一种低偏析组织的B3合金及其制备方法技术

技术编号：44856410 阅读：9 留言：0更新日期：2025-04-01 19:48

本发明专利技术提供了一种低偏析组织的B3合金及其制备方法，所述B3合金的化学成分按质量百分比包括：Cr：1.3～1.7％，Mo：27.5～28.5％，Al：0.1～0.2％，Fe：1.5～2.0％，C：0.005～0.01％，Mn：0.3～0.5％，Si：≤0.1％，P：≤0.01％，S：≤0.002％，Ti：≤0.1％，Co：≤0.1％，W：≤0.1％，Cu：≤0.1％，Pb：≤0.1％，余量为Ni及不可避免的杂质。制备方法包括：配料并按序加入真空感应炉；控制熔炼真空度≤30Pa；精炼温度1520±10℃，真空度≤5Pa，时间≥40min；浇注温度1460±10℃，电极经800℃以上预热；电极在1150～1200℃下均匀化48小时后空冷；采用低熔速4～4.5kg/min、氩气保护和D65F渣系电渣重熔。通过优化成分设计、浇注温度、均匀化热处理及低熔速工艺，有效降低偏析和析出相，提高合金纯净度、均匀性和耐腐蚀性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金制备，具体而言，涉及一种低偏析组织的b3合金及其制备方法。

技术介绍

1、随着工业的不断发展，耐蚀合金材料在化工、能源等领域的应用日益广泛，尤其在强酸性腐蚀环境下工作的设备中，对材料的耐腐蚀性能提出了更高的要求。b3合金作为一种典型的耐蚀合金，其主要成分包括高含量的mo(钼)和适量的cr(铬)，具有优异的耐还原性酸腐蚀性能。然而，现有技术在b3合金的冶炼工艺中仍存在诸多缺陷，直接影响了材料的综合性能及应用效果。

2、在传统冶炼工艺中，mo元素作为一种强烈的正偏析元素，极易在合金的凝固过程中发生偏析，导致nimo金属间化合物(如β相，ni4mo)的大量析出。这些析出相分布于晶界或晶内，破坏了合金的组织均匀性，严重降低了材料的力学性能和耐腐蚀性能。此外，mo含量的过高和偏析还会促进碳化物(如mo6c)的形成，进一步影响合金的质量。

3、同时，由于b3合金中cr含量较低，碳含量稍高时，极易形成cr3c6等有害碳化物，这些碳化物沿晶界析出，增加了晶间腐蚀的风险。此外，si元素的存在会促进σ相等有害相的形成，影响合金的耐蚀性能和加工性能。因此，如何通过优化成分设计，控制碳、硅等元素的含量，防止有害相的析出，是b3合金冶炼过程中亟需解决的问题。

4、在实际生产中，传统的浇注工艺由于温度控制不精准，固液两相区的扩大导致偏析严重，进一步加剧了nimo相及碳化物的析出。而电渣重熔工艺虽然可以改善合金的纯净度，但传统的高熔速操作容易引发枝晶偏析，降低合金的结晶质量，影响最终的组织性能。

<p>5、综上所述，现有b3合金(哈氏合金b3)冶炼技术主要存在以下问题：

6、mo元素在凝固过程中易发生偏析，导致nimo金属间化合物析出，影响耐腐蚀性和力学性能；成分控制不精确，碳、硅含量稍高时易形成cr3c6和σ相等有害相；传统浇注和电渣重熔工艺无法有效改善合金的组织均匀性，晶界偏析严重。

7、因此，开发一种低偏析的b3合金冶炼工艺，通过成分优化、真空冶炼、均匀化热处理及低熔速电渣重熔等手段，有效降低合金的偏析程度，抑制有害相的析出，提高材料的耐腐蚀性和综合力学性能，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种低偏析组织的b3合金，以解决现有技术中常规b3合金存在的mo元素偏析、析出物形成以及组织不均匀从而导致其在在高温环境下的稳定性能、耐腐蚀性和的力学性能较差的问题。

