背景技術(shù)：

蒙乃爾合金又稱鎳銅合金,，是以金屬鎳為基體,，包含銅,、鐵,、錳等元素的一種耐蝕合金，其組織為高強度單相奧氏體組織,，是一種用量大,、用途廣、綜合的耐蝕合金,。此合金在含氟介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性,，對熱濃堿液也有優(yōu)良的耐蝕性，同時還耐水,、中性溶液,、海水、大氣等的腐蝕,。

目前蒙乃爾合金的報道主要集中在性能研究,、應(yīng)用方面的介紹，生產(chǎn)工藝鮮有介紹,，主要是該合金冶煉和成型難度較大,。國內(nèi)需求基本以進口為主，國內(nèi)可以穩(wěn)定生產(chǎn)的廠家極少,。國外蒙乃爾合金多采用真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔雙聯(lián)工藝冶煉,，此種工藝優(yōu)點是材料潔凈度高，組織成分均勻,，缺點是工藝控制難度極大,，尤其是電渣過程，鑄錠鍛造開裂問題嚴重,，成材率不足50%,。也有單采用真空感應(yīng)爐冶煉的工藝生產(chǎn)蒙乃爾合金，但以該方法所生產(chǎn)的材料潔凈度不高,，鍛造成型更困難,，成材率更低。一般的工業(yè)化生產(chǎn),，以真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔雙聯(lián)工藝為主,。

蒙乃爾合金的鍛造成型問題近年來研究成果較多，但實際應(yīng)用效果甚微,，主要是未從根本上解決問題,，實際上,，鍛造成型困難與電渣鑄錠的質(zhì)量直接相關(guān)，由于蒙乃爾合金熔點較低,，傳統(tǒng)的電渣過程很難控制低熔速進行,，勢必會造成局部凝固時間過長，鑄錠晶粒粗大,、成分偏析嚴重,，這必然會引起鍛造時延晶界開裂，這也是該類合金鍛造困難的主要原因,。所以,，解決該類合金鍛造性問題的根本還是冶煉工藝的改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種蒙乃爾合金的冶煉方法,，以保證鑄錠的凝固組織均勻,。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：其包括真空感應(yīng)熔煉和電渣重熔工序,，所述真空感應(yīng)熔煉工序為：采用真空感應(yīng)爐冶煉目標鋼種，過熱度40℃～60℃低溫出鋼,，澆注至水冷錠模中制成所述的自耗電極,；所述電渣重熔工序中，重熔期的熔速為3.5kg/min～4kg/min,。

本發(fā)明所述電渣重熔工序的預(yù)熔渣成分為：caf265%～70%,、cao15%～20%、al2o38%～10%,、mgo2%～3%,、sio22%～3%，半球點溫度為1230℃～1240℃,。

本發(fā)明所述電渣重熔工序中,，重熔期的電壓為42v～44v、電流為4000a～4500a,。

本發(fā)明所述自耗電極的填充比為0.67～0.73,。

本發(fā)明構(gòu)思為：金屬經(jīng)電渣重熔后，鑄錠質(zhì)量的好壞與電極質(zhì)量息息相關(guān),，同等工藝下,，低偏析、組織均勻的自耗電極,，電渣后鑄錠的偏析程度,、組織均勻性要遠遠好于高偏析、組織不均的自耗電極,；這是因為電渣過程是邊熔化,、邊凝固的過程,，組織成分傳遞性很大。經(jīng)驗表明,，是對一些v型偏析嚴重的電極電渣后成分偏析進一步擴大了,，可鍛性很差。所以,，自耗電極的質(zhì)量是合金生產(chǎn)的第一個管控的工序,。本發(fā)明提供的真空感應(yīng)爐低過熱度澆注、水冷錠模冷卻是解決該問題的有效手段,，低過熱度澆注后,，金屬的凝固時間縮短，選分結(jié)晶時間也縮短,，偏析的程度減弱,，再加上四周強冷，使凝固結(jié)晶時間進一步縮短,，晶粒度也比傳統(tǒng)的冷卻減少很多,。根據(jù)檢測，本發(fā)明工藝生產(chǎn)的電極,，較傳統(tǒng)工藝偏析程度減少了20%～30%,，晶粒尺寸降低40%以上。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明通過真空感應(yīng)爐冶煉熔煉,、低過熱度澆注,、水冷錠模冷卻，從而得到低偏析,、組織均勻,、高質(zhì)量的自耗電極，再進行保護氣氛電渣重熔,；電渣過程控制較低熔速,，從而有效的保證了鑄錠的凝固組織均勻，避免了成分偏析和延晶界開裂,，所得鑄錠晶粒細小,、質(zhì)量更好。

