電渣重熔工藝對4J43合金性能的影響

王 成 沈文朋

(1.甘肅建筑職業(yè)技術學院； 2. 天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

電渣重熔工藝對4J43合金性能的影響

王 成**1沈文朋2

(1.甘肅建筑職業(yè)技術學院； 2. 天華化工機械及自動化研究設計院有限公司)

采用2G-200L型金相顯微鏡觀察分析了4J43合金電渣錠表面質量及橫、縱截面宏觀結晶組織，分析對比了電渣重熔前后化學成分、氣體含量和夾雜物分布的差異。結果表明，4J43合金經(jīng)電渣重熔后，化學成分較均勻，氣體含量下降且穩(wěn)定，表面質量良好，宏觀結晶組織致密、均勻，夾雜物去除明顯，產(chǎn)品品質明顯提升，滿足典型4J43合金的性能要求。

金相分析 4J43合金 電渣重熔

4J43合金屬精密合金中的Fe-Ni系膨脹類合金，主要用于生產(chǎn)杜美絲芯材。長期以來，高檔電光源產(chǎn)品所用的4J43合金都要依賴進口[1,2]。目前，4J43合金主要采用真空和非真空中頻冶煉生產(chǎn)[3,4]。真空冶煉質量較好但成本較高，非真空中頻冶煉生產(chǎn)質量難以得到較好的保證，文獻[5,6]表明，采用電渣重熔工藝能有效改善4J43合金性能。為此，筆者對電渣重熔二次精煉法生產(chǎn)高質量4J43合金的生產(chǎn)工藝進行了實驗研究。

1 實驗過程

本實驗以非真空中頻冶煉下注電極棒為原料，經(jīng)過參考相關實驗和文獻[2]確定工藝參數(shù)，在230kg單相單極電渣爐進行電渣重熔，生產(chǎn)出4J43合金電渣錠，并制取鍛坯及盤條試樣。在重熔前的電極棒和重熔后的電渣錠上制取合金成分檢測和氣體含量試樣，通過直讀光譜分析儀和氧氮分析儀分別進行成分和氣體含量檢測。在原熔煉工藝和電渣重熔工藝生產(chǎn)的4J43合金φ8mm棒材上分別制取夾雜物試樣，采用2G-200L型金相顯微鏡觀察。

2 實驗結果與分析

2.1電渣重熔前后化學成分變化

電渣重熔前后4J43合金的化學成分列于表1，化學成分都符合國家標準的要求。從表1可以看出，經(jīng)電渣重熔后，P元素基本無變化，C、Mn、Al、Si元素含量略有下降。這是由于電渣重熔中，Al、Si、Mn等易氧化元素會產(chǎn)生氧化，空氣中氧經(jīng)過熔渣轉移以及由于自耗電極表面氧化而使氧向渣池內轉移的緣故，其氧化程度決定于侵入氧量，同時還取決于與氧親和力高的元素變化量[7]。

表1 重熔前后4J43合金的化學成分 wt%

2.2氣體含量變化

現(xiàn)場隨機取4J43合金電極棒及對應電渣錠試樣進行氣體元素含量分析，并對O、N、H氣體元素含量進行對比分析，如圖1所示。從圖1可以看出，由于中頻熔煉條件的差異，電極棒O、N氣體含量差異較大，電渣重熔具有一定除氣效果，重熔后O、N、H氣體元素含量分布較低且穩(wěn)定。

2.3電渣錠表面質量

某爐電極棒經(jīng)電渣重熔后，所熔煉出的4J43合金電渣錠表面質量如圖2所示,經(jīng)電渣重熔后，無論側面還是端頭，4J43合金電渣錠表面均較為平整，表面質量良好。

