一种nb-mn-fe三元中间合金及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种nb-mn-fe三元中间合金及其制备方法和应用。
背景技术：
2.nb是高熔点金属，是重要的高温难熔金属元素，是高温合金和耐热钢中的重要合金元素。nbfe主要用于高温合金，不锈钢和高强度低合金钢的制备，但因为nbfe熔点较高，导致nbfe只能在低碳微合金钢中使用，在中高碳钢和铸铁中不能充分熔化和扩散，所以nbfe在钢中的使用量和作用没有充分体现。
技术实现要素：
3.鉴于上述分析，本发明旨在提供一种nb-mn-fe三元中间合金及其制备方法和应用，用于解决以下技术问题：现有的nbfe熔点超过中高碳钢和铸铁钢液熔点导致nbfe在中高碳钢和铸铁中不能充分熔化和扩散的问题。
4.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
5.一方面，本发明提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，nb-mn-fe三元中间合金的各元素的质量百分数包括：nb：5％-35％，mn：30％-55％，余量为fe。
6.进一步的，nb-mn-fe三元中间合金的熔点范围为1290℃-1350℃。
7.进一步的，nb-mn-fe三元中间合金的各元素的质量百分数包括：nb：10％-30％，mn：30％-50％，余量为fe。
8.进一步的，nb-mn-fe三元中间合金的熔点范围为1300℃-1320℃。
9.本发明还提供了一种nb-mn-fe三元中间合金的制备方法，用于制备上述nb-mn-fe三元中间合金，包括以下步骤：
10.步骤s1、将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入真空感应炉内；
11.步骤s2、对真空感应炉熔炼室进行抽真空，然后送电加热炉料；
12.步骤s3、炉料化清出现熔池后，真空度逐步提高；
13.步骤s4、调低功率，进入精炼脱o、n和h；
14.步骤s5、控制钢液温度1430-1470℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温；
15.步骤s6、放气，破空，打开炉盖取出锭模；
16.步骤s7、根据成品定型，将锭模中的合金块破碎。
17.进一步的，步骤s2中，真空度小于15pa时开始送电加热炉料。
18.进一步的，步骤s2中，加热炉料时，初始功率8-15kw，以每10min增加5-7kw的速率，逐步增大功率到25-30kw。
19.进一步的，步骤s3中，控制功率为25-33kw。
20.进一步的，步骤s5中，自然降温3-10min。
1350℃。
35.具体的，上述nb-mn-fe三元中间合金的制备方法包括以下步骤：
36.步骤s1、将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入真空感应炉内；
37.步骤s2、对真空感应炉熔炼室进行抽真空，然后送电加热炉料；
38.步骤s3、炉料化清出现熔池后，真空度逐步提高；
39.步骤s4、调低功率，进入精炼脱o、n、h等；
40.步骤s5、控制钢液温度1430-1470℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温；
41.步骤s6、放气，破空，打开炉盖取出锭模；
42.步骤s7、根据成品定型，将锭模中的合金块破碎。
43.具体的，上述步骤s2中，真空度小于15pa时开始送电加热炉料。
44.具体的，上述步骤s2中，加热炉料时，初始功率8-15kw，以每10min增加5-7kw的速率，逐步增大功率到25-33kw。
45.具体的，上述步骤s3中，为了避免喷溅，控制功率为25-30kw。
46.具体的，上述步骤s4中，为了保证降低气体含量，控制精炼8-15min，真空度≤5pa。
47.具体的，上述步骤s5中，自然降温3-10min。
48.具体的，上述制备方法制得的nb-mn-fe三元中间合金的气体含量低，例如，o：20ppm以下，n：70ppm以下，成分均匀，熔点为1290℃-1350℃，熔点较低。
49.本发明还提供了上述nb-mn-fe三元中间合金的应用。可以将其作为原料用于制备中高碳钢或铸铁。由于上述nb-mn-fe三元中间合金的熔点较低，因此，将其作为原料用于制备中高碳钢或铸铁时，nb-mn-fe三元中间合金能充分熔化和扩散，能显著提高nb元素的收得率。例如，nb元素的收得率提升160％以上。
50.下面将以具体的实施例与对比例来展示本发明的nb-mn-fe三元中间合金的优势。
51.实施例1
52.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的成分按质量百分比为：nb：10％，mn：50％，余量为fe。
53.设备采用10kg真空感应熔炼炉，极限真空度为6.67
×
10-2
