高强度、高韧性稀土镍铜合金的制造方法

摘要

本发明公开了一种高强度、高韧性稀土镍铜合金的制造方法，包括对合金原料进行净化、熔炼获得电渣锭，对所述电渣锭进行强压快锻获得锻件，对所述锻件进行热处理，其中，选用合金元素Ni、Cu以及原生态废钢作为所述合金原料，进行EF熔炼、VIM精炼、ESR电渣重熔并加入混合稀土元素La、Ce，冶炼得镍铜合金，所述镍铜合金的组分为：C≤0.15%、Mn≤1.20%、Si≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.010%、28.00%≤Cu≤33.00%、0.35%≤Ti≤0.85%、2.40%≤Al≤3.15%、Fe≤2.0%、N≤0.01%、0.15%≤La和Ce≤0.25%，其余为Ni。本发明的优点是：通过在合金原料内加入稀土元素La、Ce，从而获得高强度、高韧性的稀土镍铜合金。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金的技术领域，尤其是一种高强度、高韧性稀土镍铜合金的制造方法。

背景技术

MonelK500（蒙乃尔）镍铜合金是国外牌号，是一种用途广泛和用量较大的镍基耐蚀合金。主要用于解决还原性腐蚀介质引起腐蚀的设备和部件。尤其适用于含氟化物的还原性腐蚀环境中。它成功用于化学和石油化工和海洋开发中，用于制造各种换热设备、锅炉给水加热器、石油和化工等化学加工中的管线、容器、塔、槽、反应釜、泵、阀、轴、紧固件以及弹性部件和固定装置等，但其强度不高，韧性不足。其中，MonelK500抗拉强度700-900Mpa，不考核冲击韧性。现用户要求抗拉强度＞950Mpa,冲击韧性≥40J。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种高强度、高韧性稀土镍铜合金的制造方法，通过在合金原料内加入稀土元素La、Ce，从而获得高强度、高韧性的稀土镍铜合金。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种高强度、高韧性稀土镍铜合金的制造方法，所述制造方法包括对合金原料进行净化、熔炼获得电渣锭，对所述电渣锭进行强压快锻获得锻件，对所述锻件进行热处理，其特征在于：选用合金元素Ni、Cu以及原生态废钢作为所述合金原料，进行EF 熔炼、VIM精炼、ESR电渣重熔并加入稀土元素La、Ce，冶炼得镍铜合金，所述镍铜合金的组分为：C≤0.15%、Mn≤1.20%、Si≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.010%、28.00%≤Cu≤33.00%、0.35%≤Ti≤0.85%、2.40%≤Al≤3.15%、Fe≤2.0%、N≤0.01%、0.15%≤La和Ce≤0.25%，其余为Ni。

在所述EF熔炼过程中加入复合脱氧剂，所述复合脱氧剂的组分为：8%≤Si≤9%、16%≤Mn≤18%、4.5%≤Al≤5%、3.5%≤Ca≤4.5%，其余为Fe。

所述VIM精炼过程中进行脱气处理，减少气体中非金属元素H、O、N的含量，使H≤1.6ppm、O≤20ppm、N≤60ppm。

在所述合金原料出钢时预先在钢包中加入所述稀土元素La、Ce，并使所述稀土元素La、Ce与所述合金原料均匀混合，浇注得到所述电渣锭。

在获得所述电渣锭并对其进行整修后，对所述电渣锭进行加热，所述电渣锭采用台阶式加热法，所述电渣锭的第一阶段加热从20℃加热至560℃，加热速率为80℃±10℃/h；第二阶段加热从560℃加热至850℃，加热速率为100℃±10℃/h；第三阶段加热从850℃加热至1150℃，加热速率为120℃±10℃。

所述强压快锻采用FM法，其始锻温度为1150℃，终锻温度≥900℃，锻造比≥3。

所述热处理采用固溶处理和时效处理的方式，所述固溶处理温度为950℃±10℃，所述时效处理为595℃±10℃。

本发明的优点是：通过在合金原料内加入稀土元素La、Ce，从而获得高强度、高韧性的稀土镍铜合金。

附图说明

图1为本发明的MonelK500镍铜合金与稀土镍铜合金的力学性能表。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：本实施例中的稀土镍铜合金的制造方法步骤具体如下：