本發(fā)明保證低熔速冶煉,，以此獲得較好的凝固組織和低偏析鋼錠,；首先要保證電渣渣系的匹配，蒙乃爾合金液相線溫度1350℃,，本發(fā)明設(shè)計的渣系成分更為匹配,；其次采用較高電壓、較低電流的電參數(shù)，以此獲得淺平熔池,，保證低熔速下獲得良好的表面質(zhì)量,；再次，通過適當增加填充比來改善電渣工藝,，較低熔速下保持較低的渣溫,，形成良好的凝固條件。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明,。

本蒙乃爾合金的冶煉方法適用于冶煉的蒙乃爾合金主要目標成分（wt）：ni63%～70%,，cu28%～34%，fe≤2.5%,，mn≤1%,，si≤0.5%，c≤0.02%,，p≤0.015%,，s≤0.020%；方法工藝如下所述,。

（1）真空感應(yīng)熔煉工序：采用500kg真空感應(yīng)爐冶煉目標鋼種,，制備與上述蒙乃爾合金目標成分相同的自耗電極。

a,、布料：按目標成分,，一次布料將鎳板、純鐵鋪于坩堝內(nèi)部,，均勻布料，銅板,、金屬錳等其他輔料視冶煉進程二次加料,。

b、真空熔煉：布料完畢后合上爐門,，啟動水系統(tǒng),、真空系統(tǒng)；待爐內(nèi)真空度降至5pa及以下后開始送電,，緩慢增加功率控制熔化進程,；待*料熔化完成2/3～3/4時加入銅板等物料，待所有爐料熔清后,，在≤1.5pa真空度下精煉40～60min,；精煉結(jié)束充氬至2000pa及以上，微調(diào)至成分合格,。

c,、出鋼：保持過熱度40℃～60℃低溫出鋼，澆注至φ200～220*1500～1800mm水冷錠模中；冷卻后脫模扒皮,，即可得到所述的自耗電極,。

（2）電渣重熔工序：

a、電極焊接：焊接電極至假電極上,，置于200℃～250℃爐中1.5h～2h去焊接應(yīng)力,。

b、渣系及烘烤：預(yù)熔渣成分caf265%～70%,、cao15%～20%,、al2o38%～10%、mgo2%～3%,、sio22%～3%,，半球點溫度為1230℃～1240℃，渣量25～30kg,。預(yù)熔渣在600℃～700℃烘烤至少10h后使用,。

c、引弧劑鋪設(shè)：在底水箱正中鋪設(shè)φ220～230*30mm引錠板,，再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ200～210mm*50mm*0.1mm引弧圈,，圈內(nèi)放置充分烘烤的1.5kg～2kg蒙乃爾合金引弧屑、0.05kg～0.08kg鋁粒和0.3kg～0.5kg預(yù)熔渣,，壓實,；圈外四周放置0.1～0.2kg預(yù)熔渣。

d,、臺車入位：安裝φ300*1300mm結(jié)晶器及保護罩,，吊裝自耗電極至結(jié)晶器正中央，用木楔固定,，臺車進入熔煉位,，夾持電極并對中，接通氬氣,、水,、除塵管道。

e,、引弧化渣：將電極下降至距離引弧劑40mm～50mm時,，設(shè)定起弧電壓20v～25v、電流1800a～2000a,，通電引弧,，電流穩(wěn)定后緩慢加入預(yù)熔渣料，加渣速度2.5～3kg/min,，引弧化渣時間25min～28min,，化渣期末電流升至4000a～4200a，電壓升至40v～42v。

f,、重熔期熔煉：化渣期完成后進入重熔期,，重熔期熔速3.5kg/min～4kg/min，根據(jù)熔速微調(diào)電壓,、電流在40v～44v,、4000a～4500a范圍內(nèi)小幅波動，重熔期終止電壓40v～42v,，電流4000a～4500a,。