pa，电源功率为50kw，频率为4000hz，装炉量为5.5kg。浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
54.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的制备方法的具体步骤如下：
55.(1)将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入炉内；
56.(2)对真空感应炉熔炼室进行抽真空，真空度小于15pa时开始送电加热炉料，功率8kw，以每10min增加6kw的速率，逐步增大功率到30kw；
57.(3)炉料化清出现熔池后，控制功率为29kw，避免喷溅，真空度逐步提高；
58.(4)调低功率，进入精炼，精炼10min，真空度≤5pa，脱o、n、h等；
59.(5)控制钢液温度1440-1460℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温5min；
60.(6)放气，破空，打开炉盖取出锭模；
61.(7)根据成品定型，将锭模中的合金块采用破碎机将合金块破碎成5-50mm。
62.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金金的气体含量低，例如，o：20ppm、n：70ppm，成
分均匀，质量稳定，成品率高。
63.经真空感应熔炼炉实际熔化测试，该成分nb-mn-fe三元中间合金熔点为：1320℃。
64.实施例2
65.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的成分按质量百分比为：nb：20％，mn：40％，余量为fe。
66.设备采用10kg真空感应熔炼炉，极限真空度为6.67
×
10-2
pa，电源功率为50kw，频率为4000hz，装炉量为5.5kg。浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
67.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的制备方法的具体步骤如下：
68.(1)将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入炉内；
69.(2)对真空感应炉熔炼室进行抽真空，真空度小于15pa时开始送电加热炉料，功率10kw，以每10min增加6kw的速率，逐步增大功率到30kw；
70.(3)炉料化清出现熔池后，控制功率为28kw，避免喷溅，真空度逐步提高；
71.(4)调低功率，进入精炼，精炼8min，真空度≤5pa，脱o、n、h等；
72.(5)控制钢液温度1440-1450℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温7min；
73.(6)放气，破空，打开炉盖取出锭模；
74.(7)根据成品定型，将锭模中的合金块采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
75.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金金的气体含量低，例如，o：18ppm、n：69ppm，成分均匀，质量稳定，成品率高。
76.经真空感应熔炼炉实际熔化测试，该成分nb-mn-fe三元中间合金熔点为：1310℃。
77.实施例3
78.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的成分按质量百分比为：nb：30％，mn：30％，余量为fe。
79.设备采用10kg真空感应熔炼炉，极限真空度为6.67
×
10-2
pa，电源功率为50kw，频率为4000hz，装炉量为5.5kg。浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
80.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的制备方法的具体步骤如下：
81.(1)将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入炉内；
82.(2)对真空感应炉熔炼室进行抽空，真空度小于15pa时开始送电加热炉料，功率10kw，以每10min增加5kw的速率，逐步增大功率到30kw；
83.(3)炉料化清出现熔池后，控制功率为30kw，避免喷溅，真空度逐步提高；。
84.(4)调低功率，进入精炼，精炼10min，真空度≤5pa，脱o、n、h等；
85.(5)控制钢液温度1450-1470℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温5min；
86.(6)放气，破空，打开炉盖取出锭模；
