Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究.pdf_大学文库

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering ncoloy825合金电渣重熔低氯渣系设计的热力学研究巨建涛杨康帅棘广恒安家良刘诗薇 Thermodynamic study on design of electroslag remelting slag for Incoloy 825 Alloy JU Jian-tao,YANG Kang-shuai,JI Guang-heng,AN Jia-liang.LIU Shi-wei 引用本文：巨建涛，杨康帅，棘广恒，安家良，刘诗薇.Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究.工程科学学报，2020， 42(S:119-127.doi:10.13374j.issn2095-9389.2020.03.07.s01 JU Jian-tao,YANG Kang-shuai,JI Guang-heng.AN Jia-liang.LIU Shi-wei.Thermodynamic study on design of electroslag remelting slag for Incoloy 825 Alloy[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(S):119-127.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2020.03.07.s01 在线阅读View online:https::/loi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.03.07.s01 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响 Numerical simulation of mold rotation and its effect on carbides in HSS ESR ingot 工程科学学报.2020,42(4)：516 https:doi.org/10.13374.issm2095-9389.2019.07.07.001 “活度”质疑 Activity query 工程科学学报.2017,394：502htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.04.004 镍沉降渣深度还原过程中的相变特征 Phase transformation of nickel slag in settlement furnaces during deep reduction 工程科学学报.2017,3912：1809 https:/1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2017.12.005 铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AN析出行为的影响 Influence of Al content on the characteristics of non-metallic inclusions and precipitation behaviors of AlN inclusions in TWIP steel 工程科学学报.2017,39(7)：1008 https:ldoi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.07.005 基于最小Gbbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究 Thermodynamics of iron oxide gas-solid reduction based on the minimized Gibbs free energy principle 工程科学学报.2017,3911：1653htps:oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.11.007 基于熔渣结构的多元渣系黏度模型 Structurally-based viscosity model for multicomponent slag systems 工程科学学报.2020,42(9：1149 https:/1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2019.09.27.001

Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究巨建涛杨康帅棘广恒安家良刘诗薇 Thermodynamic study on design of electroslag remelting slag for Incoloy 825 Alloy JU Jian-tao, YANG Kang-shuai, JI Guang-heng, AN Jia-liang, LIU Shi-wei 引用本文: 巨建涛, 杨康帅, 棘广恒, 安家良, 刘诗薇. Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究[J]. 工程科学学报, 2020, 42(S): 119-127. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.07.s01 JU Jian-tao, YANG Kang-shuai, JI Guang-heng, AN Jia-liang, LIU Shi-wei. Thermodynamic study on design of electroslag remelting slag for Incoloy 825 Alloy[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(S): 119-127. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2020.03.07.s01 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.07.s01 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响 Numerical simulation of mold rotation and its effect on carbides in HSS ESR ingot 工程科学学报. 2020, 42(4): 516 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.07.001 “活度”质疑 Activity query 工程科学学报. 2017, 39(4): 502 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.04.004 镍沉降渣深度还原过程中的相变特征 Phase transformation of nickel slag in settlement furnaces during deep reduction 工程科学学报. 2017, 39(12): 1809 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.12.005 铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响 Influence of Al content on the characteristics of non-metallic inclusions and precipitation behaviors of AlN inclusions in TWIP steel 工程科学学报. 2017, 39(7): 1008 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.005 基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究 Thermodynamics of iron oxide gas-solid reduction based on the minimized Gibbs free energy principle 工程科学学报. 2017, 39(11): 1653 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.11.007 基于熔渣结构的多元渣系黏度模型 Structurally-based viscosity model for multicomponent slag systems 工程科学学报. 2020, 42(9): 1149 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.27.001

