电渣重熔工艺对4J43合金性能的影响

王 成 沈文朋

(1.甘肃建筑职业技术学院； 2. 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

电渣重熔工艺对4J43合金性能的影响

王 成**1沈文朋2

(1.甘肃建筑职业技术学院； 2. 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

采用2G-200L型金相显微镜观察分析了4J43合金电渣锭表面质量及横、纵截面宏观结晶组织，分析对比了电渣重熔前后化学成分、气体含量和夹杂物分布的差异。结果表明，4J43合金经电渣重熔后，化学成分较均匀，气体含量下降且稳定，表面质量良好，宏观结晶组织致密、均匀，夹杂物去除明显，产品品质明显提升，满足典型4J43合金的性能要求。

金相分析 4J43合金 电渣重熔

4J43合金属精密合金中的Fe-Ni系膨胀类合金，主要用于生产杜美丝芯材。长期以来，高档电光源产品所用的4J43合金都要依赖进口[1,2]。目前，4J43合金主要采用真空和非真空中频冶炼生产[3,4]。真空冶炼质量较好但成本较高，非真空中频冶炼生产质量难以得到较好的保证，文献[5,6]表明，采用电渣重熔工艺能有效改善4J43合金性能。为此，笔者对电渣重熔二次精炼法生产高质量4J43合金的生产工艺进行了实验研究。

1 实验过程

本实验以非真空中频冶炼下注电极棒为原料，经过参考相关实验和文献[2]确定工艺参数，在230kg单相单极电渣炉进行电渣重熔，生产出4J43合金电渣锭，并制取锻坯及盘条试样。在重熔前的电极棒和重熔后的电渣锭上制取合金成分检测和气体含量试样，通过直读光谱分析仪和氧氮分析仪分别进行成分和气体含量检测。在原熔炼工艺和电渣重熔工艺生产的4J43合金φ8mm棒材上分别制取夹杂物试样，采用2G-200L型金相显微镜观察。

2 实验结果与分析

2.1电渣重熔前后化学成分变化

电渣重熔前后4J43合金的化学成分列于表1，化学成分都符合国家标准的要求。从表1可以看出，经电渣重熔后，P元素基本无变化，C、Mn、Al、Si元素含量略有下降。这是由于电渣重熔中，Al、Si、Mn等易氧化元素会产生氧化，空气中氧经过熔渣转移以及由于自耗电极表面氧化而使氧向渣池内转移的缘故，其氧化程度决定于侵入氧量，同时还取决于与氧亲和力高的元素变化量[7]。

表1 重熔前后4J43合金的化学成分 wt%

2.2气体含量变化

现场随机取4J43合金电极棒及对应电渣锭试样进行气体元素含量分析，并对O、N、H气体元素含量进行对比分析，如图1所示。从图1可以看出，由于中频熔炼条件的差异，电极棒O、N气体含量差异较大，电渣重熔具有一定除气效果，重熔后O、N、H气体元素含量分布较低且稳定。

2.3电渣锭表面质量

某炉电极棒经电渣重熔后，所熔炼出的4J43合金电渣锭表面质量如图2所示,经电渣重熔后，无论侧面还是端头，4J43合金电渣锭表面均较为平整，表面质量良好。

图2 4J43合金电渣锭表面质量

2.4电渣锭宏观结晶组织

为了观察4J43合金电渣锭的宏观结晶组织，取表面质量良好的电渣锭，沿横、纵截面锯开，样品经磨抛或腐蚀后，观察横、纵截面宏观结晶组织，如图3所示，电渣锭横截面金相结晶组织细小致密；纵截面金属晶体组织生长方向垂直于熔池边缘面，金属组织致密，轴向结晶明显。

a. 横截面

b. 纵截面图3 4J43合金电渣锭截面低倍结晶组织

2.5夹杂物观察

对未进行电渣重熔工艺和经过电渣重熔工艺的4J43合金盘条进行了夹杂物对比观察。如图4所示，经过电渣重熔后，夹杂物去除效果明显，尤其对10μm以上的较大夹杂物。电渣重熔除去较大夹杂物的主要原因是夹杂物自金属熔池浮生进入渣池[9]，通过降低重熔速度以保证质量，后来这一观点也被Bhat G K加以引用[10]。

a. 电渣重熔前4J43合金中的夹杂物

b. 电渣重熔后4J43合金中的夹杂物图4 4J43合金夹杂物对比

3 结论

3.1经电渣重熔后， P元素基本无变化，C、Mn、Al、Si元素含量略有下降。

3.2由于中频熔炼条件差异，电极棒O、N气体含量差异较大。经过电渣重熔后， O、N、H气体元素含量分布较低且稳定。

3.3电渣重熔对铸锭中较大夹杂物去除明显，夹杂物尺寸基本降低到10μm以下。另外，电渣锭横截面金相结晶组织细小致密；纵截面金属组织致密，轴向结晶明显。

[1] 《膨胀合金手册》编写组.膨胀合金手册[M]. 北京：冶金工业出版社，1979：40～46.

[2] 邹文正.电渣冶炼工艺参数计算[J].特殊钢，1980，(2)：48～63.

[3] 倪鲁峰.杜美丝芯材4J43合金生产工艺初探[J].材料开发与应用，2003，18(1) ：37～38.

[4] 方威.杜美丝芯合金4J43棒材的开发[J].金属制品，2001，27(2) ：48～50.

[5] 傅杰.电渣重熔过程中氧化物夹杂去除机理的探讨[J].金属学报，1979，15(4)：526～539.

[6] 陈国胜,曹美华,周奠华，等.保护气氛电渣重熔GH4169合金的冶金质量[J].航空材料学报，2003，23(z1) ：88～91.

[7] 王宾,陈涛,李艳丽.电渣重熔渣系选择的工艺探索[J].四川冶金，2001，23(5)：3～6.

[8] YB/T 5236-2005,杜美丝芯用铁镍合金4J43[S] .北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2005.

[9] Zhen D T. Second International Symposium on Electroslag Remelting Technology[C]. Pittsburgh：Mellen Institute,1969： 23～25.

[10] Bhat G K.First International Symposiumon Electroslag Consumable Electrode Remelting and Casting Technology[C]. Pittsburgh：Mellen Institute,1967：66～76.

StudyonEffectsofESRProcesson4J43AlloyMechanicalProperties

WANG Cheng1,SHEN Wen-peng2

(1.GansuConstructionVocationalTechnicalCollege,Lanzhou730050,China; 2.TianhuaChemicalMachineryandAutomationInstituteCo.,Ltd.,Lanzhou730060,China)

The 2G-200L metallurgical microscope was employed to analyze 4J43 alloy ESRingot’s surface quality and macro crystal structure at both transverse and longitudinal sections, including comparative analysis of the difference of chemical composition, gas content and the inclusion’s distribution before and after electro-slag re-melting (ESR). The analytical results show that, the 4J43 alloy after ESR has uniform chemical composition, decreased gas contents, good surface quality, dense and uniform macro crystal structure and unobvious inclusions together with an improved product quality. It can meet the requirements for typical 4J43 alloys.

metallurgical analysis, 4J43 alloy, ESR

**王 成，男，1984年4月生，讲师，在职博士生。甘肃省兰州市，730050。

TQ050.7

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0254-6094(2015)02-0193-03

2014-11-07)