8治炼工艺路线的对比与选择 8.1典型膨胀合金熔炼工艺 膨胀合金是指与玻璃或者陶瓷材料进行封接的—类合金,该类合金国内有29个牌号、多种规格。与玻璃封接的主 要有429、4J49、452、454、4J6等,与陶瓷相封接的主要有433、4J34等,其中429属于定膨胀合金,是在 60℃~+400℃范围内具有一定线膨胀系数的合金,用来和硬玻璃进行匹配封接,是电真空工业中广泛使用的封接结构 材料,其用量比较大,单国内需求量每年在数百吨之多,产品的主要供货方式为带材 4J36为低膨胀合金,是在0℃~+100°℃和-60℃~+100°范围内具有很低膨胀系数的合金,用来制造在气温变 化范围内尺寸近似恒定的元件,广泛应用于无线电工业、精密仪器、仪表及其他工业 81.1膨胀合金相关标准 部分牌号的膨胀合金成分要求以及相关指标如表8-1、8-2、8-3和8-4所示。 表8-1膨胀合金成分要求 考核元素不大于)% 参考元素/% a×10°/℃ 牌号 室温 室温 s SI 300C~400℃C 44200500200204503415-425余量44-4654-66 445005002002040.3445-455余量65-7765-77 450005 002 00250450.349.5-50.5余量88-10088-10.0 4520050.020.02≤04≤0.3515~525余量98~11098-11.0 454005002002≤0403535-54.5余量102-14102-114
8 冶炼工艺路线的对比与选择 8.1 典型膨胀合金熔炼工艺 膨胀合金是指与玻璃或者陶瓷材料进行封接的一类合金，该类合金国内有29个牌号、多种规格。与玻璃封接的主 要有4J29、4J49、4J52、4J54、4J6等，与陶瓷相封接的主要有4J33、4J34等，其中4J29属于定膨胀合金，是在－ 60℃～＋400℃范围内具有一定线膨胀系数的合金，用来和硬玻璃进行匹配封接，是电真空工业中广泛使用的封接结构 材料，其用量比较大，单国内需求量每年在数百吨之多，产品的主要供货方式为带材。 4J36为低膨胀合金，是在0℃～＋100℃和－60℃～＋100℃范围内具有很低膨胀系数的合金，用来制造在气温变 化范围内尺寸近似恒定的元件，广泛应用于无线电工业、精密仪器、仪表及其他工业。 8.1.1膨胀合金相关标准 部分牌号的膨胀合金成分要求以及相关指标如表8-1、8-2、8-3和8-4所示。 表8-1 膨胀合金成分要求
表8-2436合金成分要求 化学成分,% 考核元素 参考元素 Si ≤0.05 ≤0.02 ≤0.02 ≤0.6 ≤03350~370余量 表8-3436合金导磁率和温度的关系 温度,℃ 178 100 378 116 导磁率,μ 2.25 2.15 2.04 0.68 1.81 1.70 H/m,×103 表8-4436合金常温下的机械性能 棒材 带材(1.0mm厚 O, MPa 8,% g0.2. MPa Ob, MPa δ,% 杯突值,mm 490 25 333 519 33 98 81.2膨胀合金4J36相关标准治炼 膨胀合金的产品形式主要有丝、带、管、棒等,应用比较广泛的为带材,生产所用的主要设备有电炉、锻锤 (3~5t)、带坯机、退火炉、矫直机、水磨机、氩弧焊、四辊(多辊冷轧机以及连续退火炉、表面处理设备等。 82典型软磁合金烙炼工艺 镍系合金从19世纪最初的发现到随后20世纪的系列试验研究,以及真空冶炼的采用,使合金的特性得到了较大 的提高。随着硏究的深入和实际应用的需要,在二元系中加入了钼、铜、铬等其他元素,并因此创造了著名的超坡莫合 金、具有较高的初磁导率铜坡莫合金,以及員有较高电阻率的铬镍铁合金等一系列材料。其中两个基本的参数是:磁晶 各向异性常数K和磁致伸缩常数λ,他们决定着合金的技术磁化过程,决定着合金的磁性。 铁镍系软磁合金。这类合金的特点主要有:在弱(或中)磁场下又很高的导磁率和极小的矫顽力;又很好的加工性 能,可以制作成形状复杂的器件;有较好的防锈性能;有些材料经过特定的加工后,具有特殊的磁性能如磁矩形磁滞迥 线,很低的剩磁,或在相当宽的磁场范围内保持恒导磁率等 821相关合金的化学成分 部分典型软磁合金的化学成分要求表8-5