工程科学学报.第42卷，增刊1：119-127.2020年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,Suppl.1:119-127,December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.07.s01;http://cje.ustb.edu.cn Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究巨建涛，2)四，杨康帅)，棘广恒)，安家良)，刘诗薇) 1)西安建筑科技大学治金工程学院，西安7100552)陕西省冶金工程技术研究中心，西安710055 ☒通信作者，E-mail:ju jiantao@163.com 摘要为控制Incoloy825合金中的Al、Ti含量，并减少电渣过程中氟化物的挥发.借助FactSage热力学软件，建立渣-金反应的热力学模型.设计出适宜控制Al、Ti含量的低氟渣系，探究了渣中组元与AlO3和TO2活度比的关系，并通过高温渣- 金平衡实验进行验证。结果表明：当渣中Ca0和AhO,含量增加，导致lg(候ko,/o,值升高，即合金中Ti含量降低，A1含量升高；与此相反，渣中TiO2含量升高，使g(co,/ao,)值降低，即Ti含量增加，A1含量减少：渣中CaF,和MgO含量的增加对lg(co,/ao,)的影响较小.合金中Al,Ti含量相差较大时，合金中Ti元素易氧化：AL、Ti含量相差较小时，A元素易氧化.渣中C0的质量分数为30%~33%、Al03的质量分数为30%-33%、Ti02的质量分数为6%~12%、CaF,的质量分数为 20%~30%、Mg0的质量分数为1%~5%时，能够有效控制合金中A1、Ti元素含量. 关键词热力学：电渣重熔：Incoloy825合金：FactSage:活度比分类号TF141 Thermodynamic study on design of electroslag remelting slag for Incoloy 825 Alloy JUJian-tao2,YANG Kang-shuai.JI Guang-heng,AN .Jia-liang,LIU Shi-wei) 1)School of Metallurgical Engineering,Xian University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China 2)Metallurgical Engineering Technology Research Center of Shaanxi Province,Xi'an 710055,China Corresponding author,E-mail:ju_jiantao@163.com ABSTRACT Incoloy825 alloy is extensively used in the aerospace and petrochemical industries owing to its excellent corrosion resistance and mechanical properties.It is a solid solution-strengthened Fe-Cr-Ni-based corrosion-resistant alloy.The changes in the Al and Ti contents of the alloy determine the precipitation temperature of the strengthening phases y'(Ni3AlTi)and Ti(C,N)in the alloy. At present,the main production methods of Incoloy825 alloy are vacuum melting and electroslag remelting.However,owing to the reaction of the components in the slag with the Al and Ti elements in the alloy during the electroslag remelting process,the axial component distribution of the Al and Ti elements in the electroslag ingot is not homogeneous,which seriously affects the quality of the electroslag ingot.It is necessary to control the Al and Ti contents in Incoloy825 alloy and reduce the volatilization of fluoride during the electroslag remelting process.The thermodynamic model of slag metal reaction was established using FactSage thermodynamic software.A low-fluorine slag system suitable for controlling Al and Ti contents was designed,and the relationship between the components in the slag and the activity ratios of Al2O;and TiO,was studied,the result was verified by a high-temperature slag metal quilibrium experiment.The results show that the Ca and AlO cont in slag increases with increase in the gvalue, while the Ti content in the alloy decreases with increasing Al content.Moreover,as the TiO2 content in the slag increases,the value ecreases,Ti inreasesand Alecrases.The CaF and Mgco in the slagincrease have a ittfect with thevalue.When thediffer between the Al and Tic in the alloy is large.the emental Tin 收稿日期：2020-03-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51774225.51704223)

Incoloy825 合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究巨建涛1,2) 苣，杨康帅1)，棘广恒1)，安家良1)，刘诗薇1) 1) 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安 710055 2) 陕西省冶金工程技术研究中心，西安 710055 苣通信作者，E-mail：ju_jiantao@163.com lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) 摘要为控制 Incoloy825 合金中的 Al、Ti 含量，并减少电渣过程中氟化物的挥发. 借助 FactSage 热力学软件，建立渣−金反应的热力学模型. 设计出适宜控制 Al、Ti 含量的低氟渣系，探究了渣中组元与 Al2O3 和 TiO2 活度比的关系，并通过高温渣– 金平衡实验进行验证. 结果表明：当渣中 CaO 和 Al2O3 含量增加，导致值升高，即合金中 Ti 含量降低，Al 含量升高；与此相反，渣中 TiO2 含量升高，使值降低，即 Ti 含量增加，Al 含量减少；渣中 CaF2 和 MgO 含量的增加对的影响较小. 合金中 Al、Ti 含量相差较大时，合金中 Ti 元素易氧化；Al、Ti 含量相差较小时，Al 元素易氧化. 渣中 CaO 的质量分数为 30%～33%、Al2O3 的质量分数为 30%～33%、TiO2 的质量分数为 6%～12%、CaF2 的质量分数为 20%～30%、MgO 的质量分数为 1%～5% 时，能够有效控制合金中 Al、Ti 元素含量. 