g、補縮：熔煉至電極質(zhì)量剩余40kg～50kg時開始補縮,，補縮期初始電壓40v～42v,、初始電流4000a～4500a，終止電壓25v～30v,、終止電流1500a～1800a,，補縮期25～30min，補縮時緩慢降低電壓,、電流,。

h、氬氣保護：電渣整個熔煉過程包括引弧化渣,、重熔,、補縮均在氬氣保護下進行，氬氣體積流量50l/min～150l/min,，以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標,。

i、脫模：熔煉結(jié)束后60min～80min脫模,，電渣鋼錠放入500℃～550℃加熱爐中緩冷,。

實施例1：本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝。

（1）電極制備：根據(jù)目標成分,，使用500kg真空感應(yīng)爐冶煉；待爐內(nèi)真空度降至5pa后開始送電,；待*料熔化完成2/3時加入銅板等物料,；待所有爐料熔清后，在1.2pa真空度下精煉40min,；精煉結(jié)束充氬至2000pa,，微調(diào)至成分合格。保持過熱度50℃低溫出鋼,，澆注在φ200*1800mm水冷錠模中,，冷卻后扒皮，焊接至輔助電極上；置于200℃爐中2h以去焊接應(yīng)力,。

電極主要成分為：ni66.4%,，cu30%，fe2%,，mn1%,，si0.5%，c0.02%,，p0.015%,，s0.010%。

（2）在底水箱正中鋪設(shè)φ220*30mm引錠板,，再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ200mm*50mm*0.1mm同材質(zhì)引弧圈,，充分烘烤的1.5kg蒙乃爾合金引弧屑、0.05kg鋁粒和0.3kg預(yù)熔渣,，壓實,。圈外四周放置0.1kg預(yù)熔渣。依次放置φ300*1300mm結(jié)晶器及保護罩,、安裝自耗電極,、臺車入位，接通氬氣管道,。

（3）將預(yù)熔渣在600℃下烘烤10h,；預(yù)熔渣成分為：caf265%，cao20%,，al2o310%,，mgo3%，sio22%,，半球點溫度為1236℃,，渣量25kg。

（4）電渣冶煉：將電極下降至距離引弧劑40mm時,，設(shè)定起弧電壓20v,、電流1800a，通電引弧,，弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,，加渣速度為2.5kg/min，引弧化渣時間25min,，化渣期末電流升至4000a,，電壓升至40v。

化渣期完成后自動進入重熔期,，重熔期熔速3.5kg/min,，電壓u為40v～44v,、電流i為4000a～4500a，重熔期終止電壓40v,、電流4000a,。

熔煉至電極剩余40kg時開始補縮，補縮期初始電壓40v,、電流4000a,，終止電壓25v、電流1500a,，補縮期25min,，補縮時緩慢降低電壓,、電流,。

（5）氬氣保護：整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,，氬氣流量50～100l/min，以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標,。

（6）熔煉結(jié)束后60min脫模,，電渣鋼錠放入500℃加熱爐中緩冷。

本實施例所得電渣錠表面質(zhì)量良好,，無渣溝,、裂紋，無疏松,、縮孔等低倍缺陷,。在電渣錠頂部中心取樣，實測主要化學(xué)成分：ni66.5%,，cu30.5%,，fe2%，mn1%,，si0.3%,，c0.01%，p0.015%,，s0.006%,；符合要求。在電渣錠底部中心取樣,，實測主要化學(xué)成分：ni66.2%,，cu30.5%，fe2%,，mn1%,，si0.4%,，c0.01%,，p0.014%,，s0.003%；符合要求,。

實施例2：本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝,。

（1）電極制備：根據(jù)目標成分，使用500kg真空感應(yīng)爐冶煉,；待爐內(nèi)真空度降至3pa后開始送電,；待*料熔化完成3/4時加入銅板等物料；待所有爐料熔清后,，在1.5pa真空度下精煉50min,；精煉結(jié)束充氬至2500pa，微調(diào)至成分合格,。保持過熱度60℃低溫出鋼,，澆注在φ220*1500mm水冷錠模中，冷卻后扒皮,，焊接至輔助電極上,；置于220℃爐中1.5h以去焊接應(yīng)力。

