[发明专利]一种利用ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金返回料熔炼铸造不锈钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及不锈钢领域，特别涉及一种利用ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金返回料熔炼铸造不锈钢的方法。

背景技术

ZG0Cr17Ni4Cu3Nb是一种沉淀硬化铸造不锈钢，它具有强度高、塑性好、铸造性能优良，具有良好的抗腐蚀性能，广泛用于制造在320℃以下要求耐腐蚀、耐磨的燃气轮机结构件。一般生产ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金锭的方法是用新料或返回料采用电弧炉装入法熔炼或中频炉熔炼后浇注合金锭，用这种方法在非真空下生产的合金锭气体含量接近甚至超出技术要求上限，杂质含量易超标，难以满足燃气轮机零件的使用要求。采用真空感应炉熔炼ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金锭，可显著降低合金中的气体及杂质含量，化学成分稳定，机械性能超出规定指标的15％，足以保证零件的使用要求。

由于ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金在燃气轮机精铸件的生产过程中用量较大，生产中产生了大量的浇道、冒口及废铸件。在铸件的生产中，合金的利用率约为35％。目前产生的大量浇道、冒口及废铸件等返回料还没有得到有效的回收利用，造成了金属材料的浪费，破坏生态环境。

发明内容

针对上述问题，本发明一种利用ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金返回料熔炼铸造不锈钢的方法，通过用100％的ZG0Cr17Ni4Cu3Nb返回料利用方案，用真空感应炉采用高真空高温精炼+硅钡钙合金脱氧+真空下除渣+惰性气体保护合金化工艺技术生产出满足产品使用要求的合金锭，提高了材料利用率，减少资源浪费。合金中的Cr、Ni、Nb都属于贵重金属元素，在保证合金使用安全的前提下对返回料合理利用，可显著降低生产成本。用于制造燃气轮机的铸件质量要求高且不允许铸件存在任何缺陷，因此对合金的冶金质量要求高、对成分及杂质含量控制严格。

本发明一种利用ZG0Cr17Ni4Cu3Nb合金返回料熔炼铸造不锈钢的方法，按照以下步骤进行：

(1)返回料的净化处理

对铸造生产过程中产生的浇道、冒口及废铸件等返回料滚磨(5～6)小时，再对返回料表面进行吹砂，除掉表面的锈蚀、模壳、夹杂、夹砂等，用压缩空气将返回料表面逐块吹净，清除表面粘附的杂物；

(2)熔化返回料

采用500kg半连续真空感应熔炼炉进行熔炼，将返回料分2～3批装入到坩埚中，在真空下进行熔炼，送电真空度不大于0.67Pa；

(3)加入脱氧剂、高真空高温精炼、真空下除渣

合金的精炼温度控制在(1600～1620)℃；精炼时间控制在(25～35)min，精炼期真空度不大于1.33Pa，合金精炼前加入占合金质量百分含量0.1％的硅钙钡复合脱氧剂，完成合金精炼后，在真空下对合金熔体表面进行除渣操作；

(4)充氩补加元素并浇注成品合金锭

在高真空条件下冷冻时间大于30min，排除合金中的杂质；冷冻结束后充入氩气至熔炼室真空表压力值为0.075MPa～0.06MPa，再送电冲膜；补充加入0.3％的Mn和0.15～0.2％的Cu；熔化后在(1530～1550)℃、送电功率(140～150)kW的条件下，精炼(5～8)min，然后进行浇注，成为成品合金锭。

所述硅钙钡复合脱氧剂为：硅钙钡合金，其中按质量百分比计含Si：55％～60％、Ca：15％～20％、Ba：14％～18％。

所述返回料是指浇道、冒口及废铸件。

所述ZG0Cr17Ni4Cu3Nb的化学成分为按质量百分比计：C≤0.06、Cr(15.50-16.70)、Si(0.50-1.00)、Ni(3.80-4.60)、Cu(2.90-3.50)、Nb(0.20-0.40)、Al≤0.050、Ta≤0.050、Sn≤0.020、N≤0.050、Mn≤0.70、S≤0.030、P≤0.040、为余量Fe

所述步骤(2)熔化返回料具体为：采用500kg半连续真空感应熔炼炉进行熔炼；将第一批返回料装到坩埚中，当真空度达到不大于0.67Pa时，开始送电熔化，先用(120～140)kW功率对返回料加热(20～30)min，再用200kW功率对返回料加热(30～45)min，待料表面变成暗红色后，以240～300kW功率送电，直到料全熔；在真空下将第二批返回料从加料室加入坩埚中，然后用240～300kW功率送电，直到料全熔；将第三批返回料从加料室加入坩埚中，然后用240～300kW功率送电，直到料全熔；每炉钢水量480～500kg。