纯镍拥有良好的耐侵蚀性，其对苛性碱侵蚀抗力是无法代替的，同时其兼具良好的可加工性、电磁学机能，因而被宽泛用于化工、海洋设备、核能、蓄电池等行业[1-2] 。镍棒镍丝等纯镍的熔炼钻研始终萦绕着脱气、脱硫、去除非金属同化、晶粒细化等提高冶金质量和经济效益问题。纯镍的冶炼步骤有真空感应熔炼 (VIM)、真空自耗熔炼 (VAR)、真空感应加真空自耗双真空熔炼 (VIM+VAR)、真空感应加电渣熔炼双联法 (VIM+ESR)、电子束炉熔炼 (EB)、电子束炉加屡次真空自耗熔炼 (EB+VAR)等。宝钛集团纯镍出产选取 VIM、VIM+VAR、VIM+ESR、屡次VAR、EB 和 EB+VAR。国内其他省市及地域的企业出产纯镍以 VIM 为主 (0.5~2.0 t)，有一些企业为扩大纯镍出产锭型也选取 VIM+VAR 双真空熔炼。

1、纯镍熔炼工艺

1）真空感应熔炼 (VIM)

真空感应熔炼方式 (VIM) 在纯镍及合金的出产上极度沉要，好多情况下拥有不成代替性。关于纯镍有效去除杂质、同化、脱硫、脱气、晶粒细化的钻研是一个沉点，对纯镍冶金质量至关沉要。真空感应熔炼时以分歧工艺增长各类增长剂进行杂质、脱氧、脱硫处置是很沉要的方式，常用的元素有C、Mg、Ca、Ti、Al 及 La、Ce 等稀土元素[3-5] ；结 合推算机仿真分析、炉前成分检测等伎俩能够精确节造化学成分，并且真空感应大功率搅拌，成吩旖均；真空感应熔炼借助脱氧剂和高真空，能够将H、O 蹬仔害气体元素降至极低的水平，同时能够高效去除 Pd、As、Bi 蹬仔害低熔点金属同化元素。真空感应熔炼对原料适应性很强，能够熔炼块状、屑状等各类状态原料，无需压造电极，有利于大幅降低成本。

VIM 能够浇注圆锭和方坯。VIM 熔炼大规格圆锭 (质量大于 1.5 t) 在切除缩孔、冒口后，用于铸造板坯，目前国内主流设备为 0.5~2.5 t 炉，板坯最终为 0.4~1.5 t，制品率低。在宝钛、沉材院、西北院等企业重要将之作为自耗电极，供 ESR 和 VAR 沉熔使用。

VIM 大规格方锭 (质量大于 1 t) 能够不经过铸造直接轧造，存在的问题是：缩孔大，制品率很低，约为 70%~75%；无法有效解除增长残料带来的非金属同化，且容易出现裹渣。在开坯及制品轧造时，探伤容易不合格。在机加工时存在疏松、夹渣、掉渣景象，并且坯型固定与制品不齐全匹配，制品率很低。固然幼锭型真空感应炉浇注方坯能够通过模 具设计躲避一些问题，但是不能齐全去除非金属同化，故而在轧造板材表表有起皮，部门薄板料轧造会出现漏眼问题，导致产品报废。

VIM 熔炼纯镍作为一种常用的成熟工艺将持久使用，选取该步骤直接出产必要对原料质量、纯净度提出很高的要求。直接 VIM 熔炼不能有效去除残料带来的非金属同化，并在后续加工中得到体现，阐发为掉渣、同化、起皮、分层较多等，加工过程中建磨量大。而类似 25、200 kg 的熔炼铸锭，规格幼，共同模具能够有效削减缩孔，一些情况下能够 直接使用，用作幼规格的板坯、棒坯、管坯等的出产 (图 1)。

1）真空感应加真空自耗双真空熔炼 (VIM+VAR)

双真空熔炼 (VIM+VAR) 通过充分阐扬两种熔炼方式的优势，能够用来出产致密的高质量的纯镍铸锭，可能有效削减疏松和缩孔，同时进一步降低杂质元素含量，在出产高纯镍如 N4 拥有沉要的作用，解决了单纯真空感应熔炼带来的好多问题。同时该步骤有利于扩大锭型，可用于出产更大规格、单沉的制品，如大规格的中厚板、镍带等。

双真空铸锭扒皮加工量大，制品率不高，大量的扒皮加工去除了铸锭表表的细晶组织，使得柱状晶露出。铸锭铸造时工艺节造不当容易出现头部开裂、表表裂纹的情况。为此铸造温度必要提高，铸造工艺操作步骤要求高，必要审慎操作。

双真空熔炼 (VIM+VAR) 步骤出产的板材相对于 VIM 铸锭质量有很大提高，但是依然不能极度有效地解除增长残料带来的非金属同化物，不能有效解除皮下气孔 (图 2)。此类制品板有时存在探伤部门不合格、机加工过程中掉渣等情况。因而为了保障冶金质量，对原料要求高，必要使用电解镍、纯净块料等高级别清洁的原料，不能有效利用刨铣屑等，导致成本高。

3）真空感应加电渣熔炼双联法 (VIM+ESR)

先经过真空感应熔炼，造备自耗电极，之后组焊进行电渣沉熔，用于出产大规格、高品质的纯镍铸锭。真空感应加电渣熔炼双联 (VIM+ESR) 步骤能够阐扬真空感应熔炼对原料适应性强、可能精确节造成分、脱气蹬着势，借助电渣沉熔进一步解除S 等杂质，同时强力去除非金属同化，从而得到冶金质量优良、致密、表表质量好的纯镍铸锭。制品率

