差，且不能生產(chǎn)鎂含量大于32wt％的合金以及冶煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種鎳鎂合金，其組成成分的重量百分配比為鎂8-49％，Ni49-91％，F(xiàn)e0-18％，雜質(zhì)元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。(Al％+C％+Si％+Mn％)＜2.5％。鎳鎂合金的冶煉方法，依次包括以下步驟備料、裝料、送電、熔化、搖爐、合金化及澆注工序。本發(fā)明可以適用于冶煉鎂含量在8-49wt％范圍的鎳鎂合金。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101096731SQ200610028248
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者慶 鄭, 陳兆平 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司