关键词热力学；电渣重熔；Incoloy825 合金；FactSage；活度比分类号 TF141 Thermodynamic study on design of electroslag remelting slag for Incoloy 825 Alloy JU Jian-tao1,2) 苣，YANG Kang-shuai1) ，JI Guang-heng1) ，AN Jia-liang1) ，LIU Shi-wei1) 1) School of Metallurgical Engineering, Xian University of Architecture and Technology, Xi′an 710055, China 2) Metallurgical Engineering Technology Research Center of Shaanxi Province, Xi′an 710055, China 苣 Corresponding author, E-mail: ju_jiantao@163.com lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) ABSTRACT Incoloy825 alloy is extensively used in the aerospace and petrochemical industries owing to its excellent corrosion resistance and mechanical properties. It is a solid solution-strengthened Fe−Cr−Ni-based corrosion-resistant alloy. The changes in the Al and Ti contents of the alloy determine the precipitation temperature of the strengthening phases γ '(Ni3AlTi) and Ti (C, N) in the alloy. At present, the main production methods of Incoloy825 alloy are vacuum melting and electroslag remelting. However, owing to the reaction of the components in the slag with the Al and Ti elements in the alloy during the electroslag remelting process, the axial component distribution of the Al and Ti elements in the electroslag ingot is not homogeneous, which seriously affects the quality of the electroslag ingot. It is necessary to control the Al and Ti contents in Incoloy825 alloy and reduce the volatilization of fluoride during the electroslag remelting process. The thermodynamic model of slag metal reaction was established using FactSage thermodynamic software. A low-fluorine slag system suitable for controlling Al and Ti contents was designed, and the relationship between the components in the slag and the activity ratios of Al2O3 and TiO2 was studied, the result was verified by a high-temperature slag metal equilibrium experiment. The results show that the CaO and Al2O3 contents in slag increases with increase in the value, while the Ti content in the alloy decreases with increasing Al content. Moreover, as the TiO2 content in the slag increases, the value decreases, Ti content increases and Al content decreases. The CaF2 and MgO contents in the slag increase have a little effect with the value. When the difference between the Al and Ti contents in the alloy is large, the elemental Ti in 收稿日期: 2020−03−07 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51774225，51704223）工程科学学报，第 42 卷，增刊 1：119−127，2020 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, Suppl. 1: 119−127, December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.07.s01; http://cje.ustb.edu.cn

·120 工程科学学报.第42卷，增刊1 the alloy is easy to be oxidized;when difference between the Al and Ti contents is small,the elemental Al is easy to be oxidized.When the mass percent of CaO and Al2O3 in the slag are 30%-33%respectively,the mass percent of TiO2 is 6%-12%,the mass percent of CaF2 is 20%-30%,the mass percent of Mgo is 1%-5%,the Al and Ti contents in the alloy can be controlled. KEY WORDS thermodynamics;electroslag remelting;Incoloy825 alloy;FactSage;activity ratio 电渣重熔作为一种优异的二次精炼手段，常达式如式(2)四所示.为控制合金中的A1、Ti元素用于高品质钢和合金的冶炼，高温下通过渣与合含量，设计适合冶炼Incoloy825合金的低氟渣系，金之间的反应，达到对合金精炼的目的-引但由建立热力学模型并做出如下假设：(1)渣-金反应于重熔过程中合金元素的氧化导致了电渣锭轴向的动力学条件良好，在界面处达到热力学平衡：成分分布不均匀，进而对其力学性能、耐腐蚀性能 (2)渣-金界面温度稳定；(3)在金属和熔渣两相等产生影响：刃对于电渣重熔过程中合金元素的内，物质的浓度分布均匀：(4)忽略坩埚对渣-金反控制已有研究，陈崇禧等8和粟硕9通过空气气氛应的影响：(5)一段时间内渣系状态稳定下电渣实验发现渣中TiO2含量较高时，TiO2是主 4[A]+3(TiO2)=3[Ti]+2(Al2O3) (1) 要氧化剂，使合金中Ti元素被氧化.Yang与Parko 和王海江等四探索了氩气保护下的电渣重熔过 Ig K =lg- nos =g C93二程，结果表明渣中Al2O3与合金中Ti元素反应是 A 35300 合金中T元素氧化的主要原因.之前的研究中主 T -9.94 (2) 要集中在通过调整渣系配比来控制合金中A1、其中，K为反应(1)的平衡常数；aAI、a分别为合 Ti含量的影响2-)但合金中平衡AL、Ti含量不仅金中A1和Ti的活度；aT0,和aA,o,分别为渣中TiO2 与渣系配比有关，也与合金中的初始Al、Ti含量和A12O3的活度；fA和fn为合金中Al、Ti元素的活有关.当合金中的初始Al、Ti含量变化时渣系组度系数(1%为标准态)，利用Wagner公式计算；成也要做出相应改变，目前对于合金中初始A1、 XA1和X为合金中Al、Ti质量分数；T为反应温度， Ti含量及渣中组元对合金平衡Al、Ti含量影响的 K.式(3)是合金中组元活度计算式基础研究较少.而且工业电渣重熔所采用的渣系 g=∑cw[ (3) 中CaF2含量较高(，电渣过程中有大量的氟化物挥发，影响电渣锭质量7-1对低氟渣系的研究已其中，f分别表示合金中元素i的活度系数；e表示有报道，但仅限于对渣系物化性质的探索92对合金中元素j对元素i的活度相互作用系数；W为于适合冶炼Incoloy825合金的低氟渣系研究尚未各组分在合金中的质量分数，合金中组元的活度见报道相互作用系数如表1所示.Incoloy825合金成分如本文借助FactSage7.3热力学软件建立低氟渣表2所示系CaF2-CaO-Al2O-MgO-TiO2与Incoloy825合金表1 Incoloy825合金中组元的活度相互作用系数-2刘1 之间反应的热力学模型，研究了渣中组元对A1O3 Table 1 Activity interaction coefficient of the alloying elements in 和TiO2活度比的影响，并分析了合金中的初始A1、 Incoloy825 alloy Ti含量及渣中组元对合金中平衡AL、Ti含量的影 Mn Cr Ni Al Ti Cu Mo 响，最终通过实验验证了模型的准确性 A10.0340.045 -0.0376 0.040 1 热力学模型的建立 Ti-0.12 0.025 -0.0166 0.0480.0140.016 电渣重熔过程中，合金中A1、T元素与渣中用FactSage7.3热力学软件计算1500℃下渣中 A12O3、TiO2反应如式(1)所示.反应的平衡常数表 Al,O3和TiO2活度，选用FactPS和FToxid数据库，表2 ncoloy825合金成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of the Incoloy825 alloy % C Mn Si Q Mo Ni Cu Fe ≤0.025 ≤1.0 ≤0.5 19.5-23.5 2.5-3.5 38-46 1.5-3.0 ≤0.2 0.6-1.2 bal 0.010 0.107 0.131 0.009 0.009 20.620 3.180 38.880 1.660 0.120 1.000 bal