87.(7)根据成品定型，将锭模中的合金块采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
88.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金金的气体含量低，例如，o：19ppm、n：65ppm，成分均匀，质量稳定，成品率高。
89.经真空感应熔炼炉实际熔化测试，该成分nb-mn-fe三元中间合金熔点为：1300℃。
90.实施例4
91.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金的应用，采用上述实施例1的nb-mn-fe三元中间合金和普通金属nbfe、mnfe、fe制备中高碳钢42mnnb，两种制备过程按照相同的加料顺序和冶炼工艺控制，尽可能减少其他因素的影响，以此来对比nb元素收得率，验证nb-mn-fe三元中间合金在生产中的实际作用。
92.nb元素收得率结果如下表1所示。
93.表1 nb元素收得率结果
[0094] csimnnbfe配入标准0.450.251.650.08余三元合金工艺0.43860.19801.6260.069余普通工艺0.440.241.630.0225余收得率提升
‑‑‑
200％-[0095]
采用实施例2和3的三元中间合金的工艺，nb元素的收得率提升分别为180％、195％，可见，采用本发明的三元中间合金制备中高碳钢时nb元素收得率明显提升，说明nb-mn-fe三元中间合金对元素收得率提升有显著的作用。
[0096]
通过上述结果可知，本发明中的nb-mn-fe三元中间合金通过精确控制nb、mn和fe的含量保证了nb-mn-fe三元中间合金的低熔点，保证了nb-mn-fe三元中间合金的熔点为1290℃-1350℃。本发明的制备方法通过首先采用真空感应炉冶炼，降低了nb-mn-fe三元合金中的气体含量，成分均匀，熔点较低，且通过精确控制工艺参数，防止喷溅，保证了生产安全。将本发明的nb-mn-fe三元中间合金作为原料用于制备中高碳钢或铸铁时由于上述nb-mn-fe三元中间合金的熔点较低，因此，将其作为原料用于制备中高碳钢或铸铁时，nb-mn-fe三元中间合金能充分熔化和扩散，能显著提高nb元素的收得率。例如，nb元素的收得率能够提升160％以上。由于nb元素的成本较高，如此，通过提升nb元素的收得率能够降低冶炼成本。本发明的nb-mn-fe三元中间合金应用范围广泛。
[0097]
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术领域
1.本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种nb-mn-fe三元中间合金及其制备方法和应用。
背景技术：
2.nb是高熔点金属，是重要的高温难熔金属元素，是高温合金和耐热钢中的重要合金元素。nbfe主要用于高温合金，不锈钢和高强度低合金钢的制备，但因为nbfe熔点较高，导致nbfe只能在低碳微合金钢中使用，在中高碳钢和铸铁中不能充分熔化和扩散，所以nbfe在钢中的使用量和作用没有充分体现。
技术实现要素：
3.鉴于上述分析，本发明旨在提供一种nb-mn-fe三元中间合金及其制备方法和应用，用于解决以下技术问题：现有的nbfe熔点超过中高碳钢和铸铁钢液熔点导致nbfe在中高碳钢和铸铁中不能充分熔化和扩散的问题。
4.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
5.一方面，本发明提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，nb-mn-fe三元中间合金的各元素的质量百分数包括：nb：5％-35％，mn：30％-55％，余量为fe。
6.进一步的，nb-mn-fe三元中间合金的熔点范围为1290℃-1350℃。
7.进一步的，nb-mn-fe三元中间合金的各元素的质量百分数包括：nb：10％-30％，mn：30％-50％，余量为fe。
8.进一步的，nb-mn-fe三元中间合金的熔点范围为1300℃-1320℃。
9.本发明还提供了一种nb-mn-fe三元中间合金的制备方法，用于制备上述nb-mn-fe三元中间合金，包括以下步骤：
10.步骤s1、将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入真空感应炉内；
11.步骤s2、对真空感应炉熔炼室进行抽真空，然后送电加热炉料；
12.步骤s3、炉料化清出现熔池后，真空度逐步提高；
13.步骤s4、调低功率，进入精炼脱o、n和h；
14.步骤s5、控制钢液温度1430-1470℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温；
15.步骤s6、放气，破空，打开炉盖取出锭模；
16.步骤s7、根据成品定型，将锭模中的合金块破碎。
17.进一步的，步骤s2中，真空度小于15pa时开始送电加热炉料。
