非真空感應爐熔煉蒙乃爾M—30C材料在生產中的應用

張建雄

（浙江遂金特種鑄造有限公司，浙江 遂昌 323300）

1 化學成分要求

蒙乃爾（Monel）M—30C鎳基合金是發現并應用較早的鎳基合金材料，在抗氧化、耐腐蝕、耐高溫和改善材料的機械性能等方面具有良好穩定的表現。因此，在社會經濟建設的特殊領域（例如能源開發、石油、化工、電子、航海和航空）被廣泛地應用。蒙乃爾（Monel）M—30C合金材料，根據ASTM A 494/A 494M—1994標準，其具體化學成分為：C∶≤ 0.30；Si∶1.0～2.0；Mn∶ ≤ 1.50；P∶ ≤ 0.030；S∶≤ 0.030；Ni∶ 余 量；Cu∶26.0～33.0；Nb∶1.0～3.0；Fe∶≤ 3.50。

2 配料清單

要生產出以上成分標準的蒙乃爾（Monel）M—30C合金材料，預先準備計算配料，需要的配料清單表如表1。

表1 配料清單表

3 生產準備

（1）以下兩種情況應不宜開展蒙乃爾合金材質鑄件的熔煉澆注。第一種情況是在南方梅雨季節以及連續多天下雨等空氣濕度較大的天氣，這種環境下容易出現返潮吸氧造成氣孔、氧化等不良現象，因此不宜進行熔煉澆注作業；第二種情況是新爐體在制成后所進行第一爐生產作業以及爐體在生產使用的后期，不能進行熔煉澆注蒙乃爾合金材質鑄件的生產作業。

（2）澆注前原材料準備要求。①對于熔煉所使用的材料，一定要保持較高的清潔度和干燥度。不能含有水分、油類、泥渣以及其他雜質。在使用返回舊料和報廢產品進行生產之前要求先經過拋丸處理，從而將去除表面氧化皮等雜質提高爐料的清潔度。在進行拋丸處理時，必須使用不銹鋼材質的鋼丸子進行拋丸；②對于在澆注作業時即將要用到的鎳板、電解銅、鈮鐵、返回舊料等爐料，要在作業開展前對其進行烘烤處理，以保證這些使用爐料的干燥度。在進行烘烤處理時，烘爐的溫度要保持在700～800℃的爐溫，烘烤時間約為3～4小時，烘料結束后可取出按比例直接加入中頻爐進行下一步的熔煉作業；（3）對于在澆注作業時所使用的硅鐵、電解錳、鋁絲、硅鈣合金、除渣劑等原料，也要進行烘烤處理。烘烤溫度約120～150℃左右，烘烤時間應持續在1.5h左右；（4）做好新舊材料配比作業。按材料配比表進行稱重后加料；（5）為了將進一步強化預防氧化和吸入空氣的問題，制作一個小型的旋轉式專用吹氬裝置，見圖1。

4 熔煉澆注過程控制

采用非真空感應爐進行蒙乃爾M—30C合金材料的熔煉生產制造，關鍵的核心技術應用在于較好地解決澆注過程中所容易出現的氣孔、夾渣和氧化等問題。蒙乃爾合金由于含有的成分較為特殊，導致合金熔液具有高密度、低流動和含有的雜物上浮困難，從而導致混雜在鋼液內部無法排出，最終形成了夾渣。為了有效地防止此類情況的發生，應盡量使用高溫熔煉低溫澆注的煉鋼工藝，熔煉溫度一般控制在1630～1650℃，至少進行兩次沉淀靜置脫氧，然后按1450～1480℃的出鋼溫度進行澆注，這樣能夠有效地提升鋼液的純凈度，并有效地減少和控制夾渣的形成。在控制爐渣時，應使用不銹鋼造渣劑造底渣，并在鋼液熔化過程中不斷地添加造渣劑，使鋼液在造渣劑的保護中且不裸露在外減少與空氣接觸。此外，使用普通型號的非真空電爐來進行蒙乃爾合金材料的熔煉作業時，產生的高溫液態金屬容易受到空氣的影響，造成夾雜和氣孔等不良情況的出現，嚴重地影響了澆注作業的質量。為了更好地控制此類現象的出現，應使用惰性氣體來對熔煉合金的表面進行覆蓋保護，氬氣的進氣量應控制在0.15～0.3MPa，在開展煉鋼作業時向鋼水表面吹氬氣，該方法的目的是最大化地發揮惰性氣體的作用形成對金屬熔液的保護，把金屬溶液與空氣完全隔離，使其不能與空氣發生反應，使合金溶液無法再吸入空氣，從而達到預防金屬元素發生氧化等現象，在保障熔煉作業質量和蒙乃爾合金產品質量方面起到了非常好的效果，如圖2所示。

為進一步強化預防氧化和吸入空氣，要在焙燒好的模殼型腔內進行充氬，利用氬氣比空氣密度大容易下沉的原理把模殼型腔內的空氣置換排出來。此外在澆注好的模殼，要添加鋸末蓋鐘罩進行氣體還原保護，以減少產品澆注后鋼液吸氣氧化。

圖1 小型旋轉式專用吹氬裝置

在進行熔煉澆注生產作業的過程中，需要進行配料操作時，要將配料進行稱重，當重量符合標準時才能放入爐中，并且每次材料的入爐要進行及時準確的記錄，為熔煉澆注作業的穩定性和規范性提供數據保障，而且對形成的澆棒和返回的舊料一定要做明確的區分，做好標記，避免材料的混用。

圖2 熔煉澆注操作現場

5 結語

采用非真空感應爐進行蒙乃爾M—30C合金材料的熔煉制造，通過合理的澆注系統設計、前期的材料、作業準備以及具體生產作業時的有效控制，生產制造出質量合格穩定的蒙乃爾M—30C合金材料鑄件，經試驗數據的統計，產品質量合格率達到了100%，鑄件的質量完全滿足產品的技術要求，并能夠經受行業的使用考驗，具備向市場推廣的條件。