冶煉工藝對鋼材質(zhì)量的影響
電渣重熔所用的自耗電極一般為電弧爐或感應(yīng)爐(也用平爐或轉(zhuǎn)爐)冶煉的金屬錠經(jīng)軋制或鍛造后制成的金屬棒。電渣重熔是利用電流通過電渣層時(shí)熔煉所產(chǎn)生的電阻熱來逐步熔化自耗電極,液體金屬以熔滴形式經(jīng)渣層下落至水冷結(jié)晶器中的金屬熔池內(nèi),鋼錠自下而上逐步結(jié)晶。電渣重熔一般是在大氣中進(jìn)行,也可用氬氣保護(hù)。重熔時(shí)由于熔渣強(qiáng)烈的渣洗作用(如脫硫、除夾雜等),使合金得到進(jìn)一步精煉,夾雜物在熔池中上浮。同事由于熔渣的覆蓋作用,減少了大氣對熔池中液體金屬的氧化,避免氣體含量的增加。另外,由于自下而上逐步結(jié)晶,結(jié)晶速度又快,液體金屬補(bǔ)縮條件好,所得金屬錠的縮孔、疏松少,偏析減輕,金屬組織和化學(xué)成分均勻。由于電渣重熔可降低氣體和夾雜物的含量,并使得鋼錠成分均勻、組織致密,消除或減輕餓各種宏觀和顯微缺陷,從而使鋼材的持久性能和塑性都得到提高。電渣重熔法是生產(chǎn)高質(zhì)量的鋼和合金的一種方法,是當(dāng)前國內(nèi)外采用最廣泛的二次精煉法。
真空感應(yīng)熔煉是真空下通過感應(yīng)加熱使合金熔化而成鋼錠。真空冶煉能嚴(yán)格控制合金中活潑元素(如Al、Ti等)的含量,從而保證合金的性能、質(zhì)量穩(wěn)定性。有利于去除氣體和夾雜物,合金中H、O、N和夾雜物含量都低。有害雜質(zhì)Pb,Bi,Te,Cd,Cu等在真空中可通過揮發(fā)除去。經(jīng)過真空熔煉的耐熱鋼和高溫合金,其純潔度大大提高,因而塑性顯著增加,能很好地鍛壓加工。同時(shí)高溫下的疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和塑性也顯著提高。
真空自耗重熔原理,將被熔煉金屬做成自耗電極,自耗電極在大電流的電弧作用下熔化,熔煉金屬以熔滴形式進(jìn)入水冷結(jié)晶器中。在熔滴形成、下落過程中,在熔池內(nèi)發(fā)生一定的冶金反應(yīng),不穩(wěn)定氧化物和氨化物在真空下離解或被碳還原;穩(wěn)定氧化物和氨化物主要通過在熔池中上浮去除。經(jīng)過重熔后獲得均勻的、高質(zhì)量的鑄錠。合金的持久強(qiáng)度和塑性都有很大提高。
電渣重熔與真空自耗重熔相比,具有可鍛性和塑性得到大幅度提高的有點(diǎn)。除硫效果比真空自耗好,鑄錠表面光滑,不用剝皮,錠頭部位補(bǔ)縮良好,能生產(chǎn)不同斷面形狀的鑄錠。而真空自耗重熔不易燒損合金元素,并且除氣效果比電渣重熔好。
我國航空工業(yè)用鋼和合金最初的冶煉方法是電弧爐冶煉,后來發(fā)展為電弧爐冶煉+電渣重熔或者真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔,現(xiàn)在真空感應(yīng)+真空自耗重熔雙聯(lián)工藝,甚至真空感應(yīng)+電渣重熔+真空自耗重熔的三聯(lián)工藝也得到采用。航空用高級優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、滾珠軸承鋼、高速工具鋼等,需要指出的是,齊魯特鋼所生產(chǎn)的40CrNiMoA、40CrNi2MoA等優(yōu)質(zhì)鋼已經(jīng)成熟應(yīng)用于美國某廠航空配件。目前一般采用電弧爐熔煉+電渣重熔工藝生產(chǎn)。真空熔煉工藝普遍應(yīng)用在高溫合金生產(chǎn)上。