the alloy is easy to be oxidized; when difference between the Al and Ti contents is small, the elemental Al is easy to be oxidized. When the mass percent of CaO and Al2O3 in the slag are 30%−33% respectively, the mass percent of TiO2 is 6%−12%, the mass percent of CaF2 is 20%−30%, the mass percent of MgO is 1%−5%, the Al and Ti contents in the alloy can be controlled. KEY WORDS thermodynamics；electroslag remelting；Incoloy825 alloy；FactSage；activity ratio 电渣重熔作为一种优异的二次精炼手段，常用于高品质钢和合金的冶炼，高温下通过渣与合金之间的反应，达到对合金精炼的目的[1−3] . 但由于重熔过程中合金元素的氧化导致了电渣锭轴向成分分布不均匀，进而对其力学性能、耐腐蚀性能等产生影响[4−7] . 对于电渣重熔过程中合金元素的控制已有研究，陈崇禧等[8] 和粟硕[9] 通过空气气氛下电渣实验发现渣中 TiO2 含量较高时，TiO2 是主要氧化剂，使合金中 Ti 元素被氧化. Yang 与 Park[10] 和王海江等[11] 探索了氩气保护下的电渣重熔过程，结果表明渣中 Al2O3 与合金中 Ti 元素反应是合金中 Ti 元素氧化的主要原因. 之前的研究中主要集中在通过调整渣系配比来控制合金中 Al、 Ti 含量的影响[12−15] . 但合金中平衡 Al、Ti 含量不仅与渣系配比有关，也与合金中的初始 Al、Ti 含量有关. 当合金中的初始 Al、Ti 含量变化时渣系组成也要做出相应改变，目前对于合金中初始 Al、 Ti 含量及渣中组元对合金平衡 Al、Ti 含量影响的基础研究较少. 而且工业电渣重熔所采用的渣系中 CaF2 含量较高[16] ，电渣过程中有大量的氟化物挥发，影响电渣锭质量[17−18] . 对低氟渣系的研究已有报道，但仅限于对渣系物化性质的探索[19−21] . 对于适合冶炼 Incoloy825 合金的低氟渣系研究尚未见报道. 本文借助 FactSage7.3 热力学软件建立低氟渣系 CaF2–CaO–Al2O3–MgO–TiO2 与 Incoloy825 合金之间反应的热力学模型，研究了渣中组元对 Al2O3 和 TiO2 活度比的影响，并分析了合金中的初始 Al、 Ti 含量及渣中组元对合金中平衡 Al、Ti 含量的影响，最终通过实验验证了模型的准确性. 1 热力学模型的建立电渣重熔过程中，合金中 Al、Ti 元素与渣中 Al2O3、TiO2 反应如式（1）所示. 反应的平衡常数表达式如式（2） [22] 所示. 为控制合金中的 Al、Ti 元素含量，设计适合冶炼 Incoloy825 合金的低氟渣系，建立热力学模型并做出如下假设：（1）渣–金反应的动力学条件良好，在界面处达到热力学平衡；（2）渣–金界面温度稳定；（3）在金属和熔渣两相内，物质的浓度分布均匀；（4）忽略坩埚对渣–金反应的影响；（5）一段时间内渣系状态稳定. 4[Al]+3(TiO2) = 3[Ti]+2(Al2O3) （1） lgK =lg a 3 Ti · a 2 Al2O3 a 4 Al · a 3 TiO2 = lg f 3 Ti · X 3 Ti f 4 Al · X 4 Al +lg a 2 Al2O3 a 3 TiO2 = 35300 T −9.94 （2） aAl aTi aTiO2 aAl2O3 fAl fTi XAl XTi 其中，K 为反应（1）的平衡常数；、分别为合金中 Al 和 Ti 的活度；和分别为渣中 TiO2 和 Al2O3 的活度；和为合金中 Al、Ti 元素的活度系数（ 1% 为标准态），利用 Wagner 公式计算；和为合金中 Al、Ti 质量分数；T 为反应温度， K. 式（3）是合金中组元活度计算式. lg fi = ∑ e j i W [ j ] （3） fi e j 其中，分别表示合金中元素 i i 的活度系数；表示合金中元素 j 对元素 i 的活度相互作用系数；W 为各组分在合金中的质量分数. 合金中组元的活度相互作用系数如表 1 所示. Incoloy825 合金成分如表 2 所示. 表 1 Incoloy825 合金中组元的活度相互作用系数[23−24] Table 1 Activity interaction coefficient of the alloying elements in Incoloy825 alloy e j i Mn Cr Ni Al Ti Cu Mo Al 0.034 0.045 −0.0376 0.040 Ti −0.12 0.025 −0.0166 0.048 0.014 0.016 用 FactSage7.3 热力学软件计算 1500 ℃ 下渣中 Al2O3 和 TiO2 活度，选用 FactPS 和 FToxid 数据库，表 2 Incoloy825 合金成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of the Incoloy825 alloy % C Mn Si P S Cr Mo Ni Cu Al Ti Fe ≤0.025 ≤1.0 ≤0.5 19.5‒23.5 2.5‒3.5 38‒46 1.5‒3.0 ≤0.2 0.6‒1.2 bal 0.010 0.107 0.131 0.009 0.009 20.620 3.180 38.880 1.660 0.120 1.000 bal. · 120 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1

122 工程科学学报，第42卷，增刊1 学碱度小于Al20,,Ca0与TiO2更易结合，TiO2 渣中TiO2反应生成的Ti较少，合金中Ti元素氧活度降低幅度更大，造成g(a,o,/o,)值升高化较多.随着初始A1含量增加，Al元素活度升高， g(X/X)随着g(候，0，/ao)值增加而降低，合金与渣中TiO2反应变强，通过合金AI元素与渣中中Ti含量减少，A1含量升高.由图1(b)可知，随着 TiO2反应生成的Ti元素增加，抑制了合金中的渣中Al,0,含量增加，lg(o,/ao,)以1.6增加到 Ti氧化.由于Ca0会降低TiO2活度，Al2O3含量增 4.4,这是由于A1203活度增加，lg(X/X)降低，合加自身活度升高，与合金中T元素的反应变强，渣金中Ti含量降低，A1含量升高.由图1(c)可知，随中Ca0和Al2O3与合金中平衡Ti含量呈负相关着渣中Ti02含量增加，lg(co,/ao,从7.2降低而TO2含量增加不仅使自身活度升高，同时降低了渣系黏度2，优化了与合金中A1元素反应的动到4.0，由于T02活度增加，g(X/X4)升高，合金力学条件.因此平衡Ti含量升高.Mg0和CaF2含中Ti含量增加，A1含量降低.由图1(d)可知，随着量变化对平衡Ti含量影响较小. 渣中Mg0含量增加，1g(ao,/aio,从3.9降低到3.6. Incoloy825合金中标准Ti质量分数在0.6%~ 这是由于MgO是一种碱性氧化物，与Al2O3易结 1.2%之间.由图2(a)可知，当合金中初始A1质量合，使Al03活度降低，造成g(a,0,/ao,)值降低，分数在0.08%~0.12%范围内，渣中Ca0质量分数 lg(X经/X4)升高，合金中Ti含量升高，A1含量降低为30%~33%时，合金中Ti含量在控制范围内. 图1(e)可知随着渣中CaF2含量增加，lg(a,o,/ 而合金中初始A1质量分数在0.16%~0.2%范围内 o,从4.5降低到3.6，这是由于CaF2与Al0,和Ca0 时，平衡Ti质量分数均大于1.2%.如图2(b)可知，会形成11CaO7Al2O3CaF,2,造成AlO3活度降低，当合金中初始A1质量分数为0.08%~0.12%时，渣因此1g(X经/X)升高，合金中Ti含量增加，A1含量降中Al203质量分数为26%~35%，合金中Ti元素在低.但随着Mg0和CaF2含量增加，lg(a,o,/o,）控制范围内.当合金中初始A1质量分数为0.16%~ 降低幅度较小，表明MgO和CaF2对合金中Al、Ti 0.2%时，在A1203含量变化范围内，合金中初始含量影响较小 T质量分数均大于1.2%.但是本文设计的渣系中 2.2低氟渣系设计 A1203质量分数设定为30%~33%之间，一方面是合金中平衡Al、Ti含量表达式如式(5)和式为保证Ca0与Al03的质量分数之比为1：1，此 (6)所示.由式(5)和式(6)可知，合金中的平衡时的渣系熔点最低；另一方面是由于A1O3易与 A1、Ti含量不仅与渣中Al2O3和TiO2的活度有关， CF,反应，造成挥发，因此，尽可能地缩小A1O3 也与合金中的初始A1、Ti含量有关.