真空自耗电弧炉熔炼钛铸锭的质量控制.doc

真空自耗电弧炉熔炼钛铸锭的质量控制 安红刘俊玲范丽颖/AnHongLiuJunlingFanLiying Technologyamp;Equipment 真空白耗电弧炉 熔炼钛铸锭的质量控制 Qualitycontrolinsmeltingtitaniumingotsinvacuumarc-meltingfurnace 目前,我国生产钛及钛合金铸锭的基本方法仍为 真空白耗电弧炉熔炼法,该方法可满足一般工业的要 求,是一种成熟的工业熔炼方法(如下图). 评价钛及钛合金铸锭冶金质量的好坏,主要有以 下几点: 化学成分均匀,各合金元素含量不仅达到标准 要求,而且要稳定地控制在一个最佳的含量水平. 主要杂质(Fe,O等)控制适当范围,其它杂质 符合标准要求. 铸锭内部无杂质,偏析,气孔,裂纹,缩孔和疏 松等冶金缺陷. 铸锭表面光滑,无冷隔,折皱等表面缺陷,头 部缩孔切除量小,铸锭成品率高. 合理的形状和精确的尺寸,适合压力加工的要 求,否则会增加工艺废品,降低成本. 图1钛及钛合金铸锭生产工艺流程图 影响铸锭质量的主要因素 Mainfactorsinfluencing价equalityofingots 原料,熔炼工艺参数(熔炼电流,电弧电压,真空 度,漏气率,冷却速度,搅拌磁场强度)选择的合理性 以及工艺过程控制的严密性决定着钛及钛合金铸锭的 冶金质量.下面分别进行论述. (1)海绵钛海绵钛中常含有H,MgC1 (NaC1),Fe和H,O等杂质.当H含量高时,它将在熔炼 过程大量排出,会使电弧不稳;氯化物含量多时,熔炼 过程操作困难,并会影响设备的寿命;铁含量高时,会 使材料耐腐蚀性能降低;原料潮湿将使钛锭含氧,氢量 增高,从而降低其强度.因此,海绵钛必须满足相关标 准的要求,如纯度,均匀性和粒度.最为重要的是不能 含有高熔点钛的氧化物,氮化物或者其它高熔点颗粒. 这些高熔点颗粒有可能在最终产品中成为裂纹源. 据资料,分析高间隙缺陷发现,这些区域含有较 高的O,N,C,认为这些颗粒的来源之一就是海绵 钛.海绵钛生产过程中漏气或者污染的反应剂,有可 能导致N,O与产品反应. 迄今为止没有自动方法检验原料,并剔除这些污 染的粒子.一般主要是肉眼评价或者工艺参数评定. 因此,除了与原料供应商协议不允许出现有缺陷的原 料外,还应100%肉眼检查海绵钛和残料及中间合金. 真空白耗电弧熔炼是一种区域性熔炼,铸锭杂质 含量主要靠合理的原料选择来保证.况且,钛及钛合 金的熔炼是在密闭的真空室中进行的,熔炼过程中不 可能对熔体进行化学成分调整,因此,在焊接成自耗 电极之前的各道工序中必须严把质量关,保证准确无 误.通过精选海绵钛,按配料要求将不同成分的海绵 钛充分搅拌混合,确保海绵钛的成分均匀.同时,配 入中间合金后还必须将中间合金与海绵钛混合均匀. (2)中间合金采用中间合金作添加原料,是 改善合金化条件,提高合金成分均匀度,克服偏析和 不溶金属夹杂,减少金属烧损率的有效方法.使用中 间合金,便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧 化挥发的合金元素,以便更准确地控制合金成分,其 次,使用中间合金作为炉料,可以避免熔体过热,降 低烧损.因此,中间合金应尽可能满足下列要求: WORLDNONFERROUSMETALS2007.825 技术与装鲁 添加的合金化元素,熔点低于或者接近合金的熔 炼温度.无论是纯金属或者中间合金,其熔点一方面不能 超过合金的熔点,另一方面,也不能比钛的熔点低450~C～ 550~C,否则,过早熔化,会造成铸锭成分不均匀. 化学成分均匀一致. 含有尽可能高的合金元素,夹杂物少. 具有足够的脆性,便于破断配料,但在大气下 保存时不应碎裂成粉末. 比重,比热,熔化潜热与钛相近. 生产成本低. (3)电极制备 制备单块电极的基本方法有压制和挤压两大类. 电极块经过组装和焊接得到一次熔化的电极.焊接方 法主要为氩弧焊或等离子焊,焊接应进行充分的保护 或者在惰性气氛的焊箱内进行,以避免金属污染或形 成难熔氧化物和氮化物. 制备的自耗电极必须具备下列特征: 足够的强度,除能承受自重外,应能在运输,吊 装及熔炼操作过程中的振动和冲击下不受损坏. 足够的导电性,一般认为,关键在于要求足够 的焊接面积. 足够的平直度,保证在整个熔炼过程中的电极 与坩埚壁内径之间的最小间隙大于弧长. 合金元素组元成分和杂质含量的分布合理. 电极不得污染和受潮. 熔炼工艺参数 Processpemrne~insmelling (1)电流和电压 自耗熔炼中最敏感的工艺参数就是熔炼电流.对 于熔炼电流的确定,有不少经验公式,但因为各参数 之间相互影响的关系比较复杂而局限性较大.熔炼电 流主要取决于电极材料,铸锭规格和坩埚比,此外, 电源类型,极性以及炉子结构,熔炼室压力等都