1、选用高纯洁净的合金原料，其中包括：1＃镍板、电解铜、原生态废钢（无铁锈、无泥砂、无油腻、无杂质、无污染块料），并对上述合金原料进行净化处理，烘干进炉子；

2、对炉膛和钢包进行净化处理，除去炉膛和钢包壁上的残余元素；

3、进行EF熔炼，在EF熔炼过程中加入复合脱氧剂（复合脱氧剂的组分为：8%≤Si≤9%、16%≤Mn≤18%、4.5%≤Al≤5%、3.5%≤Ca≤4.5%，其余为Fe），使复合脱氧剂与钢水中氧化物、硫化物经化合反应形成钢渣，浮在钢水上面，经过氧化期、还原期、出钢前三次扒渣，净化钢水，减少非金属夹杂物，提高钢水纯净度，进一步提高钢的强韧度，提高强度和韧性；

4、出钢温度为1533℃，出钢时，钢水倒入事先准备钢包，钢包中底部预先加入有均匀混合的稀土（包括元素La、Ce），并且钢包底用氩气（1.5-2大气压）冲入钢包，使镍铜更好融合；具体地，本实施例中，该稀土采用国家标准GB/T4153-2008、产品牌号为194020C的混合稀土，其组分为：La≥30%，Ce≥60%,Pr为4-8%，Sn＜0.1%，其余为杂质；

5、再将混合有稀土元素La、Ce的钢水倒入VIM真空感应炉中，进行VIM真空感应炉精炼，同时进行真空脱气处理，减少气体中非金属元素H、O、N的含量，使﹝H﹞≤1.6ppm、﹝O﹞≤20ppm、﹝N﹞≤60ppm；

6、由于铜镍熔点差距较大，需多次冲倒使镍铜均匀化，还要经ESR电渣重熔进一步均质，使镍铜合金一体化，镍铜合金熔点1350℃；

7、电渣锭经整修后进炉加热，加热方式采用台阶式加热法，第一阶段加热从20℃加热至560℃，加热速率为80℃±10℃/h；第二阶段加热从560℃加热至850℃，加热速率为100℃±10℃/h；第三阶段加热从850℃加热至1150℃，加热速率为120℃±10℃；具体地，台阶式加热法可以使电渣锭内部与外表面温度保持一致，相比于直线快速加温，不容易使电渣锭产生裂纹；

8、 采用FM法对电渣锭进行强压快锻，其始锻温度为1150℃，终锻温度≥900℃，电渣锭锻透，其锻造比≥3，最后获得锻件；

9、对锻件进行热处理，热处理采用固溶处理和时效处理的方式，固溶处理温度为950℃±10℃，时效处理为595℃±10℃；

10、对本实施例的稀土镍铜合金进行性能检测。

本实施例的稀土镍铜合金的组分为：C≤0.15%、Mn≤1.20%、Si≤0.50%、P≤0.015%、S≤0.010%、28.00%≤Cu≤33.00%、0.35%≤Ti≤0.85%、2.40%≤Al≤3.15%、Fe≤2.0%、N≤0.01%、0.15%≤La和Ce≤0.25%，其余为Ni。而MonelK500镍铜合金的组分为：C为0.13%、Mn为0.8%、Cu为30.0%、Al为2.8%、Ti为0.6%、Fe 为1.0%、Ni为64%。本实施例通过在合金原料中加入稀土元素La、Ce，可有效地加强稀土镍铜合金的强度和韧性。

本实施例的稀土镍铜合金主要是为了提升其强度和韧性。如图1所示，通过测试，对MonelK500镍铜合金和稀土镍铜合金的力学性能进行对比，其中，MonelK500镍铜合金的抗拉强度为700-900 Mpa、屈服强度为482-621Mpa，延伸率、断面收缩率以及冲击功不考核，固未注明。而本实施例稀土镍铜合金的抗拉强度＞950Mpa、屈服强度≥570Mpa、延伸率≥18%、断面收缩率≥30%、冲击功≥40J，实测中，本实施例的稀土镍铜合金的抗拉强度可达995Mpa，屈服强度可达672Mpa，延伸率为20%-22.5%，断面收缩率≥40%-42%，冲击功可达70J。由此可见，本实施例的稀土镍铜合金的抗拉强度和屈服强度均大于MonelK500镍铜合金，即稀土镍铜合金的强度和韧性要大于MonelK500镍铜合金。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。