当合金中初的质量分数的变化范围，保证后续实验结果的准始Ti质量分数为1%，初始A1质量分数分别为确性.由图2(c)可知，当渣中TiO2质量分数为 0.08%、0.12%、0.16%和0.20%时，渣中组元与合 2%~12%时，合金中Ti含量在控制范围内金中平衡Ti含量关系如图2所示当合金中初始A1质量分数为0.12%，初始Ti 质量分数分别为0.6%、0.8%、1%和1.2%时，渣中 =3 Ig- o2+4g+41gXN- 组元对合金中平衡A1含量的影响如图3所示.由图3可知.当渣中组元含量不变时，随着合金中初 35300 31g+ -9.94 (5) T 始Ti含量升高平衡A1含量亦增加.这是由于合金中初始Ti含量增加，与渣中A12O3的反应变强，反 1 o+3X g- 应所生成的A!含量增加.渣中组元对合金中平衡 AI含量的影响与平衡Ti相反 35300 31gfri- +9.94 (6) Incoloy825合金中标准A1质量分数小于0.2% T 由图3(a)和3(b)可知，在Ca0和Al203含量变化其中，X和XA1分别为合金中初始Ti和AI质量分范围内，合金中平衡A1质量分数均小于0.2%.由数，XT和XA分别为合金中平衡Ti和AI质量分数. 图3(c)可知，当渣中TiO2质量分数大于6%时，合由图2可知，渣中组元含量不变时，随着合金金中平衡A1质量分数小于0.2%.由图3(d)和图3(e) 中初始A1含量增加，平衡Ti含量显著增加，这是可知，MgO和CaF2含量变化对合金中平衡Al含由于合金中初始A1含量较低时，A1元素活度较量影响较小.主要作用是调节渣的物理化学性质低，与渣中TiO2反应能力较弱，合金中A1元素与但根据图2(d)、图2(e)以及图3(e)可以看出，MgO

lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 / a 3 TiO2 ) lg( X 3 Ti/X 4 Al) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) 学碱度小于 Al2O3 [25] ，CaO 与 TiO2 更易结合，TiO2 活度降低幅度更大，造成值升高. 随着值增加而降低，合金中 Ti 含量减少，Al 含量升高. 由图 1（b）可知，随着渣中 Al2O3 含量增加，从 1.6 增加到 4.4，这是由于 Al2O3 活度增加，降低，合金中 Ti 含量降低，Al 含量升高. 由图 1（c）可知，随着渣中 TiO2 含量增加，从 7.2 降低到 4.0，由于 TiO2 活度增加，升高，合金中 Ti 含量增加，Al 含量降低. 由图 1（d）可知，随着渣中MgO 含量增加，从3.9 降低到3.6. 这是由于 MgO 是一种碱性氧化物，与 Al2O3 易结合，使 Al2O3 活度降低，造成值降低，升高，合金中 Ti 含量升高，Al 含量降低. 图 1（ e）可知随着渣中 CaF2 含量增加，从4.5 降低到3.6，这是由于CaF2 与Al2O3 和CaO 会形成 11CaO·7Al2O3 ·CaF2 [26] ，造成 Al2O3 活度降低，因此升高，合金中 Ti 含量增加，Al 含量降低. 但随着 MgO 和 CaF2 含量增加，降低幅度较小，表明 MgO 和 CaF2 对合金中 Al、Ti 含量影响较小. 2.2 低氟渣系设计合金中平衡 Al、Ti 含量表达式如式（5）和式（ 6）所示. 由式（ 5）和式（ 6）可知，合金中的平衡 Al、Ti 含量不仅与渣中 Al2O3 和 TiO2 的活度有关，也与合金中的初始 Al、Ti 含量有关. 当合金中初始 Ti 质量分数为 1%，初始 Al 质量分数分别为 0.08%、0.12%、0.16% 和 0.20% 时，渣中组元与合金中平衡 Ti 含量关系如图 2 所示. lgX ′ Ti = 1 3   lg a 3 TiO2 a 2 Al2O3 +4lg fAl +4lgXAl− 3lg fTi + 35300 T −9.94) （5） lgX ′ Al = 1 4   lg a 2 Al2O3 a 3 TiO2 −4lg fAl +3lgXTi+ 3lg fTi − 35300 T +9.94) （6） XTi XAl X ′ Ti X ′ Al 其中，和分别为合金中初始 Ti 和 Al 质量分数，和分别为合金中平衡 Ti 和 Al 质量分数. 由图 2 可知，渣中组元含量不变时，随着合金中初始 Al 含量增加，平衡 Ti 含量显著增加，这是由于合金中初始 Al 含量较低时，Al 元素活度较低，与渣中 TiO2 反应能力较弱，合金中 Al 元素与渣中 TiO2 反应生成的 Ti 较少，合金中 Ti 元素氧化较多. 随着初始 Al 含量增加，Al 元素活度升高，与渣中 TiO2 反应变强，通过合金 Al 元素与渣中 TiO2 反应生成的 Ti 元素增加，抑制了合金中的 Ti 氧化. 由于 CaO 会降低 TiO2 活度，Al2O3 含量增加自身活度升高，与合金中 Ti 元素的反应变强，渣中 CaO 和 Al2O3 与合金中平衡 Ti 含量呈负相关. 而 TiO2 含量增加不仅使自身活度升高，同时降低了渣系黏度[27] ，优化了与合金中 Al 元素反应的动力学条件. 因此平衡 Ti 含量升高. MgO 和 CaF2 含量变化对平衡 Ti 含量影响较小. Incoloy825 合金中标准 Ti 质量分数在 0.6%～ 1.2% 之间. 由图 2（a）可知，当合金中初始 Al 质量分数在 0.08%～0.12% 范围内，渣中 CaO 质量分数为 30%～33% 时，合金中 Ti 含量在控制范围内. 而合金中初始 Al 质量分数在 0.16%～0.2% 范围内时，平衡 Ti 质量分数均大于 1.2%. 如图 2（b）可知，当合金中初始 Al 质量分数为 0.08%～0.12% 时，渣中 Al2O3 质量分数为 26%～35%，合金中 Ti 元素在控制范围内. 当合金中初始 Al 质量分数为 0.16%～ 0.2% 时，在 Al2O3 含量变化范围内，合金中初始 Ti 质量分数均大于 1.2%. 但是本文设计的渣系中 Al2O3 质量分数设定为 30%～33% 之间，一方面是为保证 CaO 与 Al2O3 的质量分数之比为 1∶1，此时的渣系熔点最低；另一方面是由于 Al2O3 易与 CaF2 反应，造成挥发，因此，尽可能地缩小 Al2O3 的质量分数的变化范围，保证后续实验结果的准确性. 由图 2（ c）可知，当渣中 TiO2 质量分数为 2%～12% 时，合金中 Ti 含量在控制范围内. 当合金中初始 Al 质量分数为 0.12%，初始 Ti 质量分数分别为 0.6%、0.8%、1% 和 1.2% 时，渣中组元对合金中平衡 Al 含量的影响如图 3 所示. 由图 3 可知. 当渣中组元含量不变时，随着合金中初始 Ti 含量升高平衡 Al 含量亦增加. 这是由于合金中初始 Ti 含量增加，与渣中 Al2O3 的反应变强，反应所生成的 Al 含量增加. 渣中组元对合金中平衡 Al 含量的影响与平衡 Ti 相反. Incoloy825 合金中标准 Al 质量分数小于 0.2%. 由图 3（a）和 3（b）可知，在 CaO 和 Al2O3 含量变化范围内，合金中平衡 Al 质量分数均小于 0.2%. 由图 3（c）可知，当渣中 TiO2 质量分数大于 6% 时，合金中平衡 Al 质量分数小于 0.2%. 由图 3（d）和图 3（e）可知，MgO 和 CaF2 含量变化对合金中平衡 Al 含量影响较小. 主要作用是调节渣的物理化学性质. 但根据图 2（d）、图 2（e）以及图 3（e）可以看出，MgO · 122 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1

质量分数大于 5% 时，平衡 Ti 质量分数出现了明显升高. CaF2 质量分数在 0～20% 之间时，平衡 Ti 质量分数也明显升高，平衡 Al 质量分数明显下降，而 MgO 质量分数在 1%～5%，CaF2 质量分数在 20%～30% 之间时，平衡 Al、Ti 质量分数变化较为平稳. 为降低 CaF2 和 MgO 质量分数波动对实验结果的影响，选取 CaF2 质量分数在 20%～30%，MgO 质量分数在 1%～5%. 对比图 2 和图 3 可以看出,当合金中 Al、Ti 含量相差较大时，合金中 Ti 元素易氧化. 合金中 Al、 Ti 含量相差较小时，合金中 Al 元素易氧化. 合金中 Al、Ti 含量受渣中 CaO、Al2O3 和 TiO2 含量影响，设计渣系时可以通过调整渣中 CaO、Al2O3 和 TiO2 的含量控制合金中的 Al、Ti 含量，渣中 CaF2 和 MgO 的含量对平衡 Al、Ti 含量影响不大. 