Un aperçu complet du processus d'alliage nickel des matières premières aux produits finis

Les alliages de nickel, en tant que matériau clé indispensable dans l'industrie moderne, sont largement utilisés dans les champs d'extrémité - élevés tels que l'aérospatiale, l'énergie et l'ingénierie chimique et l'ingénierie marine en raison de leur excellente résistance à la corrosion, de leur résistance à la température élevée - et de leur résistance à l'oxydation. Du minerai brut au produit fini, la production en alliage de nickel implique cinq étapes de base: la manipulation des matières premières, la fusion, le traitement, le traitement thermique et les tests de qualité. La sélection de processus et le contrôle des paramètres à chaque étape ont un impact direct sur la stabilité et la fiabilité des performances du produit.

Traitement des matières premières

Les matières premières en alliage de nickel sont principalement divisées en deux catégories: les matières premières en minerai de nickel et en métal. Les techniques de traitement ciblées sont sélectionnées en fonction du type de minerai:

Ore de nickel latérite

Environ 60% des ressources en nickel du monde existent sous la forme d'un minerai de nickel de latérite. Ses techniques de traitement sont divisées en deux types: pyrométallurgique et hydrométallurgique.

Pyrometallurgical: Suitable for high-nickel-grade ores (Ni>1,5%). Le processus typique est "le séchage du four rotatif et la réduction pré - suivie d'une réduction et d'une fusion de la fournaise électrique." Le minerai est déshydraté et partiellement réduit dans un four rotatif à 800 - 900 degré pour produire un alliage de fer nickel -. Il est ensuite profondément réduit dans une fournaise électrique à 1500-1600 degré pour produire du nickel-fer avec une teneur en nickel de 15% à 20%, atteignant un taux de récupération de nickel de 90% à 92%.

Processus humide: pour les minerais de grade faible - (Ni <1,5%), la lixiviation d'acide de pression élevée - (HPAL) est la méthode grand public. Après écrasement et broyage, le minerai est lessivé avec de l'acide sulfurique dilué à 240 - 260 degrés et 4-5 MPa, atteignant un taux de lixiviation de nickel dépassant 90%. Le lixiviat est purifié par neutralisation, précipitation, extraction du solvant et autres étapes, produisant finalement des plaques de nickel de haute pureté par électrolyse. Ce processus réduit la consommation d'énergie de 25% à 30% par rapport au processus pyrométallurgique.

Minerai de sulfure de nickel

Nickel sulfide ore must first be enriched through flotation (nickel content >3% peuvent être directement chargés au four) puis subissent une fusion pyrométallurgique:

Flasage flash: les amendes de minerai sont mélangées avec de l'air enrichi d'oxygène - à grande vitesse dans un four flash, réagissant rapidement à 1300 - 1350 degrés pour produire du nickel de bas grade (contenu en nickel 40% -60%). Le taux d'oxydation du soufre atteint plus de 98% et le gaz de combustion est recyclé par un système de production acide.

Soufflement du convertisseur: le mate nickel faible - est transféré dans le convertisseur et oxydé avec de l'air comprimé pour éliminer le fer, produisant des -} mate mate (teneur en nickel à 70% -78%), qui fournit des matières premières pour des raffinages électrolytiques ultérieurs.

Matières premières en métal

Les matières premières métalliques telles que la plaque de nickel, le ferrochrome et le cobalt doivent subir une vérification de la composition et un contrôle de la taille des particules. Par exemple, les alliages basés sur Nickel - pour les lames du moteur d'aéronefs nécessitent une fluctuation de contenu en nickel inférieure ou égal à ± 0,05%. Les matières premières doivent être jet - moulues à un maillage de 200-325 pour assurer une composition uniforme pendant la fusion.

 

Processus de fusion

La fusion moderne en alliage de nickel utilise généralement un processus "duplex" ou "triplex", en utilisant la fusion multi - pour contrôler en collaboration la composition et les impuretés:

Maisse à induction sous vide (VIM)

Dans un environnement sous vide de 10⁻²-10⁻³ PA, les matières premières sont fondues en utilisant un chauffage à induction électromagnétique, inhibant efficacement l'oxydation et l'élimination des gaz (tels que H et O). La température de fusion est contrôlée entre 1500 degrés et 1580 degrés, et l'intensité d'agitation du pool de fonte est ajustée à l'aide de paramètres de champ électromagnétique pour assurer l'uniformité de composition qui répond aux normes ASTM E1507.

Electroslag Remelting (ESR)

L'utilisation du lingot à affiner comme anode et une eau refroidie par eau - comme cathode, des impuretés telles que le soufre et l'oxygène sont éliminées à travers le laitier - réactions interfaciales métalliques. Le système de laitier utilise un système ternaire de CAF₂ - al₂o₃ - CAO. Le taux de fusion est contrôlé à 3 à 5 kg / min, et la teneur en soufre peut être réduite de 0,005% à moins de 0,001%.

