专利名称：一种镍镁合金及其冶炼方法
技术领域：
本发明涉及一种镍基合金及其冶炼方法，特别涉及一种镍镁合金及其 冶炼方法。
背景技术：
一些高等级钢材及磁性材料的生产中需要用到镁脱氧，由于金属镁的 熔点低且容易蒸发，直接向钢水中加入金属镁容易产生火花、烟雾甚至爆炸，镁 的收得率不稳定且严重影响冶炼生产安全，故一般将镁和较高熔点的金属熔炼成 合金后再使用。其中最为常见的合金形式为镍镁合金或者镍镁铁合金，合金中镁
的含量为3 — 50% (重量百分比)。但对于镍镁合金，由于镍的熔点达1452°C， 镁的熔点只有65CTC,且金属镁还具有蒸汽压高，不导磁(不感应)等特点，实 际生产难度很大，冶炼时容易引发火灾、烟雾甚至爆炸，镁收得率极低(一般 60%以下)以及合金成分不容易达到等缺点。此前所使用到的镍镁合金一般也如 采用真空感应炉熔炼，但存在以下问题镁的收得率低且不稳定，致镍镁合金的 成分稳定性差，且不能生产镁含量大于32%的合金。冶炼的时间过长。这主要 是因为镁为非铁磁性金属，在普通感应炉内不感应，需要采用石墨坩埚，或者有 芯感应炉，这为实际的批量生产带来很大不便，也直接导致前面所述的镁收得率 低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍镁合金及其冶炼方法，主要解决现有镍镁 合金的成分稳定性差，且不能生产镁含量大于32 wt^的合金以及冶炼时间过长
的技术问题。本发明的技术方案为 一种镍镁合金，其组成成分的重量百分配比
为镁8—49%, Ni: 49—91%， Fe: 0—18%,杂质元素A1、 C、 Si和Mn的 含量均小于1.0%。 (Al%+C%+Si%+Mn%) <2. 5%。
镍镁合金的冶炼方法，依次包括以下步骤备料、装料、送电、熔化、摇炉、 合金化及浇注工序，装料时，镍全部装入炉内，镁块初次装入全量的50—90%， 镁、镍(和铁)可以选择以下四种方式中的一种进行装填镁、镍块相间分3 — 6层装炉，最下层为镁；镁、镍块相间分3 — 6层装炉，最下层为镍；镁镍块混 合(不分层)装炉；镁镍块分两层装炉，上为镁块；铁和镍或镁放在一起。在冶
炼熔化工序，控制炉内温度高于151(TC，冶炼当中向炉内补加镁，在金属料未
完全熔化以前，感应炉功率保持2. 3-3. 1Kw/Kg金属料,熔清后，感应炉功率应保 持l.O-2.2Kw/Kg水平，在浇注前6—IO分钟内，功率水平应低于1.6Kw/Kg，在 炉料熔清前或熔清后的两个阶段至少有一个阶段控制炉内真空度为34000Pa— 51000Pa，并同时通氩气保护。铸锭的浇注采用耐材铸模，浇注中控制真空度为 75000—100000Pa，浇注温度为720—118(TC。
炉型及锭模的选用采用真空无芯感应炉进行熔炼，炉衬采用镁砂，水玻璃 粘结，采用耐材锭模。
配料按照成品合金中镁含量配料，其中镍的收得率按100%配，镁按下面 的收得率配合金镁含量在8-17%时，镁收得率89—91%;镁含量为17 — 36% 时镁收得率90—93%;镁含量36%以上按93%收得率配料。
要求金属镍锭加工成单重不超过50克的块状料，镁锭加工成单重不超过120 克的块状料；炉内加入主要含KCl和NaCl成分的预熔渣。
冶炼当中进行至少2次手工摇炉以加强搅拌及保证铸锭成分的均匀性。 本发明的有益效果是1、大幅度提高了镁的收得率。熔炼NiMg合金中的主 要问题是镁的烧损和升华。烧损的原因是镁的高活性和高温，故必须采用真空炉 熔炼；升华是因为镁的蒸汽压比较高，而釆用真空炉熔炼又将加剧升华。本发明 合理调整冶炼全过程的真空度和温度，将镁的损失降到最低，能生产出镁含量大 于32 wtX的镍镁合金。2、加快熔炼速度，降低冶炼成本。由于金属镁为非铁 磁性金属，在感应炉内不感应生热，虽然，尽管镍是铁磁性金属，在釆用无芯感 应炉且不加石墨坩埚的情况下，炉内的升温速度是非常慢的，采用本发明所要求 的方法可以较其它的方式显著加快熔化。3、铸锭金属成分均匀、偏析少，且成 分精度高。由于镁的收得率高、感应炉升温速度快，采用合理的控温、摇炉及浇 注方式，使得成分的控制精度提高。4、对冶炼设备的影响较小。金属镁的烧损 和升华对设备有一定的影响，对后续的冶炼操作带来不便，常见问题如烟雾使感 应炉窥视镜表面严重积尘，镁蒸汽积聚真空管道内壁在破真空时容易引发明火 等，为生产安全及设备状况的稳定带来隐患。本发明由于对镁的烧损进行较好的 控制，大大减少了烟雾的产生。综上所述，本发明所提出的方法为工业化生产镍 镁合金提供了一种保障安全、质量稳定和成本易控的方法。
具体实施例方式
实施例l:使用镁砂炉衬的真空感应炉，容量为50公斤，功率为100kW,
冶炼Ni-35。/。Mg合金。