電極主要成分為：ni65%,，cu31.5%,，fe2.5%，mn0.5%,，si0.2%,，c0.01%，p0.013%,，s0.015%,。

（2）在底水箱正中鋪設(shè)φ230*30mm引錠板，再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ210mm*50mm*0.1mm同材質(zhì)引弧圈,，充分烘烤的1.6kg蒙乃爾合金引弧屑,、0.05kg鋁粒和0.3kg預(yù)熔渣，壓實,。圈外四周放置0.1kg預(yù)熔渣,。依次放置φ300*1300mm結(jié)晶器及保護罩、安裝自耗電極,、臺車入位,，接通氬氣管道。

（3）將預(yù)熔渣在700℃下烘烤10h,；預(yù)熔渣成分為：caf267%,，cao20%，al2o38%,，mgo3%,，sio22%,，半球點溫度為1234℃，渣量30kg,。

（4）電渣冶煉：將電極下降至距離引弧劑50mm時,，設(shè)定起弧電壓20v、電流1800a,，通電引弧,，弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料，加渣速度為3kg/min,，引弧化渣時間25min,，化渣期末電流升至4000a，電壓升至42v,。

化渣期完成后自動進入重熔期,，重熔期熔速4kg/min，電壓u為42v～44v,、電流i為4000a～4500a,，重熔期終止電壓42v、電流4000a,。

熔煉至電極剩余50kg時開始補縮,，補縮期初始電壓42v、電流4000a,，終止電壓30v,、電流1500a，補縮期30min,，補縮時緩慢降低電壓,、電流。

（5）氬氣保護：整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,，氬氣流量100～150l/min,，以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標。

（6）熔煉結(jié)束后80min時脫模,，電渣鋼錠放入500℃加熱爐中緩冷,。

本實施例所得電渣錠表面質(zhì)量良好，無渣溝,、裂紋,，無疏松、縮孔等低倍缺陷,。在電渣錠頂部中心取樣,，實測主要化學(xué)成分：ni65%，cu31.4%,，fe2.5%,，mn0.4%,，si0.1%，c0.01%,，p0.015%，s0.008%,。符合要求,。在電渣錠底部中心取樣，實測主要化學(xué)成分：ni65%,，cu31.5%,，fe2.4%，mn0.4%,，si0.1%,，c0.01%，p0.014%,，s0.006%,。符合要求。

實施例3：本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝,。

（1）電極制備：根據(jù)目標成分,，使用500kg真空感應(yīng)爐冶煉；待爐內(nèi)真空度降至4pa后開始送電,；待*料熔化完成70%時加入銅板等物料,；待所有爐料熔清后，在1.3pa真空度下精煉60min,；精煉結(jié)束充氬至2200pa,，微調(diào)至成分合格。保持過熱度45℃低溫出鋼,，澆注在φ200*1800mm水冷錠模中,，冷卻后扒皮，焊接至輔助電極上,；置于250℃爐中2h以去焊接應(yīng)力,。

電極主要成分為：ni70%，cu28%,，fe1.1%,，mn0.4%，si0.3%,，c0.01%,，p0.012%，s0.018%,。

（2）在底水箱正中鋪設(shè)φ225*30mm引錠板,，再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ200mm*50mm*0.1mm同材質(zhì)引弧圈,，充分烘烤的2.0kg蒙乃爾合金引弧屑、0.06kg鋁粒和0.5kg預(yù)熔渣,，壓實,。圈外四周放置0.15kg預(yù)熔渣。依次放置φ300*1300mm結(jié)晶器及保護罩,、安裝自耗電極,、臺車入位，接通氬氣管道,。

（3）將預(yù)熔渣在650℃下烘烤15h,；預(yù)熔渣成分為：caf270%，cao15%,，al2o310%,，mgo2%，sio23%,，半球點溫度為1240℃,，渣量28kg。

（4）電渣冶煉：將電極下降至距離引弧劑42mm時,，設(shè)定起弧電壓25v,、電流1900a，通電引弧,，弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,，加渣速度為2.7kg/min，引弧化渣時間28min,，化渣期末電流升至4100a,，電壓升至41v。