2、为克服以上现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种低偏析组织的b3合金，所述b3合金的化学成分按质量百分比包括：cr：1.3～1.7％，mo：27.5～28.5％，al：0.1～0.2％，fe：1.5～2.0％，c：0.005～0.01％，mn：0.3～0.5％，si：≤0.1％，p：≤0.01％，s：≤0.002％，ti：≤0.1％，co：≤0.1％，w：≤0.1％，cu：≤0.1％，pb：≤0.1％，余量为ni以及其他不可避免的杂质。

3、本申请中的一种低偏析组织的b3合金与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术中的b3合金将现有技术中的高mo元素偏析及析出问题改为通过优化合金成分设计与严格控制c、s、p等杂质元素含量，结合cr、mo等关键元素的合理配比，进一步减少mo偏析的倾向，抑制晶界及晶内析出相(如nimo金属间化合物与mo6c碳化物)的形成，从而实现合金组织的均匀性和稳定性；通过将mo元素的含量精确控制在27.5～28.5％之间，既保持了b3合金优异的耐腐蚀性，同时避免mo含量过高引起的β相(ni4mo)析出问题。此外，cr元素含量的控制在1.3～1.7％范围内，强化合金的耐腐蚀能力并与mo协同作用，同时不引发晶界偏析现象，并且在合金的化学成分中，严格控制c、s、p等杂质元素含量，特别是将c含量控制在0.005～0.01％，s含量控制在≤0.002％，p含量控制在≤0.01％，有效减少碳化物及夹杂物的析出，从而显著改善合金的组织均匀性和力学性能，其他元素如al(0.1～0.2％)、fe(1.5～2.0％)的适量引入，能够进一步细化晶粒，提高合金的综合性能；通过上述化学成分的精确控制和优化，成功解决了现有技术中b3合金存在的mo元素偏析、析出物形成以及组织不均匀等问题，从而实现了b3合金在高温环境下的稳定性能、耐腐蚀性和优异的力学性能，满足了对材料在苛刻腐蚀环境中的实际应用需求

4、在一种可能的实施方式中，所述b3合金的化学成分按质量百分比包括：cr：1.5％，mo：28.0％，al：0.15％，fe：1.5％，c：0.005％，mn：0.30％，p：0.0010％，s：0.002％，余量为ni以及其他不可避免的杂质。

5、与现有技术相比，采用上述技术方案，通过上述成分的精准配比，b3合金的mo和cr含量得到了优化，实现了高耐腐蚀性能与组织均匀性的平衡；c含量的极低控制有效抑制了析出物的形成，提高了合金的组织稳定性和力学性能；微量al和适量fe的引入，进一步提升了合金的综合性能。此外，该成分设计解决了现有b3合金中存在的偏析严重、析出物过多等问题，从而确保合金在高温浓腐蚀环境下具有更优异的表现，通过进一步优化b3合金的成分设计，实现了成分精准控制与性能稳定性的双重提升，满足了苛刻工况条件下对b3合金材料的高性能要求。

6、本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种低偏析组织的b3合金，以解决现有技术中常规b3合金的制备方法存在的偏析严重、析出物不均匀的问题。

7、为克服以上现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种所述低偏析组织的b3合金的制备方法，包括以下步骤：

8、s1：配料：按照低偏析组织的b3合金的成分进行配料，并将配料后的原料按序加入真空感应炉；

9、s2：熔炼：控制真空感应炉内真空度的前提下对所述真空感应炉送电，熔化所述步骤s1加入的原料，在熔化中后期进一步提高炉内真空度；

10、s3：精炼：控制炉内的温度为1520±10℃，对所述原料进行精炼，直至熔清，待钢液面无上浮颗粒夹杂和气泡，在精炼后期继续向炉中加入铝和锰，得到钢液；

11、s4：浇注：控制浇注温度为1460±10℃，将所述步骤s3得到的钢液浇入钢锭模和中间包，浇注得到电极；

12、s5：电极均匀化处理：将所述步骤s4得到后的电极进行均匀化处理，出炉得到电渣锭；

13、s6：对所述步骤s5得到的电渣锭进行电渣重熔，得到低偏析组织的b3合金。

14、本申请一种低偏析组织的b3合金的制备方法与现有技术相比，具有以下优点：通过优化配料、真空熔炼、精炼、浇注、电极均匀化和电渣重熔等工艺步骤，有效地控制了b3合金中mo、cr等强偏析元素的分布，抑制了β相(ni4mo)和mo6c碳化物的析出，获得了低偏析组织的b3合金，实现了以下优点：

