镍基合金VIM+ESR+VAR三大熔炼工艺简析

镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金，包括镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金。它们都具有非常重要的应用，如镍基高温合金，常用在制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备等，为航空、发电、国防、医疗和核工业高端领域服务。

由于镍基合金原组分的熔点均较高，同时对于本身的纯净度要求高，镍基合金熔炼工艺区别于常规的冶炼方法，显得非常独特。“特钢100秒”汇总以下，主要工艺有三：

1、真空感应熔炼（VIM）

真空感应熔炼（vacuum induction melting，简称VIM）是在真空条件下，利用电磁感应，在金属导体内产生涡流加热炉料来进行熔炼的方法。

VIM可提供对化学成分最大程度的控制，防止熔液与大气中氢、氧、氮的接触。电磁搅拌不但能使熔液均匀，并且能持续将反应物带到熔体和真空界面，从而使后续精炼反应顺利进行。气体含量和非金属夹杂物的挥发和析出，能大大改善多数高温合金的力学性能。

VIM炉是镍基高温合金、耐蚀合金等特种合金材料生产的重要冶炼设备，特别是对于含有铝、钛等活泼性元素较多的合金，必须采用真空感应熔炼。

2、电渣重熔（ESR）

电渣重熔（Electro-Slag Remelting，简称ESR)是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法，是电流通过液态渣池渣阻热，将金属电极熔化，熔化的金属汇集成熔滴，滴落时穿过渣层进入金属熔池，然后于水冷结晶器中结晶凝固成钢锭。电渣冶金是目前生产高品质材料的重要手段，将高温熔炼、化学精炼和冷凝结晶结合起来生产高质量铸锭，具有纯度高、硫含量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀的优点，广泛应用于航天航空、军工、能源、船舶、电子、石化、重型机械和交通等国民经济的重要领域。

3、真空自耗电弧熔炼（VAR）

真空自耗电弧熔炼（Vacuum Arc Remelting，简称VAR)是在真空状态下，利用直流电源在电极与放置于水套中的铜坩埚底板之间产生电弧，电弧加热产生高热，熔化电极，电极不断下降溶化，在水冷铜坩埚内形成熔池，熔化的金属完成速凝、结晶、凝固成锭。

真空电弧熔炼一般用于精炼不锈钢、超级合金、钛锆钽铌钨钼等易氧化金属及合金，减少了活性元素（如Al、Ti）的损耗，铸锭凝固过程可控，显著提高铸锭的洁净度、均匀度、抗疲劳和断裂韧性，因此其组织的一致性和均匀性较好，夹杂物的数量少，合金的纯净度也得到进一步改善。真空电弧熔炼非常适合用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌。

值得注意的是，国内外大多数高品质高温合金和耐蚀合金等特种材料，并非是采用单独一种工艺，而是通过双联或三联的方法，即通过真空感应炉+ 电渣重熔炉（VIM+ESR）或真空感应炉+真空自耗炉（VIM+VAR）来生产，也有少量苛刻行业如军工用品采用（VIM+ESR+VAR）进行生产。