炉料使用金属镁锭和镍板，纯度均为99%以上。实际装入量为32kg，按镁 收得率按90%计算，因此实际配料为镍20.8公斤和镁12.4公斤。将镍板切割成 25X10X5mm (镍板厚度)小片材，镁锭切割成单重介于70—110克方块料。
装料时，镍片一次全部装入，镁块装入9.7公斤，另外2.7公斤装入炉内合 金料斗备用。镁、镍分层装入，最下面一层为镁块，上面铺一层镍片，镁块间缝 隙亦塞入镍片，炉内最上面一层为镍片。金属料装入后，再在炉内加入200克以 KC1和NaCl为主要成分的预熔渣覆盖。
装料完毕后合上炉盖升温。前面17分钟设定感应炉电流530A、电压160V、 真空度3Pa。在通电13分钟后炉内可观察到液态金属，即金属已经部分熔化。 第18分钟后调整供电和真空度，调整后的电流为500A，电压为140V，真空度 43000Pa，同时打开氩气阀门，对炉内通氩气保护。第23分钟进行第一次摇炉， 时间为1分钟。第28分钟炉内金属全部熔化，此时开启真空炉料斗阀门向炉内 补加镁块。开启阀门前调整炉电流至300A，电压150V和真空度46000Pa，维持 5分钟，期间进行第二次摇炉。第38分钟取样后，其后关闭感应线圈电源，调 整真空度至93000Pa，倾斜炉体进行浇注，浇注结束10分钟后打开炉盖。事后 对所取试样进行成分分析为含镍64.1%, Mg35.5%，与预定成分非常接近，理论 计算镁收得率91.6%，铸锭外观无明显缺陷，对各个部位取样作成分分析后表明 铸锭内部偏析非常轻微。
实施例2:使用同一真空感应炉冶炼Ni-12MMg合金。
实际装入量为35kg，按镁收得率按90%计算，因此实际配料为镍30.8公斤 和镁4.7公斤。将镍板切割成25X10X5 (镍板厚度)小片材，镁锭切割成单重 介于30—70克方块料。
装料时，镍片一次全部装入，镁块装入3.7公斤，另外l公斤装入炉内合金 料斗备用。镁、镍交替分层装入，共装入6层，最下面一层为镁块，炉内最上面
一层为镍片。
装料完毕后合上炉盖升温。前面14分钟设定感应炉电流550A、电压150V、真 空度3Pa。在通电12分钟后炉内金属部分熔化。第16分钟后调整供电和真空度 并通氩气保护，调整后的电流为500A，电压为130V，真空度46000Pa。第19 分钟进行第一次摇炉，时间为1.5分钟。第25分钟炉内金属全部熔化后开启真 空炉料斗阀门向炉内补加镁块。开启阀门前调整炉电流至330A，电压120V和 真空度50000Pa，维持3分钟，待镁块完全熔化后进行第二次摇炉，时间为l分 钟。第30分钟进行取样，其后再次摇炉1.5分钟。最后关闭感应线圈电源，调 整真空度到98000Pa，倾斜炉体进行浇注，浇注结束10分钟后打开炉盖。事后 对所取试样进行成分分析为含镍88%， Mgll.8%。理论计算镁收得率88%，与 预定收得率比较接近。铸锭质量合格。
实施例3，冶炼Ni—38n/。Mg—10XFe合金。按技术方案所述方法备料，镁、 镍交替分层装入，共装入4层，最下面一层为镍片，炉内最上面一层为镁块，铁 和镍放在一层。其余步骤参照实施例1。事后对所取试样进行成分分析为含镍 52.0%， Mg37.2%,Fe 10.5。理论计算镁收得率89%，与预定收得率比较接近。 铸锭质量合格。
实施例4，冶炼Ni—20n/。Mg—15XFe合金。按技术方案所述方法备料，镁、 镍和铁混合不分层堆放，其余步骤参照实施例l。事后对所取试样进行成分分析 为含镍64丄0%， Mg 19.7%,Fe 15.4。理论计算镁收得率卯.5%，与预定收得率比 较接近。铸锭质量合格。
本发明所涉及的方法也适用于其它同时含有高活性、高蒸汽压金属元素(如 稀土、钙等)与较高熔点金属元素的合金熔炼。例如Ni-Ca合金，Si-Ca合金的 冶炼。
权利要求
1、一种镍镁合金，其组成成分的重量百分配比为镁8-49％，Ni49-91％，Fe0-18％，杂质元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。
全文摘要
本发明涉及一种镍基合金及其冶炼方法，特别涉及一种镍镁合金及其冶炼方法。主要解决现有镍镁合金的成分稳定性差，且不能生产镁含量大于32wt％的合金以及冶炼时间过长的技术问题。本发明的技术方案为一种镍镁合金，其组成成分的重量百分配比为镁8-49％，Ni49-91％，Fe0-18％，杂质元素Al、C、Si和Mn的含量均小于1.0％。(Al％+C％+Si％+Mn％)＜2.5％。镍镁合金的冶炼方法，依次包括以下步骤备料、装料、送电、熔化、摇炉、合金化及浇注工序。本发明可以适用于冶炼镁含量在8-49wt％范围的镍镁合金。
文档编号C22C1/02GK101096731SQ200610028248
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月28日 优先权日2006年6月28日
发明者庆 郑, 陈兆平 申请人:宝山钢铁股份有限公司