18.进一步的，步骤s2中，加热炉料时，初始功率8-15kw，以每10min增加5-7kw的速率，逐步增大功率到25-30kw。
19.进一步的，步骤s3中，控制功率为25-33kw。
20.进一步的，步骤s5中，自然降温3-10min。
1350℃。
35.具体的，上述nb-mn-fe三元中间合金的制备方法包括以下步骤：
36.步骤s1、将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入真空感应炉内；
37.步骤s2、对真空感应炉熔炼室进行抽真空，然后送电加热炉料；
38.步骤s3、炉料化清出现熔池后，真空度逐步提高；
39.步骤s4、调低功率，进入精炼脱o、n、h等；
40.步骤s5、控制钢液温度1430-1470℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温；
41.步骤s6、放气，破空，打开炉盖取出锭模；
42.步骤s7、根据成品定型，将锭模中的合金块破碎。
43.具体的，上述步骤s2中，真空度小于15pa时开始送电加热炉料。
44.具体的，上述步骤s2中，加热炉料时，初始功率8-15kw，以每10min增加5-7kw的速率，逐步增大功率到25-33kw。
45.具体的，上述步骤s3中，为了避免喷溅，控制功率为25-30kw。
46.具体的，上述步骤s4中，为了保证降低气体含量，控制精炼8-15min，真空度≤5pa。
47.具体的，上述步骤s5中，自然降温3-10min。
48.具体的，上述制备方法制得的nb-mn-fe三元中间合金的气体含量低，例如，o：20ppm以下，n：70ppm以下，成分均匀，熔点为1290℃-1350℃，熔点较低。
49.本发明还提供了上述nb-mn-fe三元中间合金的应用。可以将其作为原料用于制备中高碳钢或铸铁。由于上述nb-mn-fe三元中间合金的熔点较低，因此，将其作为原料用于制备中高碳钢或铸铁时，nb-mn-fe三元中间合金能充分熔化和扩散，能显著提高nb元素的收得率。例如，nb元素的收得率提升160％以上。
50.下面将以具体的实施例与对比例来展示本发明的nb-mn-fe三元中间合金的优势。
51.实施例1
52.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的成分按质量百分比为：nb：10％，mn：50％，余量为fe。
53.设备采用10kg真空感应熔炼炉，极限真空度为6.67
×
10-2
pa，电源功率为50kw，频率为4000hz，装炉量为5.5kg。浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
54.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的制备方法的具体步骤如下：
55.(1)将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入炉内；
56.(2)对真空感应炉熔炼室进行抽真空，真空度小于15pa时开始送电加热炉料，功率8kw，以每10min增加6kw的速率，逐步增大功率到30kw；
57.(3)炉料化清出现熔池后，控制功率为29kw，避免喷溅，真空度逐步提高；
58.(4)调低功率，进入精炼，精炼10min，真空度≤5pa，脱o、n、h等；
59.(5)控制钢液温度1440-1460℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温5min；
60.(6)放气，破空，打开炉盖取出锭模；
61.(7)根据成品定型，将锭模中的合金块采用破碎机将合金块破碎成5-50mm。
62.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金金的气体含量低，例如，o：20ppm、n：70ppm，成
分均匀，质量稳定，成品率高。
63.经真空感应熔炼炉实际熔化测试，该成分nb-mn-fe三元中间合金熔点为：1320℃。
64.实施例2
65.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的成分按质量百分比为：nb：20％，mn：40％，余量为fe。
66.设备采用10kg真空感应熔炼炉，极限真空度为6.67
×
10-2
pa，电源功率为50kw，频率为4000hz，装炉量为5.5kg。浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
67.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的制备方法的具体步骤如下：
68.(1)将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入炉内；
69.(2)对真空感应炉熔炼室进行抽真空，真空度小于15pa时开始送电加热炉料，功率10kw，以每10min增加6kw的速率，逐步增大功率到30kw；