综上，当控制合金中 Al、Ti 含量在标准成分 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2 4 6 8 10 26 28 30 32 34 36 0 2.0 Equilibrium Ti mass percent/% CaO mass percent/% 0.6 Equilibrium Ti mass percent/ % CaO mass percent/% 0.08 0.12 0.16 0.20 (a) 1.2 1.2 0.6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2 4 6 8 10 0.6 Equilibrium Ti mass percent/ % Al2O3 mass percent/% 0.08 0.12 0.16 0.20 F2 F3 (b) 1.2 24 26 28 30 32 34 36 0 Equilibrium Ti mass percent/% Al2O3 mass percent/% 1.2 0.6 0 2 4 6 8 10 12 14 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.6 Equilibrium Ti mass percent/ % TiO2 mass precent/% 0.08 0.12 0.16 0.20 (c) 1.2 0 2 4 6 8 10 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.6 Equilibrium Ti mass percent/ % MgO mass percent/% 0.08 0.12 0.16 0.20 (d) 1.2 0 5 10 15 20 25 30 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.6 Equilibrium Ti mass percent/ % CaF2 mass percent/% 0.08 0.12 0.16 0.20 (e) 1.2 图 2 不同初始 Al 含量下渣中组元对合金中平衡 Ti 含量的关系. （a）CaO；（b）Al2O3；（c）TiO2；（d）MgO；（e）CaF2 Fig.2 Relationship between the components in the slag and the equilibrium Ti content in the alloy under different initial Al contents: (a) CaO; (b) Al2O3 ; (c) TiO2 ; (d) MgO; (e) CaF2 巨建涛等： Incoloy825 合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究 · 123 ·

巨建涛等：Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究 125· 表3渣-金反应前后渣成分 Table 3 Composition of slag before and after slag-metal reaction % Before reaction After reaction Slag CaF2 CaO Al203 Mgo TiOz CaF2 Cao A203 MgO TiO, S1 25.0 33.0 33.0 3.0 6.0 19.6 372 31.4 4.2 7.6 S2 25.0 31.0 31.0 3.0 10.0 19.8 36.3 30.2 4.1 9.5 S3 25.0 30.0 30.0 3.0 12.0 20.1 35.5 29.4 4.2 10.8 金中平衡Ti质量分数为0.74%，平衡A1质量分数中TiO2含量降低，S2中TiO2含量变化较小.这为0.19%，反应达到平衡时合金中钛含量增加，铝是由于当渣中TiO2为10%时，在控制合金中A1、含量降低.由图4(b)可知，渣中TiO2质量分数为 Ti含量不变的情况下，反应4[AI+3TiO2)=3T1]+ 10%时，合金中A1、Ti含量变化不大.由图4(c)可 2(AlO3)的左右两边化学势相等，因此S2中TiO2 知，渣中TiO2质量分数为12%时，合金中平衡Ti 含量变化较小.S1中TiO2含量升高，S3中TiO2降质量分数为1.2%，平衡A1含为0.09%，渣金反应过低，是因为前者反应右边化学势大于左边而后者程中有明显的烧铝增钛现象.这是由于随着渣中则相反.反应前后三种渣系中CaF2均明显降低， TiO2含量增加，TiO2的活度升高，与合金中A1元约减少5%左右.这是因为CaF2与渣中Al203和素的反应增强，反应(1)向右进行的趋势逐渐增 MgO反应及自身挥发所致.同时也导致了渣中加，合金中平衡Ti含量逐渐增加，平衡A1含量逐 CaO含量明显增加，Al2O3含量略有降低.陈艳梅渐降低.控制合金中A1、Ti含量不变的情况下，渣等21研究发现1500℃时AH-6高氟渣(30%Al203+ 中最佳Ti02质量分数为10% 70%CaF2)的失重率为11.92%.本研究所用渣系显由表3可知.反应后S1中TiO2含量升高，S3 著降低了渣系的挥发率.MgO含量增加1.2%左右 1.4m 024 (a) -■-Ti 0.24 (b) -■一Ti -Al ■-A 12 1.2 0.20 1.0 1.0 ■ 0.16 0.16 0.8 0.8 F 0.12 0.6 0.12 0.6 0.4 0.4 0.08 0 0.08 5 101520 2530 1015202530 Reaction time/min Reaction time/min 1.4 0.24 (c) -■-Ti 12 0.20 1.0 ■ 0.16 0.8 ■ 0.12 sseu 0.6 0.08 04 J0.04 0 10152025 30 Reaction time/min 图4合金中Al、Ti含量变化.(a)hw(Ti02)=6%:(b)w(TiO2=10%:(c)wTi02)=12% Fig.4 Changes of Al and Ti contents in alloy:(a)w(TiO,)=6%;(b)w(TiO,)=10%;(c)w(TiO)=12%

金中平衡 Ti 质量分数为 0.74%，平衡 Al 质量分数为 0.19%，反应达到平衡时合金中钛含量增加，铝含量降低. 由图 4（b）可知，渣中 TiO2 质量分数为 10% 时，合金中 Al、Ti 含量变化不大. 由图 4（c）可知，渣中 TiO2 质量分数为 12% 时，合金中平衡 Ti 质量分数为 1.2%，平衡 Al 含为 0.09%，渣金反应过程中有明显的烧铝增钛现象. 这是由于随着渣中 TiO2 含量增加，TiO2 的活度升高，与合金中 Al 元素的反应增强，反应（1）向右进行的趋势逐渐增加，合金中平衡 Ti 含量逐渐增加，平衡 Al 含量逐渐降低. 控制合金中 Al、Ti 含量不变的情况下，渣中最佳 TiO2 质量分数为 10%. 由表 3 可知. 反应后 S1 中 TiO2 含量升高，S3 中 TiO2 含量降低，S2 中 TiO2 含量变化较小. 这是由于当渣中 TiO2 为 10% 时，在控制合金中 Al、 Ti 含量不变的情况下，反应 4[Al]+3(TiO2 )=3[Ti]+ 2(Al2O3 ) 的左右两边化学势相等，因此 S2 中 TiO2 含量变化较小. S1 中 TiO2 含量升高，S3 中 TiO2 降低，是因为前者反应右边化学势大于左边而后者则相反. 反应前后三种渣系中 CaF2 均明显降低，约减少 5% 左右. 这是因为 CaF2 与渣中 Al2O3 和 MgO 反应及自身挥发所致. 同时也导致了渣中 CaO 含量明显增加，Al2O3 含量略有降低. 陈艳梅等[28] 研究发现 1500 ℃ 时 AH–6 高氟渣（30%Al2O3+ 70%CaF2）的失重率为 11.92%. 本研究所用渣系显著降低了渣系的挥发率. MgO 含量增加 1.2% 左右表 3 渣–金反应前后渣成分 Table 3 Composition of slag before and after slag-metal reaction % Slag Before reaction After reaction CaF2 CaO Al2O3 MgO TiO2 CaF2 CaO Al2O3 MgO TiO2 S1 25.0 33.0 33.0 3.0 6.0 19.6 37.2 31.4 4.2 7.6 S2 25.0 31.0 31.0 3.0 10.0 19.8 36.3 30.2 4.1 9.5 S3 25.0 30.0 30.0 3.0 12.0 20.1 35.5 29.4 4.2 10.8 0 5 10 15 20 25 30 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Reaction time/min Ti mass percent/ % 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 Al mass percent/ % (a) Ti Al 0 5 10 15 20 25 30 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Reaction time/min Ti mass percent/ % (b) 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 Al mass percent/ % Ti Al 0 5 10 15 20 25 30 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Reaction time/min Ti mass percent/ % 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 Al mass percent/ % (c) Ti Al 图 4 合金中 Al、Ti 含量变化. （a）w(TiO2 )=6%；（b）w(TiO2 )=10%；（c）w(TiO2 )=12% Fig.4 Changes of Al and Ti contents in alloy: (a) w(TiO2 )=6%; (b) w(TiO2 )=10%; (c) w(TiO2 )=12% 巨建涛等： Incoloy825 合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究 · 125 ·

