背景技術：

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。此合金在含氟介質中具有優異的耐蝕性，對熱濃堿液也有優良的耐蝕性，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、應用方面的介紹，生產工藝鮮有介紹，主要是該合金冶煉和成型難度較大。國內需求基本以進口為主，國內可以穩定生產的極少。國外蒙乃爾合金多采用真空感應熔煉+電渣重熔雙聯工藝冶煉，此種工藝優點是材料潔凈度高，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爐冶煉的工藝生產蒙乃爾合金，但以該方法所生產的材料潔凈度不高，鍛造成型更困難，成材率更低。一般的工業化生產，以真空感應熔煉+電渣重熔雙聯工藝為主。

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量直接相關，由于蒙乃爾合金熔點較低，傳統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。

技術實現要素：

本發明要解決的技術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。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：其包括真空感應熔煉和電渣重熔工序，所述真空感應熔煉工序為：采用真空感應爐冶煉目標鋼種，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。

本發明所述電渣重熔工序的預熔渣成分為：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。

本發明所述自耗電極的填充比為0.67～0.73。

本發明構思為：金屬經電渣重熔后，鑄錠質量的好壞與電極質量息息相關，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，自耗電極的質量是合金生產的第一個管控的工序。本發明提供的真空感應爐低過熱度澆注、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，選分結晶時間也縮短，偏析的程度減弱，再加上四周強冷，使凝固結晶時間進一步縮短，晶粒度也比傳統的冷卻減少很多。根據檢測，本發明工藝生產的電極，較傳統工藝偏析程度減少了20%～30%，晶粒尺寸降低40%以上。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明通過真空感應爐冶煉熔煉、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、質量更好。

本發明保證低熔速冶煉，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℃，本發明設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，以此獲得淺平熔池，保證低熔速下獲得良好的表面質量；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

下面結合具體實施方式對本發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）真空感應熔煉工序：采用500kg真空感應爐冶煉目標鋼種，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、真空系統；待爐內真空度降至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；精煉結束充氬至2000pa及以上，微調至成分合格。

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去焊接應力。

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

c、引弧劑鋪設：在底水箱正中鋪設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預熔渣，壓實；圈外四周放置0.1～0.2kg預熔渣。

d、臺車入位：安裝φ300*1300mm結晶器及保護罩，吊裝自耗電極至結晶器正中央，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，設定起弧電壓20v～25v、電流1800a～2000a，通電引弧，電流穩定后緩慢加入預熔渣料，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，根據熔速微調電壓、電流在40v～44v、4000a～4500a范圍內小幅波動，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：根據目標成分，使用500kg真空感應爐冶煉；待爐內真空度降至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；精煉結束充氬至2000pa，微調至成分合格。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預熔渣，壓實。圈外四周放置0.1kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位，接通氬氣管道。

（3）將預熔渣在600℃下烘烤10h；預熔渣成分為：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，設定起弧電壓20v、電流1800a，通電引弧，弧光穩定后緩慢加入渣料，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：根據目標成分，使用500kg真空感應爐冶煉；待爐內真空度降至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；精煉結束充氬至2500pa，微調至成分合格。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預熔渣，壓實。圈外四周放置0.1kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位，接通氬氣管道。

（3）將預熔渣在700℃下烘烤10h；預熔渣成分為：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，設定起弧電壓20v、電流1800a，通電引弧，弧光穩定后緩慢加入渣料，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：根據目標成分，使用500kg真空感應爐冶煉；待爐內真空度降至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；精煉結束充氬至2200pa，微調至成分合格。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預熔渣，壓實。圈外四周放置0.15kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位，接通氬氣管道。

（3）將預熔渣在650℃下烘烤15h；預熔渣成分為：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，設定起弧電壓25v、電流1900a，通電引弧，弧光穩定后緩慢加入渣料，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：根據目標成分，使用500kg真空感應爐冶煉；待爐內真空度降至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；精煉結束充氬至2100pa，微調至成分合格。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預熔渣，壓實。圈外四周放置0.2kg預熔渣。依次放置φ300*1300mm結晶器及保護罩、安裝自耗電極、臺車入位，接通氬氣管道。

（3）將預熔渣在680℃下烘烤12h；預熔渣成分為：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，設定起弧電壓22v、電流2000a，通電引弧，弧光穩定后緩慢加入渣料，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，實測主要化學成分：ni63%，cu33.8%，fe1.8%，mn0.7%，si0.4%，c0.02%，p0.011%，s0.004%。符合要求。