70.(3)炉料化清出现熔池后，控制功率为28kw，避免喷溅，真空度逐步提高；
71.(4)调低功率，进入精炼，精炼8min，真空度≤5pa，脱o、n、h等；
72.(5)控制钢液温度1440-1450℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温7min；
73.(6)放气，破空，打开炉盖取出锭模；
74.(7)根据成品定型，将锭模中的合金块采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
75.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金金的气体含量低，例如，o：18ppm、n：69ppm，成分均匀，质量稳定，成品率高。
76.经真空感应熔炼炉实际熔化测试，该成分nb-mn-fe三元中间合金熔点为：1310℃。
77.实施例3
78.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金，本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的成分按质量百分比为：nb：30％，mn：30％，余量为fe。
79.设备采用10kg真空感应熔炼炉，极限真空度为6.67
×
10-2
pa，电源功率为50kw，频率为4000hz，装炉量为5.5kg。浇铸成合金块，然后采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
80.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金的制备方法的具体步骤如下：
81.(1)将纯铁、锰铁、铌铁、坩埚碳装入炉内；
82.(2)对真空感应炉熔炼室进行抽空，真空度小于15pa时开始送电加热炉料，功率10kw，以每10min增加5kw的速率，逐步增大功率到30kw；
83.(3)炉料化清出现熔池后，控制功率为30kw，避免喷溅，真空度逐步提高；。
84.(4)调低功率，进入精炼，精炼10min，真空度≤5pa，脱o、n、h等；
85.(5)控制钢液温度1450-1470℃，为避免注温下降和氧化膜混入注流中，带电浇入锭模，自然降温5min；
86.(6)放气，破空，打开炉盖取出锭模；
87.(7)根据成品定型，将锭模中的合金块采用破碎机将合金块破碎成5～50mm。
88.本实施例中，nb-mn-fe三元中间合金金的气体含量低，例如，o：19ppm、n：65ppm，成分均匀，质量稳定，成品率高。
89.经真空感应熔炼炉实际熔化测试，该成分nb-mn-fe三元中间合金熔点为：1300℃。
90.实施例4
91.本实施例提供了一种nb-mn-fe三元中间合金的应用，采用上述实施例1的nb-mn-fe三元中间合金和普通金属nbfe、mnfe、fe制备中高碳钢42mnnb，两种制备过程按照相同的加料顺序和冶炼工艺控制，尽可能减少其他因素的影响，以此来对比nb元素收得率，验证nb-mn-fe三元中间合金在生产中的实际作用。
92.nb元素收得率结果如下表1所示。
93.表1 nb元素收得率结果
[0094] csimnnbfe配入标准0.450.251.650.08余三元合金工艺0.43860.19801.6260.069余普通工艺0.440.241.630.0225余收得率提升
‑‑‑
200％-[0095]
采用实施例2和3的三元中间合金的工艺，nb元素的收得率提升分别为180％、195％，可见，采用本发明的三元中间合金制备中高碳钢时nb元素收得率明显提升，说明nb-mn-fe三元中间合金对元素收得率提升有显著的作用。
[0096]
通过上述结果可知，本发明中的nb-mn-fe三元中间合金通过精确控制nb、mn和fe的含量保证了nb-mn-fe三元中间合金的低熔点，保证了nb-mn-fe三元中间合金的熔点为1290℃-1350℃。本发明的制备方法通过首先采用真空感应炉冶炼，降低了nb-mn-fe三元合金中的气体含量，成分均匀，熔点较低，且通过精确控制工艺参数，防止喷溅，保证了生产安全。将本发明的nb-mn-fe三元中间合金作为原料用于制备中高碳钢或铸铁时由于上述nb-mn-fe三元中间合金的熔点较低，因此，将其作为原料用于制备中高碳钢或铸铁时，nb-mn-fe三元中间合金能充分熔化和扩散，能显著提高nb元素的收得率。例如，nb元素的收得率能够提升160％以上。由于nb元素的成本较高，如此，通过提升nb元素的收得率能够降低冶炼成本。本发明的nb-mn-fe三元中间合金应用范围广泛。
[0097]
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
再多了解一些
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