.126 工程科学学报.第42卷，增刊1 是由于MgO坩埚的侵蚀.实验结果与热力学模型 (侯栋，董艳伍，姜周华，等.含铝钛合金电渣重熔中的渣系设计计算结果吻合.所设计渣系可以有效抑制Incoloy825 及脱氧热力学.东北大学学报：自然科学版，2015,36(11)：合金中AI、Ti元素的氧化.并减少渣-金反应过程 1591) [61 Duan S C,Shi X,Mao M T,et al.Investigation of the oxidation 中氟化物的挥发 behaviour of Ti and Al in Inconel 718 superalloy during 4结论 electroslag remelting.SciRep,2018,8:5232 [7刀 Sun N,Wen C,Liu Z L,et al.Effect of Al,Ti contents on the (1)通过热力学计算适合电渣重熔Incoloy825 microstructure and corrosion resistance of as-forged Incoloy825 合金的低氟渣系中各组元的质量分数分别为： alloy.Rare Met Mater Eng,2018,47(3):860 30%~33%Ca0、30%~33%Al203、6%~12%Ti02、 (孙楠，温宸，刘子利，等.AL、Ti含量对锻态Incoloy825合金组织 20%~30%CaF2、1%~5%Mg0.渣-金平衡实验结和耐腐蚀性能的影响.稀有金属材料与工程，2018,47(3)：860) 果与热力学计算结果一致，根据热力学模型结果 [8]Chen C X,Wang Y,Fu J,et al.A study on the titanium loss during electroslag remelting high titanium and low aluminum content 所设计的渣系可以控制合金中AI、Ti元素含量， superally.Acta Metall Sinica,1981,17(1):50 并减少电渣过程中氟化物的挥发. (陈崇禧，王涌，傅杰，等.高钛低铝高温合金电渣重熔中钛烧损 (2)渣中Ca0和Al,03含量增加，导致g(a,o,/ 的研究.金属学报，1981,17(1)：50) o,)值升高，合金中Ti含量降低，A1含量升高.与 [9]Su S.Research on control of Ti content in electroslag remelting of 此相反，渣中Ti02含量升高，使g(a候，0，/o,)值降 R-26.J Iron Steel Res,2011,23(Suppl 2):282 (粟硕.R-26合金电渣重熔Ti含量控制研究.钢铁研究学报，低，合金中Ti含量增加，Al含量减小.而渣中CaF2和 2011,23(增刊2：282) Mg0含量变化对1g(a,o,/o,)影响较小 [10]Yang J G,Park J H.Distribution behavior of aluminum and (3)Incoloy825合金中初始Ti含量一定时，随 titanium between nickel-based alloys and molten slags in the 着合金中初始A1含量的降低，合金中Ti元素的氧 electroslag remelting (ESR)process.Metall Mater Trans B,2017, 化加剧；合金中初始A!含量一定时，随着初始 48(4):2147 Ti含量增加，平衡A1含量亦增加.合金中初始A1、 [11]Wang H J,Xu P,Yang S.Effect of argon flow rate,slag series and Ti含量相差较大时，电渣过程中Ti元素易氧化； adding aluminium on[i]of shielding atmosphere ESR ingot of steel 1Cr2INi5Ti.Special Steel,2015,36(6):23 合金中初始Al、Ti含量相差较小时，电渣过程中AI (王海江，徐朋，杨松.氩气流量、渣系和加Al粉对1C21Ni5Ti钢元素易氧化保护气氛重熔锭[T的影响.特殊钢，2015,36(6)：23) [12]Yin B,Li W M,Wu S P,et al.Thermodynamic analysis of Al and 参考文献 Ti element loss in electroslag remelting Inconel 718 superalloy [1]Li X,Geng X,Jiang Z H,et al.Influences of slag system on Iron Steel,,2019,54(5:86 metallurgical quality for high temperature alloy by electroslag (尹彬，李万明，吴少鹏，等.Inconel?718高温合金电渣重熔铝钛 remelting.Iron Steel,2015,50(9):41 元素烧损热力学分析.钢铁，2019,54(5)：86) (李星，耿鑫，姜周华，等.电渣重熔高温合金渣系对治金质量的 [13]Li S J,Cheng GG,Yang L,et al.A thermodynamic model to 影响.钢铁，2015,50(9)：41) design the equilibrium slag compositions during electroslag [2]Duan S C.Guo HJ.Shi X.et al.Thermodynamic analysis of the remelting process:description and verification./S//Int,2017, smelting of Inconel 718 superalloy during electroslag remelting 57(4):713 process.Chin J Eng,2018,40(Suppl 1):53 [14]Duan S C,Shi X,Wang F,et al.A review of methodology (段生朝，郭汉杰，石骁，等.Inconel718高温合金电渣重熔热力 development for controlling loss of alloying elements during the 学分析.工程科学学报，2018,40（增刊1上53） electroslag remelting process.Metall Mater Trans B,2019,50(6): [3]Hou D,Jiang Z H,Dong Y W,et al.Thermodynamic design of 3055 electroslag remelting slag for high titanium and low aluminium [15]Hou D,Liu F B,Qu T P,et al.Behavior of alloying elements stainless steel based on IMCT.Ironmaking Steelmaking,2016, during drawing-ingot-type electroslag remelting of stainless steel 43(7):517 containing titanium.IS//Int,201,58(5):876 [4]Hou D,Jiang Z H,Qu T P,et al.Aluminum,titanium and oxygen [16]Jiang K Y,Qin W H,Wang C Y.Analysis on detection result of control during electroslag remelting of stainless steel based on occupational hazards in workplaces of electroslag remelting thermodynamic analysis.J Iron Steel Res Int,2019,26(1):20 workshop.Chin J Ind Med,2018,31(3):220 [5]Hou D,Dong Y W,Jiang Z H,et al.Deoxidation thermodynamics (姜开友，秦文华，王超洋.电渣重熔车间工作场所职业病危害 and slag designing in ESR process for aluminum-titannium alloy. 因素检测分析.中国工业医学杂志，2018,31(3)：220) Northeast Univ Nat Sci.2015.36(11):1591 [17]Ju J T,Lv Z L,Jiao Z Y,et al.Non-isothermal analysis on the