圖2 4J43合金電渣錠表面質量

2.4電渣錠宏觀結晶組織

為了觀察4J43合金電渣錠的宏觀結晶組織，取表面質量良好的電渣錠，沿橫、縱截面鋸開，樣品經(jīng)磨拋或腐蝕后，觀察橫、縱截面宏觀結晶組織，如圖3所示，電渣錠橫截面金相結晶組織細小致密；縱截面金屬晶體組織生長方向垂直于熔池邊緣面，金屬組織致密，軸向結晶明顯。

a. 橫截面

b. 縱截面圖3 4J43合金電渣錠截面低倍結晶組織

2.5夾雜物觀察

對未進行電渣重熔工藝和經(jīng)過電渣重熔工藝的4J43合金盤條進行了夾雜物對比觀察。如圖4所示，經(jīng)過電渣重熔后，夾雜物去除效果明顯，尤其對10μm以上的較大夾雜物。電渣重熔除去較大夾雜物的主要原因是夾雜物自金屬熔池浮生進入渣池[9]，通過降低重熔速度以保證質量，后來這一觀點也被Bhat G K加以引用[10]。

a. 電渣重熔前4J43合金中的夾雜物

b. 電渣重熔后4J43合金中的夾雜物圖4 4J43合金夾雜物對比

3 結論

3.1經(jīng)電渣重熔后， P元素基本無變化，C、Mn、Al、Si元素含量略有下降。

3.2由于中頻熔煉條件差異，電極棒O、N氣體含量差異較大。經(jīng)過電渣重熔后， O、N、H氣體元素含量分布較低且穩(wěn)定。

3.3電渣重熔對鑄錠中較大夾雜物去除明顯，夾雜物尺寸基本降低到10μm以下。另外，電渣錠橫截面金相結晶組織細小致密；縱截面金屬組織致密，軸向結晶明顯。

[1] 《膨脹合金手冊》編寫組.膨脹合金手冊[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1979：40～46.

[2] 鄒文正.電渣冶煉工藝參數(shù)計算[J].特殊鋼，1980，(2)：48～63.

[3] 倪魯峰.杜美絲芯材4J43合金生產(chǎn)工藝初探[J].材料開發(fā)與應用，2003，18(1) ：37～38.

[4] 方威.杜美絲芯合金4J43棒材的開發(fā)[J].金屬制品，2001，27(2) ：48～50.

[5] 傅杰.電渣重熔過程中氧化物夾雜去除機理的探討[J].金屬學報，1979，15(4)：526～539.

[6] 陳國勝,曹美華,周奠華，等.保護氣氛電渣重熔GH4169合金的冶金質量[J].航空材料學報，2003，23(z1) ：88～91.

[7] 王賓,陳濤,李艷麗.電渣重熔渣系選擇的工藝探索[J].四川冶金，2001，23(5)：3～6.

[8] YB/T 5236-2005,杜美絲芯用鐵鎳合金4J43[S] .北京：中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會，2005.

[9] Zhen D T. Second International Symposium on Electroslag Remelting Technology[C]. Pittsburgh：Mellen Institute,1969： 23～25.

[10] Bhat G K.First International Symposiumon Electroslag Consumable Electrode Remelting and Casting Technology[C]. Pittsburgh：Mellen Institute,1967：66～76.

StudyonEffectsofESRProcesson4J43AlloyMechanicalProperties

WANG Cheng1,SHEN Wen-peng2

(1.GansuConstructionVocationalTechnicalCollege,Lanzhou730050,China; 2.TianhuaChemicalMachineryandAutomationInstituteCo.,Ltd.,Lanzhou730060,China)

The 2G-200L metallurgical microscope was employed to analyze 4J43 alloy ESRingot’s surface quality and macro crystal structure at both transverse and longitudinal sections, including comparative analysis of the difference of chemical composition, gas content and the inclusion’s distribution before and after electro-slag re-melting (ESR). The analytical results show that, the 4J43 alloy after ESR has uniform chemical composition, decreased gas contents, good surface quality, dense and uniform macro crystal structure and unobvious inclusions together with an improved product quality. It can meet the requirements for typical 4J43 alloys.

metallurgical analysis, 4J43 alloy, ESR

**王 成，男，1984年4月生，講師，在職博士生。甘肅省蘭州市，730050。

TQ050.7

A

0254-6094(2015)02-0193-03

2014-11-07)