相对大幅提高。铸锭纯净，加工机能大幅改善，铸造极少出现开裂情况，板坯刨铣、建磨量降低，制品率提高至 95%~97%。即便增长 30%~50% 返回炉料，选取严格尺度进行屡次探伤未发现大的同化景象，非金属同化物按尺度评级在 1 级 a。

真空感应加电渣熔炼 (VIM+ESR) 步骤出产铸锭轧造的板材质量优良，中央火次建磨量很少，现实出产能够轧至厚度 0.1~0.7 mm，很少呈显祓皮、漏眼等景象。出产的板材经过多批次探伤等检测，险些无皮下气孔、同化、疏松等缺点 (图 3)。然而真空感应加电渣熔炼 (VIM+ESR) 法能耗较大，存在肯定的传染问题。固然有渣池、渣壳隔离；，终于是 非真空熔炼，会存在氧反弹的景象，因而对自耗电极的氧含量要求严格。同时该工艺技术要求较高，尤其是电渣沉熔的渣系、参数、增长剂等，有肯定的技术难度。技术不外关容易出现铸锭内部孔洞等景象。

4）电子束炉熔炼 (EB)

电子束炉熔炼纯镍铸锭，熔炼后直接为方锭，无需铸造。某企业电子束炉熔炼纯镍尝试料轧造后产生全数脆断失效的情况，加工工艺参数及执行情况、设备等无异常，同批出产的其他熔炼方式所产纯镍轧造正常。后续用其余料进行大变形量轧造、退火尝试，依然阐发为强度、塑性不合格，全数报废。另表一家单元同样使用 EB 炉熔炼的纯镍铸锭轧造时也产生开裂报废景象。经过调查和一系列的检测后，以为选取 EB 炉熔炼的纯镍铸坯柱状晶极其粗壮，铸坯直接使用会有很大问题，综合以为在其工艺没有获得靠得住性认定及有效进展之前不宜使用，必须选取有效伎俩破碎其晶粒方可保障其加工性。

5）电子束炉加真空自耗熔炼及屡次真空自耗熔炼(EB+VAR 及屡次 VAR)

选取电子束炉加真空自耗熔炼 (EB+VAR) 时先进行电子束炉熔炼，有利于回收利用一些残料，之后再进行真空自耗熔炼，扩大锭型的同时解除单纯EB 熔炼晶粒粗壮、加工机能差的问题。

屡次 VAR 真空自耗熔炼主张是为了扩大锭型，必要造备自耗电极，返回炉料使用有限，要求高。这两种步骤均能够获得质量大于 10 t 的大规格纯镍铸锭，用于出产宽幅纯镍带，是大规格纯镍产品的有效出产方式。

6）其他钻研方向

将真空感应、真空自耗、电渣沉熔进行有机结合，充分阐扬三种熔炼工艺的优势，充分利用返回炉料，大幅度降低原料成本，有效去除非金属同化，降低 S 蹬仔害杂质含量，提高质量，同时扩大锭型、提高制品率。

2、纯镍熔炼工艺分析

1）耐侵蚀性对比尝试

增长各类残料回收是降低成本的有效措施，而能否有效解除残料带来的同化物，以及是否会影响到产品机能是工艺关注的沉点。尝试钻研了增长同比例返回炉料并使用各类熔炼工艺所出产的纯镍的耐侵蚀性，钻研选取 ASTM G28 步骤 A 进行尝试，了局见表 1。尝试了局批注真空感应加电渣熔炼双联工艺出产的纯镍铸锭由于强力去除了杂质，耐侵蚀性更高。

2）分歧冶炼工艺探求

分歧纯镍熔炼工艺对比见表 2。纯镍塑性极好，能够在很宽的温度领域内进行加工。通常板坯铸造温度为 950~1100 ℃，轧造温度为 650~950 ℃，部门能够选取≤350 ℃ 温轧，同时齐全能够冷轧，必要指出的是加工温度预防高于 1100 ℃ 和低应变速度(容易导致晶粒异常长大)[6] 。

VIM+VAR 双真空熔炼、EB+VAR 熔炼、屡次VAR 熔炼的纯镍铸锭必要选取较高的开坯温度，其晶粒较大，必要高温大变形量开坯破碎晶粒。并且工序中必要屡次刨铣、扒皮加工、建磨来保险制品质量。

选取 VIM+ESR 熔炼的铸锭晶粒较幼，表表质量好，无需扒皮加工。表表为藐幼等轴晶，不易开裂，能够采取大变形量加工。并且铸锭的热塑性、加工机能、表表质量较好，扒皮加工量少，有利于削减火次、缩短工期，加工时选取纯镍加工温度下限。

实现语

纯镍熔炼有多种步骤，各具优势和局限性。在出产各类产品时应凭据现实情况予以选择，或单独使用、或进行几种熔炼方式的优化组合，对提高纯镍制品质量、合理利用原料、节造成本有着沉要的作用。

参考文件

[1]Davis J R. ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt, and Their Alloys.ASM International Materials Park: The Materials Information Society,1997

[2]崔雅茹, 王超. 特种冶炼与金属职能资料. 北京: 冶金工业出版社,2010

[3] 王振东. 感应炉冶炼工艺技术. 北京: 机械工业出版社, 2011

[4]陈曦. 纯镍的晶粒细化及其机理钻研[学位论文]. 兰州: 兰州理工大学, 2013

[5]郑磊, 孟晔. 镍-硫合金中温脆性的机理钻研[EB/OL]. 北京: 中国科技论文在线 [2010-10-18]. http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201010-274

[6]滕杰, 赖仕祯, 高文理, 等. 粗壮柱状晶纯镍热变形流变应力行为及加工图. 湖南大学学报(天然科学版), 2015，42(6)：66