是由于 MgO 坩埚的侵蚀. 实验结果与热力学模型计算结果吻合. 所设计渣系可以有效抑制 Incoloy825 合金中 Al、Ti 元素的氧化. 并减少渣–金反应过程中氟化物的挥发. 4 结论（1）通过热力学计算适合电渣重熔 Incoloy825 合金的低氟渣系中各组元的质量分数分别为： 30%～33% CaO、30%～33%Al2O3、6%～12%TiO2、 20%～30%CaF2、1%～5%MgO. 渣–金平衡实验结果与热力学计算结果一致，根据热力学模型结果所设计的渣系可以控制合金中 Al、Ti 元素含量，并减少电渣过程中氟化物的挥发. lg( a 2 Al2O3 / a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) lg( a 2 Al2O3 /a 3 TiO2 ) （2）渣中 CaO 和 Al2O3 含量增加，导致值升高，合金中 Ti 含量降低，Al 含量升高. 与此相反，渣中 TiO2 含量升高，使值降低，合金中 Ti 含量增加，Al 含量减小. 而渣中 CaF2 和 MgO 含量变化对影响较小. （3）Incoloy825 合金中初始 Ti 含量一定时，随着合金中初始 Al 含量的降低，合金中 Ti 元素的氧化加剧；合金中初始 Al 含量一定时，随着初始 Ti 含量增加，平衡 Al 含量亦增加. 合金中初始 Al、 Ti 含量相差较大时，电渣过程中 Ti 元素易氧化；合金中初始 Al、Ti 含量相差较小时，电渣过程中 Al 元素易氧化. 参考文献 Li X, Geng X, Jiang Z H, et al. Influences of slag system on metallurgical quality for high temperature alloy by electroslag remelting. Iron Steel, 2015, 50（9）: 41 （李星, 耿鑫, 姜周华, 等. 电渣重熔高温合金渣系对冶金质量的影响. 钢铁, 2015, 50（9）：41） [1] Duan S C, Guo H J, Shi X, et al. Thermodynamic analysis of the smelting of Inconel 718 superalloy during electroslag remelting process. Chin J Eng, 2018, 40(Suppl 1): 53 （段生朝, 郭汉杰, 石骁, 等. Inconel 718高温合金电渣重熔热力学分析. 工程科学学报, 2018, 40(增刊1): 53） [2] Hou D, Jiang Z H, Dong Y W, et al. Thermodynamic design of electroslag remelting slag for high titanium and low aluminium stainless steel based on IMCT. Ironmaking Steelmaking, 2016, 43（7）: 517 [3] Hou D, Jiang Z H, Qu T P, et al. Aluminum, titanium and oxygen control during electroslag remelting of stainless steel based on thermodynamic analysis. J Iron Steel Res Int, 2019, 26（1）: 20 [4] Hou D, Dong Y W, Jiang Z H, et al. Deoxidation thermodynamics and slag designing in ESR process for aluminum-titannium alloy. J Northeast Univ Nat Sci, 2015, 36（11）: 1591 [5] （侯栋, 董艳伍, 姜周华, 等. 含铝钛合金电渣重熔中的渣系设计及脱氧热力学. 东北大学学报：自然科学版, 2015, 36（11）： 1591） Duan S C, Shi X, Mao M T, et al. Investigation of the oxidation behaviour of Ti and Al in Inconel 718 superalloy during electroslag remelting. Sci Rep, 2018, 8: 5232 [6] Sun N, Wen C, Liu Z L, et al. Effect of Al, Ti contents on the microstructure and corrosion resistance of as-forged Incoloy825 alloy. Rare Met Mater Eng, 2018, 47（3）: 860 （孙楠, 温宸, 刘子利, 等. Al、Ti含量对锻态Incoloy825合金组织和耐腐蚀性能的影响. 稀有金属材料与工程, 2018, 47（3）：860） [7] Chen C X, Wang Y, Fu J, et al. A study on the titanium loss during electroslag remelting high titanium and low aluminum content superally. Acta Metall Sinica, 1981, 17（1）: 50 （陈崇禧, 王涌, 傅杰, 等. 高钛低铝高温合金电渣重熔中钛烧损的研究. 金属学报, 1981, 17（1）：50） [8] Su S. Research on control of Ti content in electroslag remelting of R-26. J Iron Steel Res, 2011, 23(Suppl 2): 282 （粟硕. R-26合金电渣重熔Ti含量控制研究. 钢铁研究学报, 2011, 23(增刊2): 282） [9] Yang J G, Park J H. Distribution behavior of aluminum and titanium between nickel-based alloys and molten slags in the electroslag remelting (ESR) process. Metall Mater Trans B, 2017, 48（4）: 2147 [10] Wang H J, Xu P, Yang S. Effect of argon flow rate, slag series and adding aluminium on[Ti] of shielding atmosphere ESR ingot of steel 1Cr21Ni5Ti. Special Steel, 2015, 36（6）: 23 （王海江, 徐朋, 杨松. 氩气流量、渣系和加Al粉对1Cr21Ni5Ti钢保护气氛重熔锭[Ti]的影响. 特殊钢, 2015, 36（6）：23） [11] Yin B, Li W M, Wu S P, et al. Thermodynamic analysis of Al and Ti element loss in electroslag remelting Inconel 718 superalloy. Iron Steel, 2019, 54（5）: 86 （尹彬, 李万明, 吴少鹏, 等. Inconel718高温合金电渣重熔铝钛元素烧损热力学分析. 钢铁, 2019, 54（5）：86） [12] Li S J, Cheng G G, Yang L, et al. A thermodynamic model to design the equilibrium slag compositions during electroslag remelting process: description and verification. ISIJ Int, 2017, 57（4）: 713 [13] Duan S C, Shi X, Wang F, et al. A review of methodology development for controlling loss of alloying elements during the electroslag remelting process. Metall Mater Trans B, 2019, 50（6）: 3055 [14] Hou D, Liu F B, Qu T P, et al. Behavior of alloying elements during drawing-ingot-type electroslag remelting of stainless steel containing titanium. ISIJ Int, 2018, 58（5）: 876 [15] Jiang K Y, Qin W H, Wang C Y. Analysis on detection result of occupational hazards in workplaces of electroslag remelting workshop. Chin J Ind Med, 2018, 31（3）: 220 （姜开友, 秦文华, 王超洋. 电渣重熔车间工作场所职业病危害因素检测分析. 中国工业医学杂志, 2018, 31（3）：220） [16] [17] Ju J T, Lv Z L, Jiao Z Y, et al. Non-isothermal analysis on the · 126 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1

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