非真空感应熔炼Inconel600镍铬铁合金工艺探索

袁学敏，赵中雷

（1.甘肃省科学技术情报研究所，甘肃 兰州 730000；2.金川集团镍合金有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 概述

Inconel600合金是镍铬铁型镍基固溶强化合金，其具有强韧、耐蚀的综合性能，被广泛用于制造化工领域工业设备[1]，如应用于制造加热器、换热器、蒸发器、蒸馏釜、蒸馏塔、冷凝器等。Inconel600镍铬铁合金在高温下，还具有高强度、高抗氧化性，因此还应用于制造热处理工业用的各种结构件。该合金还具有耐高温高压水的腐蚀性能，因此还应用于核动力工业中。该合金导热性能优良，其导热系数是普通镍合金的11倍左右，还被应用于火花塞产品[2]。本文重点研究了非真空感应熔炼Inconel600镍铬铁合金的冶炼工艺，Inconel镍铬铁合金热加工工艺参数及拉丝工艺，并分析了Inconel600镍铬铁合金产品的化学成分、内部组织、力学性能机断口形貌。

2 Inconel600合金试制工艺

Inconel600合金的配入成分见表1。

表1 Inconel60镍铬铁合金配入成分（%）

2.1 工艺路线

Inconel600合金试制工艺路线：原材料→中频熔炼→浇成铸态棒→锻造→轧制→盘元热处理→拉拔

2.2 熔炼工艺

空中频感应炉容量为50Kg，频率为2500Hz，最大使用功率为75KW。主要炉料是电解镍、JCr98.5－A、JMn96、微碳铬铁、镍镁、硅钙块、海绵钛。造渣材料是萤石和生石灰。脱氧剂是铝石灰粉和硅钙块。

中频感应炉冶炼Inconel600合金时除遵守常规的高合金冶炼工艺外，特别强调的是精炼期的脱氧操作。精炼期脱氧剂分批加入，每批脱氧剂加入后，待渣与脱氧剂反应一定时间后再轻轻点渣，坚持少量、多批、轻点的原则。

由于非真空炉冶炼没有去气和去除有害杂质元素的能力，对非真空冶炼所需要的全部原材料都必须进行严格的处理和选择，并采用各类添加剂来消除有害杂质元素对合金性能的影响。

2.3 锻造工艺

锻造设备是0.5T压缩空气锤。预热阶段钢坯由室温加热到850℃，升温阶段由850℃加热到锻造温度，在锻造温度下进行保温，勤翻钢，使温度均匀。始锻温度＞1050℃，终锻温度＞870℃，空冷。

2.4 热轧工艺

轧机为十六道次变形过程机组，始轧温度＞1000℃，终轧温度＞870℃。 空冷。

2.5 拉丝工艺

拉丝机的型号为LC-ZL615，工作转速为75r／min。拉拔过程中各种规格的丝都要经过固溶处理、碱爆、酸洗、高压水清洗。固溶处理：加热温度为1095-1150℃，保温时间为 1.5-2.5h。 然后再进行 700-750℃，15h时效处理。

3 Inconel600合金试制结果

3.1 化学成分

采用车床车去铸锭表面氧化皮，然后进行车屑取样进行化学成分分析。用带锯床将铸锭切成片，用电火花线切割机将片切割成Φ4×10的标准试样，用氮氧监测仪来分析铸锭中的气体含量。

利用直读光谱仪和氮氧分析仪对Inconel600镍铬铁合金铸锭成分分析，结果见表2，化学成分符合成分要求。Inconel600气体含量分析结果如表3所示，S含量较低，脱氧良好，O含量在50ppm左右，但是氮含量略微偏高。

表2 Inconel600镍铬铁合金铸锭化学成分

表3 Inconel600镍铬铁合金气体含量

3.2 铸锭金相及夹杂物分析

对铸锭的横、纵截面利用全自动切样机取样，利用2G-200L金相显微镜和IXA-8800R电子探针对Inconel600镍铬铁合金铸锭金相组织、夹杂物分布及显微组织进行分析。Inconel600镍铬铁合金铸锭横、纵截面形貌如图 1（a）、（b）所示。 从图 1可以看出，试样截面有少量弥散分布的小尺寸点状夹杂物。

图1 铸锭试样横、纵截面腐蚀前形貌

铸锭试样腐蚀后横、纵截面显微组织如图2（a）、（b）所示，可以看出晶粒大小较为均匀，晶界过度圆滑，是明显的铸态组织。

图2 铸锭试样横、纵截面腐蚀后组织

图3 铸锭试样EPMA分析图谱

对Inconel600镍铬铁铸锭试样上的夹杂物进行能谱分析，由图3可知，夹杂物为尖晶石氧化物Mg0·Al2O3，棱状的TiN,和氧化物类型夹杂物CaO和MgO。夹杂物非常细小，均在2um左右。

3.3 成品丝材质量

图4 Inconel镍铬铁合金热轧盘元金相组织

热轧盘元表面光滑，质量优良，没有“耳子”、折叠、结疤、裂纹等缺陷，其尺寸偏差符合GB_T_15008-1994耐蚀合金棒标准规定。在Inconel600镍铬铁合金盘元上取样，进行微观组织分析。从图4可以看出，Inconel600镍铬铁合金热轧盘元表面较干净，晶粒大小分布均匀。

3.4 产品拉伸性能

在丝材成品头、中、尾三部分各取三根试样，用电子万能材料试验机对其进行力学性能检测。力学性能参数见表4。随着应变增加，应力值不断增大，Inconel600镍铬铁合金在塑性变形的程中不断发生加工硬化，因此必须依靠外加应力不断提高，才能使塑性变形继续。当应变达到某一值时，应力不再增加，合金继续硬化，应变在增大，应力增加平缓，进入了稳定应变阶段，直至断裂。说明此次试验生产的Inconel600镍铬铁合金成品具有良好的塑性和强度，且抗拉强度符合国家标准。

表4 Inconel600镍铬铁合金成品室温力学性能参数

用扫描电镜对试样拉伸断口形貌进行扫描分析。图5给出了断口扫描图谱。从图可以看出，断裂为韧性断裂。在合金的基体上分布着断裂时的金属小颗粒。韧性断裂的断口一般能寻见纤维区和剪唇区，断口尺度较大时还出现放射形及人字形山脊状花纹，纤维区一般是断裂源区，剪切唇总是在断口的边缘，并与构件的表面约成45°夹角，是在平面应力受力条件下发生剪切撕裂而形成的断口，剪切唇表面较光滑。由于微区的选择原因，韧性断裂的三个区不是很明显。

图5 成品丝材断口扫描图谱

4 结论

采用非真空中频熔炼Inconel600镍铬铁合金的试验方案可行。此次实验，通过添加质量分数为0.1%的金属钛，并严格按照既定方案进行冶炼，按照锻造、轧制工艺进行后序热加工，成功试制了Inconel600镍铬铁合金产品。Inconel600镍铬铁合金产品化学成分合格，热加工参数合理，拉丝工序获得的成品表面质量良好。强度、塑性指标符合国家标准要求，金相组织均匀，致密，无气孔疏松。