化渣期完成后自動進入重熔期,，重熔期熔速3.7kg/min,，電壓u為40v～42v、電流i為4200a～4400a,，重熔期終止電壓41v,、電流4500a。

熔煉至電極剩余45kg時開始補縮,，補縮期初始電壓41v,、電流4500a，終止電壓28v,、電流1800a,，補縮期27min，補縮時緩慢降低電壓、電流,。

（5）氬氣保護：整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,，氬氣流量80～120l/min，以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標,。

（6）熔煉結(jié)束后70min脫模,，電渣鋼錠放入550℃加熱爐中緩冷。

本實施例所得電渣錠表面質(zhì)量良好,，無渣溝,、裂紋，無疏松,、縮孔等低倍缺陷。在電渣錠頂部中心取樣,，實測主要化學(xué)成分：ni69%,，cu28%，fe1.1%,，mn0.4%,，si0.28%，c0.01%,，p0.013%,，s0.008%；符合要求,。在電渣錠底部中心取樣,，實測主要化學(xué)成分：ni70%，cu28.2%,，fe1.0%,，mn0.4%，si0.30%,，c0.01%,，p0.012%，s0.004%,；符合要求,。

實施例4：本蒙乃爾合金的冶煉方法采用下述具體工藝。

（1）電極制備：根據(jù)目標成分,，使用500kg真空感應(yīng)爐冶煉,；待爐內(nèi)真空度降至4pa后開始送電；待*料熔化完成70%時加入銅板等物料,；待所有爐料熔清后,，在1.5pa真空度下精煉55min；精煉結(jié)束充氬至2100pa，微調(diào)至成分合格,。保持過熱度40℃低溫出鋼,，澆注在φ220*1500mm水冷錠模中，冷卻后扒皮,，焊接至輔助電極上,；置于230℃爐中1.8h以去焊接應(yīng)力。

電極主要成分為：ni63%,，cu34%,，fe1.8%，mn0.7%,，si0.4%,，c0.02%，p0.012%,，s0.020%,。

（2）在底水箱正中鋪設(shè)φ220*30mm引錠板，再在引錠板上放置直徑*高*厚為φ205mm*50mm*0.1mm同材質(zhì)引弧圈,，充分烘烤的1.8kg蒙乃爾合金引弧屑,、0.08kg鋁粒和0.4kg預(yù)熔渣，壓實,。圈外四周放置0.2kg預(yù)熔渣,。依次放置φ300*1300mm結(jié)晶器及保護罩、安裝自耗電極,、臺車入位,，接通氬氣管道。

（3）將預(yù)熔渣在680℃下烘烤12h,；預(yù)熔渣成分為：caf268%,，cao18%，al2o39%,，mgo2.5%,，sio22.5%，半球點溫度為1230℃,，渣量30kg,。

（4）電渣冶煉：將電極下降至距離引弧劑45mm時，設(shè)定起弧電壓22v,、電流2000a,，通電引弧，弧光穩(wěn)定后緩慢加入渣料,，加渣速度為2.8kg/min,，引弧化渣時間26min,，化渣期末電流升至4200a，電壓升至42v,。

化渣期完成后自動進入重熔期,，重熔期熔速3.8kg/min，電壓u為41v～43v,、電流i為4000a～4200a,，重熔期終止電壓41v、電流4200a,。

熔煉至電極剩余44kg時開始補縮,，補縮期初始電壓41v、電流4200a,，終止電壓26v,、電流1650a，補縮期28min,，補縮時緩慢降低電壓,、電流。

（5）氬氣保護：整個熔煉過程均在氬氣保護下進行,，氬氣流量70～110l/min,，以保證氣氛中氧≤30×10-6為目標,。

（6）熔煉結(jié)束后75min時脫模,，電渣鋼錠放入525℃加熱爐中緩冷。

本實施例所得電渣錠表面質(zhì)量良好,，無渣溝,、裂紋，無疏松,、縮孔等低倍缺陷,。在電渣錠頂部中心取樣，實測主要化學(xué)成分：ni63%,，cu34.2%,，fe1.5%，mn0.7%,，si0.3%,，c0.02%，p0.010%,，s0.006%,。符合要求。在電渣錠底部中心取樣,，實測主要化學(xué)成分：ni63%,，cu33.8%，fe1.8%，mn0.7%,，si0.4%,，c0.02%，p0.011%,，s0.004%,。符合要求。