8.1.2膨胀合金4J36相关标准冶炼 膨胀合金的产品形式主要有丝、带、管、棒等，应用比较广泛的为带材，生产所用的主要设备有电炉、锻锤 (3~5t)、带坯机、退火炉、矫直机、水磨机、氩弧焊、四辊(多辊)冷轧机以及连续退火炉、表面处理设备等。 8.2 典型软磁合金熔炼工艺 铁镍系合金从19世纪最初的发现到随后20世纪的系列试验研究，以及真空冶炼的采用，使合金的特性得到了较大 的提高。随着研究的深入和实际应用的需要，在二元系中加入了钼、铜、铬等其他元素，并因此创造了著名的超坡莫合 金、具有较高的初磁导率铜坡莫合金，以及具有较高电阻率的铬镍铁合金等一系列材料。其中两个基本的参数是：磁晶 各向异性常数K和磁致伸缩常数λ，他们决定着合金的技术磁化过程，决定着合金的磁性。 铁镍系软磁合金。这类合金的特点主要有：在弱(或中)磁场下又很高的导磁率和极小的矫顽力；又很好的加工性 能，可以制作成形状复杂的器件；有较好的防锈性能；有些材料经过特定的加工后，具有特殊的磁性能如磁矩形磁滞迥 线，很低的剩磁，或在相当宽的磁场范围内保持恒导磁率等。 8.2.1相关合金的化学成分 部分典型软磁合金的化学成分要求表8-5
表8-5软磁合金的化学成分(%) C Mn Si P Mo C Fe 76.00 0.30~015 4.80~380~余 1J77≤003 ≤002≤002 060030 520420量 7800 7900 0.30~0.15~ 4.80~ 185≤0.03 ≤002≤0.02 ≤0.20 80.50 580~ 余 186≤003≤1.00≤0.30≤0.02≤0.02 ≤0.20 6.20 量 81.50 8.22软磁合金186合金的性能特点 186合金主要含镍81%和钼6%,该合金比17和185具有更高的μ和更低的Hμm值接近。合金中由于含有6% 的钼,电阻率较高,这就改善了较高频率下的磁性能。为了获得更高的静态磁性,合金中不加硅、锰,他们对磁性能的 影响不如镍、钼明显。而合金中加入1%的锰和少量的硅,是为了改善合金温度稳定性和热加工性。软磁合金的生产工 艺典型的生产工艺如图8-2: 冶炼(真空炉、大容量) 钢锭扒皮 热轧至4 酸洗}矫直 磨、拼卷上四辊冷轧 中间热处理 退大(级气连线奶门一的边一表面一一火 成品检验、包装 分条 冷轧(十二辊) 图8-2软磁合金的生产工艺典型的生产工艺 83高温合金熔炼工艺 83.1相关合金的化学成分 部分典型高温合金的化学成分要求表8-6
表8-5 软磁合金的化学成分(%) 8.2.2 软磁合金1J86合金的性能特点 1J86合金主要含镍81％和钼6％，该合金比1J77和1J85具有更高的μi和更低的Hc ,μm值接近。合金中由于含有6％ 的钼，电阻率较高，这就改善了较高频率下的磁性能。为了获得更高的静态磁性，合金中不加硅、锰，他们对磁性能的 影响不如镍、钼明显。而合金中加入1％的锰和少量的硅，是为了改善合金温度稳定性和热加工性。软磁合金的生产工 艺典型的生产工艺如图8-2： 图8-2 软磁合金的生产工艺典型的生产工艺 8.3高温合金熔炼工艺 8.3.1相关合金的化学成分 部分典型高温合金的化学成分要求表8-6
表8-6典型高温合金成分 化学成分,% 牌号 Co W AITi N B其他 GH1120.0~ 140~20~0.20~0.70~350 余Fe 23.0 180250060120400 GH3023.5~ 130 0.30~ Fe<4 26.5 16.0 0.70 GH41170 2802065~500~ 余Fe 21.0 33-0.61.15550 55-6.110~95~117~2.52-5.10~1 005 K417 13.0 3 7 5 010zr FGH9 3.5N 83.53.5 MGH6 1.1￥ 15 4.5 0.1 000 203 8.3.2高温合金熔炼工艺 为了使高温合金具有所需要的耐高温、抗腐蚀的性能,合金必须貝有一定的化学成分、纯净度以及合适的组织结 构,而合金的成分及纯洁度取决于熔炼技术。因此熔炼工艺是高温合金生产过程的关键环节。 高温合金由于合金化程度很高,含有大量的钨、钼、铌、铬等密度大的元素和易氧化元素铝、钛、硼等。这些特点 决定了高温合金对冶炼的工艺要求较严,一般采用真空冶炼。目前多数合金在真空感应炉或常压感应炉熔炼后,再经过 真空自耗炉电渣炉重熔,以改善纯洁度而获得良好的组织和性能。 国内外冶炼高温合金的设备有电弧炉、感应炉、真空感应炉、真空电弧炉和电渣炉,此外还有电子束炉和等离子炉 我国在多年的生产实践中,不断探索和发展,从最初的电弧炉熔炼到多种熔炼方式组合的熔炼工艺,具体见表8-