15、成分均匀性：通过高精度控制，减少了元素在凝固过程中的宏观和微观偏析现象；

16、组织稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种低偏析组织的B3合金，其特征在于，所述B3合金的化学成分按质量百分比包括：Cr：1.3～1.7％，Mo：27.5～28.5％，Al：0.1～0.2％，Fe：1.5～2.0％，C：0.005～0.01％，Mn：0.3～0.5％，Si：≤0.1％，P：≤0.01％，S：≤0.002％，Ti：≤0.1％，Co：≤0.1％，W：≤0.1％，Cu：≤0.1％，Pb：≤0.1％，余量为Ni以及其他不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低偏析组织的B3合金，其特征在于，所述B3合金的化学成分按质量百分比包括：Cr：1.5％，Mo：28.0％，Al：0.15％，Fe：1.5％，C：0.005％，Mn：0.30％，P：0.0010％，S：0.002％，余量为Ni以及其他不可避免的杂质。

3.一种如权利要求1所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3结束至所述步骤S4开始之间，还包括步骤S3.5合金化期，包括以下步骤：S3.5：将真空感应炉功率调低，

5.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述将配料后的原料按序加入真空感应炉的操作包括：先将铁、镍加至炉底，随后将增碳剂加至炉底，进一步将铬、钼加在真空感应炉中上部高温区，而锰以及铝在步骤S3精炼后期加入。

6.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述控制真空感应炉内真空度的前提为真空度≤50Pa，所述进一步提高炉内真空度的条件为真空度≤30Pa。

7.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述精炼过程中，炉内的真空度≤5Pa，且精炼的时间≥40min。

8.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述钢锭模和中间包在浇注处理前需进行预热，且预热的操作包括：将所述钢锭模和中间包在800℃以上的温度下进行烘烤预热。

9.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述均匀化处理的条件为：将电极置于1150～1200℃的温度下均匀化处理48小时，随后出炉空冷。

10.根据权利要求3所述的低偏析组织的B3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述电渣重熔的熔速为4～4.5kg/min，且电渣重熔的保护气氛为氩气，氩气的通入流量为150L/min；所述电渣重熔的渣系为D65F渣系，所述D65F渣系中,CaF2、Al2O3、CaO以及MgO的质量比为65:15:15:3。

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【技术特征摘要】

1.一种低偏析组织的b3合金，其特征在于，所述b3合金的化学成分按质量百分比包括：cr：1.3～1.7％，mo：27.5～28.5％，al：0.1～0.2％，fe：1.5～2.0％，c：0.005～0.01％，mn：0.3～0.5％，si：≤0.1％，p：≤0.01％，s：≤0.002％，ti：≤0.1％，co：≤0.1％，w：≤0.1％，cu：≤0.1％，pb：≤0.1％，余量为ni以及其他不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低偏析组织的b3合金，其特征在于，所述b3合金的化学成分按质量百分比包括：cr：1.5％，mo：28.0％，al：0.15％，fe：1.5％，c：0.005％，mn：0.30％，p：0.0010％，s：0.002％，余量为ni以及其他不可避免的杂质。

3.一种如权利要求1所述的低偏析组织的b3合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的低偏析组织的b3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s3结束至所述步骤s4开始之间，还包括步骤s3.5合金化期，包括以下步骤：s3.5：将真空感应炉功率调低，并对所述步骤s3处理后的钢液进行取样，随后检测钢液成分，再次提高真空感应炉内功率，根据检测结果补加原料，调节钢液成分至所述低偏析组织的b3合金的配方。

5.根据权利要求3所述的低偏析组织的b3合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述将配料后...

【专利技术属性】
技术研发人员：季宏伟，刘强，施军，孙海涛，张辉，柳滢，牛建科，邱伟民，廉斌，李春江，
申请(专利权)人：江西宝顺昌超合金股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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