Vide consommable de remontage (var)

Un moule en cuivre refroidi par eau- contrôle la vitesse de solidification et supprime la ségrégation de l'élément. Le taux de fusion est maintenu à une constante de 2 à 4 kg / min, et le vide est maintenu en dessous de 10⁻² PA. La fluctuation de la composition axiale du lingot est inférieure ou égale à ± 0,03%, et le taux de défaut de rétrécissement est réduit à moins de 0,5%.

 

Technologie de traitement

Le traitement en alliage de nickel nécessite une combinaison de travail chaud et froid pour obtenir un double contrôle de la forme et des performances:

Forgeage

L'amélioration de la microstructure est obtenue grâce à une déformation de pression élevée -. Les pièces forgées du pipeline principal de l'énergie nucléaire utilisent le forgement isotherme à 1000-1050, en maintenant une déformation de 60% à 70%. Cela affine la taille des grains de la 5e année ASTM à la 8e année et améliore la résistance à la fatigue par 2 à 3 fois.

Roulement

Roulement à chaud: des passes de déformation multiples sont effectuées au-dessus de la température de recristallisation. La feuille d'alliage basée sur le nickel - est produite par un processus de roulement et de refroidissement contrôlé, avec une température de roulement finale de 950-1000 et un taux de refroidissement de 10-15 degrés / s, atteignant un équilibre optimal entre la force (σb=950-1050 MPA) et la ténacité (akv=70-90 j).

Roulement à froid: la précision de surface est améliorée par une déformation élevée de réduction. La ligne de production de la bande de précision utilise une jauge d'épaisseur en ligne pour maintenir une tolérance d'épaisseur à moins de ± 1 μm et une rugosité de surface RA inférieure ou égale à 0,2 μm, répondant aux exigences électroniques de l'emballage.

Dessin

Multi - Pass Cold Drawing combiné avec le recuit intermédiaire produit un fil de soudage de précision élevé -. L'utilisation du lubrifiant nanographique réduit la force de dessin de 20% -25%, réduisant la rugosité de la surface de RA 0,8 μm à inférieur à 0,2 μm de PR et réduisant le taux de fissure de soudure à moins de 0,1%.

 

Traitement thermique

Le traitement thermique modifie la microstructure de l'alliage à travers un cycle de refroidissement de chauffage - et est une étape clé dans l'optimisation des performances:

Traitement de la solution

Chauffer l'alliage à 1100-1150 degrés et tenir pendant 1 à 2 heures pour dissoudre complètement la phase précipitée. Par exemple, après le traitement de la solution, l'alliage N6 Nickel présente une amélioration de 30% de l'uniformité de la taille des grains et une augmentation de 15% à 20% de la ductilité et de la ténacité.

Traitement du vieillissement

Tenez l'alliage à 700 - 850 degré pour 12 - 24 heures pour promouvoir la précipitation de la phase '. Un traitement de vieillissement à deux - (760 degrés pour 8 heures + 620 pendant 16 heures) pour les alliages de lame du moteur d'aéronef atteint une résistance à l'endurance à haute température de 600-700 MPa, une augmentation de 30% à 40% par rapport au secteur à une étape.

Traitement cryogénique

Le traitement à l'azote liquide à -196 élimine l'austénite conservée. Le traitement cryogénique des composants de la plate-forme offshore améliore la stabilité dimensionnelle de 40% à 50%, la résistance à l'usure de 25% à 30% et la durée de vie de plus de 20 ans.

 

Inspection de qualité

Des matières premières aux produits finis, la qualité est assurée à travers plusieurs niveaux de test:

Analyse chimique: Spark Direct - Les spectromètres d'émission sont utilisés pour analyser rapidement la composition, avec des fluctuations contrôlées à ± 0,01%.

Examen métallographique: La diffraction des rétrodiffusion électronique (EBSD) est utilisée pour analyser l'orientation des grains et garantir que les taux de fluage de température élevés - répondent aux normes.

NON - Test destructeur: la TDM industrielle détecte les défauts internes avec une sensibilité allant jusqu'à 0,02 mm (Ø) et un taux de manque de défaut inférieur à 0,1%.

Après avoir réussi l'inspection, le produit final est le vide - emballé et l'humidité - pour assurer des performances stables pendant le transport.

 

La production en alliage de nickel réside à l'intersection de la science des matériaux, de l'ingénierie métallurgique et de la fabrication de précision. Son noyau réside dans la réalisation d'une correspondance précise entre la composition, la structure et les propriétés via le contrôle de processus multi -. Alors que les exigences de performance des matériaux continuent d'augmenter dans l'aérospatiale, la nouvelle énergie et d'autres champs, le traitement de l'alliage nickel évolue vers une pureté plus élevée, une taille de grain plus fine et une stabilité thermique améliorée.