表8-6 典型高温合金成分 8.3.2高温合金熔炼工艺 为了使高温合金具有所需要的耐高温、抗腐蚀的性能，合金必须具有一定的化学成分、纯净度以及合适的组织结 构，而合金的成分及纯洁度取决于熔炼技术。因此熔炼工艺是高温合金生产过程的关键环节。 高温合金由于合金化程度很高，含有大量的钨、钼、铌、铬等密度大的元素和易氧化元素铝、钛、硼等。这些特点 决定了高温合金对冶炼的工艺要求较严，一般采用真空冶炼。目前多数合金在真空感应炉或常压感应炉熔炼后，再经过 真空自耗炉电渣炉重熔，以改善纯洁度而获得良好的组织和性能。 国内外冶炼高温合金的设备有电弧炉、感应炉、真空感应炉、真空电弧炉和电渣炉，此外还有电子束炉和等离子炉 等。 我国在多年的生产实践中，不断探索和发展，从最初的电弧炉熔炼到多种熔炼方式组合的熔炼工艺，具体见表8- 7
表8-7一些典型Ni基、Fe基高温合金熔炼的工艺路线 熔炼工艺路线 合金牌号 电弧炉熔炼 GH3030,GH1035,GH3039,GH1140 非真空感应炉熔炼 GH3030,GH3044 真空感应熔炼 K4169,GH3044 电弧炉熔炼+电渣重熔 GH3030,GH35A,GH1015,GH2035,GH3333 电弧炉熔炼+真空电弧重熔 GH3039,GH3044,GH4033,GH2132 GH4033,GH3128,GH4037,GH2135,GH1131, 非真空感应熔炼+电渣重熔 GH4043 真空感应炉+真空电弧重熔 GH4169GH403780AGH4118GH4141GH2901 真空感应炉+电渣重熔 GH31704049,GH4761GH4698H500GH4099 真空感应炉+电渣重熔+真空电弧重熔 HGH4169,GH4169,HGH4033,HGH4145, 或真空感应炉+真空电弧重熔+电渣重熔 HGH435 833治金工艺路线的选择 对特种熔炼,常见的可选工艺流程方案很多,可以选用单一冶炼方法直接熔炼,也可以采用双联工艺或者三联工 艺,根据冶炼的品种质量不同,选择适宜的工艺方案。对不同冶炼方法的优缺点,需要从能源消耗、设备投资、技术经 济指标以及冶炼质量等方面来综合考虑。 表8-8常见特种冶炼工艺流程 冶炼工艺流程 常处理的品种 AIM 膨胀合金、热双金属、特殊钢、高合金钢、耐蚀合金等 软磁合金、硬磁合金、弹性合金、膨胀合金、高温合金、超低碳特殊 钢、耐蚀合金等 PAM 特殊钢、合金钢、难熔金属、耐蚀合金等 AIM+ESR 电热合金、高温合金、耐热耐酸钢等 VIM+ESR 超低碳特殊钢、轴承钢、高温合金等 电阻合金、热电偶材料、软磁合金、钛及钛合金、高温合金、难熔金 VIM+VAR 属及其合金 VIM+EBR 难熔金属及其合金、钒合金、钛合金
8.3.3 冶金工艺路线的选择 对特种熔炼，常见的可选工艺流程方案很多，可以选用单一冶炼方法直接熔炼，也可以采用双联工艺或者三联工 艺，根据冶炼的品种质量不同，选择适宜的工艺方案。对不同冶炼方法的优缺点，需要从能源消耗、设备投资、技术经 济指标以及冶炼质量等方面来综合考虑。 表8-8 常见特种冶炼工艺流程 冶炼工艺流程 常处理的品种 AIM 膨胀合金、热双金属、特殊钢、高合金钢、耐蚀合金等 VIM 软磁合金、硬磁合金、弹性合金、膨胀合金、高温合金、超低碳特殊 钢、耐蚀合金等 PAM 特殊钢、合金钢、难熔金属、耐蚀合金等 AIM+ESR 电热合金、高温合金、耐热耐酸钢等 VIM+ESR 超低碳特殊钢、轴承钢、高温合金等 VIM+VAR 电阻合金、热电偶材料、软磁合金、钛及钛合金、高温合金、难熔金 属及其合金 VIM+EBR 难熔金属及其合金、钒合金、钛合金
AIM+VAR 变形合金、铸造合金等 VIM+EBR+VAR 优质高温合金 VIM +VAR+EBR 优质高温合金 AF+(AOD)+LF+ ESR 特殊钢 我国某特种冶炼厂工艺流程图如图8-3。 棒材、扁材 EAF/LF/VD4电ER4初轧热轧 饼材 热处理 模块 VIM 真空白 VAR 锻造 锻件 图8-3某特种冶炼厂工艺流程图
AIM+VAR 变形合金、铸造合金等 VIM+EBR+VAR 优质高温合金 VIM +VAR+EBR 优质高温合金 EAF+(AOD)+LF+ ESR 特殊钢 我国某特种冶炼厂工艺流程图如图8-3。 图8-3 某特种冶炼厂工艺流程图
