Inconel 600鎳基合金具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能以及優良的冷熱加工和焊接性能，在700℃以下具有熱強性和高塑性。Inconel 600中厚板材作為一種優質耐蝕合金廣泛應用于化學工業、航天、電子、核電等領域。本文對大規格Inconel 600中厚板材的熔煉、鍛造、軋制工藝進行了研究。結果表明：A2工藝路線(真空感應+電渣重熔+鍛造+軋制)生產的合金化學成分、表面質量、力學性能、腐蝕速率均能滿足標準要求，有效解決了鎳基合金板材表面質量差和一次鑄錠成品率低的問題。

Inconel 600中厚板材廣泛應用于化學工業、航天、電子、核電等領域，是一類用量較大的優質耐蝕合金[1]。我國現行標準GB/T2054對N06600化學成分及力學性能的要求與美標ASTM B168相似，只是對雜質元素含量的規定略有不同。本研究結合美標及國標的要求，將合金元素控制在更窄的目標范圍內(表1)，尤其是對H、O、N三種有害氣體元素含量進行嚴格控制，通過采用合理的鍛造、軋制、熱處理工藝，生產出化學成分、表面質量、力學性能、腐蝕性能均能滿足要求的Inconel 600鎳基合金中厚板材。

工藝方案

本研究制定5種工藝方案，根據最終檢測結果選出適合大規格Inconel 600鎳基合金中厚板材的生產工藝路線，見表2。

5種工藝方案中，A1與A2方案相比較，A1采用純金屬加入，A2對易揮發元素錳以中間合金形式加入，其余控制參數如真空度、加熱方式、精煉時間、冷卻時間等均一致；B方案與A2方案相比較，將電渣熔煉改變為真空自耗熔煉；C方案三種熔煉方法均進行，其中真空感應熔煉參數與A2、B方案一致，電渣重熔工藝參數與A2方案一致，真空自耗工藝參數與B方案一致；D方案為普通生產工藝，只進行真空感應熔煉。

加工工藝：鍛造使用4500 t水壓機，加熱溫度為1150℃，鍛造板坯橫截面為200 mm×950 mm。熱軋加熱溫度1160~1180℃，保溫時間為5 h，用3300mm熱軋機軋制得到厚度規格30 mm的板材。最終熱處理采用固溶處理(1020℃，WC)。對5種工藝方案生產的板材進行性能和金相檢測分析得出最佳工藝方案。

結果與分析

兩步熔煉(VIM+ESR)+鍛造+軋制

兩步熔煉(VIM+ESR)+鍛造+軋制為典型的鎳基合金雙聯法生產工藝。真空感應熔煉可準確調配合金化學成分，具有良好的去氣條件，既可明顯降低H、O、N元素含量，又能除去低熔點易揮發性雜質。電渣熔煉所得金屬純凈度高、鑄態組織好、脫硫效果好，不易形成點狀及年輪狀偏析[2]。

兩步熔煉(VIM+ESR)+鍛造+軋制工藝方法分為A1和A2兩種方案，其中A1方案中Mn采用單金屬加入，A2方案采用Ni-Mn中間合金加入，采用相同的配比進行真空感應熔煉來獲得成分均勻的一次鑄錠。方案A1與方案A2真空感應熔煉后成分如表3和表4所示。

從表3和表4可以明顯看出，兩種方案生產的Inconel 600板材雖化學成分均在可控范圍內，但A2方案(中間合金添加)得到的真空感應鑄錠的錳元素損失量遠低于單質錳加入的A1方案。因此，在相同條件下，真空感應熔煉添加錳元素時以中間合金狀態加入為宜。

方案A2經過電渣重熔后，得到規格為f550 mm×2000 mm，鑄錠單重大于4 t的Inconel 600電渣錠，化學成分如表5所示。

表5數據表明A2方案生產的電渣錠主成分及雜質成分均在控制目標范圍之內，Mn含量與真空感應無明顯差異，氣體元素含量也在控制目標范圍之內。鑄錠表面質量好、縮孔淺，鍛造前只需將鑄錠頭部、底部切除即可，無需扒皮，一次鑄錠成品率可達90%以上。

因電渣錠無需扒皮，其表面細晶組織未被破壞，鍛造后因其表面無裂紋，扒皮量少；頭尾表面質量好，切頭率小；鍛造成品率可達98%。

兩步熔煉(VIM+VAR)+鍛造+軋制

兩步熔煉(VIM+VAR)+鍛造+軋制為另一種常見的鎳基合金雙聯法生產工藝，真空感應+真空自耗軋制成形性好，開坯很少出現端部、邊部開裂的情況，成品率提高，內部質量好，經過探傷未見內部有明顯的非金屬夾雜。熔煉可準確調配合金化學成分，具有良好的去氣條件，可明顯降低H、O、N元素含量，能除去低熔點易揮發性雜質，但不能有效除硫及夾雜物。雙真空熔煉生產的鑄錠扒皮量大，成品率不高；大量的扒皮去除了鑄錠表面的細晶組織，使得柱狀晶暴露；鑄錠鍛造時，如果工藝控制不當則容易出現頭部開裂、表面裂紋的情況，因此鍛造溫度需要提高，鍛造工藝、操作方法要求高，需要謹慎操作。B方案采用真空感應+真空自耗熔煉，所得Inconel 600合金產品成分分析如表6所示。

由表6成分分析可知，鑄錠各主成分元素含量在目標控制范圍之內，Si含量相較電渣重熔較高，由于真空度較高，H、O未像電渣重熔一樣發生反彈，但所生產鑄錠由于生成皮下氣孔，導致需后續加工和扒皮處理，而且鑄錠鍛后易產生裂紋。由于皮下氣孔的存在，鑄錠表面需進行扒皮處理；縮孔較深，鍛造前需將鑄錠頭部、底部大量切除；一次鑄錠成品率低于A2法。因真空自耗錠進行了扒皮處理，其表面細晶組織已破壞，鍛造后表面易出現大量裂紋，后續扒皮量大，頭尾切頭量大。軋制板形較好，開坯時易出現端部、邊部開裂的情況，道次表面修磨量大，相較電渣錠其內部存在非金屬夾雜。

三步熔煉(VIM+ESR+VAR)+鍛造+軋制

在鎳基合金生產過程中對于中等合金化可采取雙聯工藝，如果錠型特大則采用三聯工藝；真空感應熔煉的鎳基合金經電渣重熔，可進一步脫硫和降低夾雜物含量，改善結晶組織，提供致密無缺陷的電極。再進行真空自耗重熔，可以保證重熔過程中不會由于真空感應爐熔煉電極中的縮孔和裂紋等缺陷造成的不穩定性導致融化速率變化而增加宏觀偏析傾向。真空感應可獲得化學成分均勻，雜質含量低的合金；電渣重熔可解決真空感應中帶來的夾雜物含量高、縮孔深、表面質量差、內部疏松等缺陷；真空自耗可解決因電渣重熔帶來氣體含量反彈；所生產的合金鑄錠成分均勻、氣體含量、雜質含量、非金屬夾雜含量低。但是，C方案采用三聯法生產工藝，即真空感應熔煉+電渣重熔+真空自耗熔煉，工序冗長，對普通合金來說生產成本高；自耗后鑄錠需進行扒皮，且鍛造后修磨量、切頭量較大，一次成品率相較A2方案低。經過成分分析得到三聯法生產高品質Inconel 600產品的成分如表7所示。將方案C與方案A1、A2、B進行對比可得出，三聯法可有效改善合金的純潔度，并且對O、H、N等元素具有較好的控制，很好地解決了雙聯法帶來的H、O、N元素的反彈問題，且能更好的控制C、S、P等元素，最大限度的減少其在合金中的含量。鑄錠經過扒皮后，采用與B方法相同的鍛造、軋制工藝進行加工，加工時出現的情況與B方法類似，成品率低于A2方法，但板材表面質量、內部非金屬夾雜有明顯的改善。

真空感應熔煉+鍛造+軋制

通過真空感應熔煉進行脫氧、脫氮、雜質元素揮發、控制熔體與坩堝作用等物理、化學反應，熔煉出化學成分準確且純潔度高的鑄錠[3]。D方案能準確控制高溫合金的化學成分，工序短、成本低。但是，經過金相和非金屬夾雜物檢測，鑄錠中非金屬夾雜不能有效的去除，而且晶粒粗大、不均勻，同時鑄錠縮孔大，凝固偏析嚴重。在切除冒口、縮孔后，鑄錠一次成品率低于80%。鍛造后鑄錠表面質量差，頭尾切除量大，刨銑量大。軋制時易起皮，修磨量大，且探傷后有非金屬夾雜大量裹入。

不同方案生產板材性能對比

對使用A2、B、C、D方案生產的相同規格板材進行固溶處理，取樣進行力學性能、腐蝕性能檢測。腐蝕性能檢測采用ASTM G28方法A：H2SO4-FeSO4。各項檢測結果見表8。從表中數據可見，4種生產工藝所軋制板材性能實測值均符合ASTM B168標準要求，A2方案和C方案綜合性能優于其他方案。不同方案生產的板材金相組織照片見圖1。從圖中可以看出，A2方案和C方案經過電渣重熔有效去除了非金屬夾雜物，晶內組織純凈均勻，少見夾雜物殘留。B方案雙真空熔煉有限去除了夾雜物，晶內組織仍然可見有殘留。D方案真空感應熔煉不能有效除去非金屬夾雜物，而且容易裹渣帶入，金相照片顯示晶內組織有較多夾雜物。

結束語

通過對不同生產工藝生產的Inconel 600板材進行對比發現，A2方案即真空感應加電渣重熔雙聯工藝相較D方案能有效解決一次成品率低、表面起皮、加工性能差、非金屬夾雜多的問題；相較B方案能解決表面易開裂、非金屬夾雜多、S元素含量高的問題；相較C方案工序短，生產成本低。因而從產品質量、生產成本等方面進行綜合考慮，A2方案為適宜的生產高品質、大批量Inconel 600合金板材的工藝方法。

文章來源——金屬世界