一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法技术

本发明专利技术提供一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，所述冶炼方法采用配比为CaF265~72%，Al2O312~15%，CaO 12~15%，TiO21~5%的四元渣系，优化了电渣重熔启动阶段、熔炼阶段和充填阶段的电制度，适合于成分为Co 13.0~16.0，Cr 10.0~16.0，W 4.0~6.0，Mo 2.0~4.0，Al 2.0~5.0，Ti 1.5~3.7，Nb 0.7~1.5，B 0.01~0.015，Zr 0.005~0.045，C 0.02~0.05，Ni为余量，直径为300~560mm的镍基高温合金电渣锭的冶炼。本发明专利技术所述的高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法能够有效解决电渣锭头尾的铝钛元素烧损问题。渣锭头尾的铝钛元素烧损问题。渣锭头尾的铝钛元素烧损问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法


[0001]本专利技术属于高温合金冶炼
，具体涉及一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法。

技术介绍

[0002]高温合金是指一类以Fe、Ni和Co为基体且能在600℃以上高温及一定应力作用下长期工作的金属材料，其具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。具体地，对于镍基高温合金，其是以Ni元素为基体，再加入Co、Cr、W、Mo、Al、Ti、Nb、B、C、Zr等元素，制备而成的一类高温合金。其中，Al和Ti元素是镍基高温合金中重要的合金元素，Al和Ti元素能与Ni元素形成一种化学组成为Ni3(Al，Ti)的强化相γ
′
相。对于沉淀强化型镍基高温合金而言，其主要依靠γ
′
相强化，这种强化效果与合金中的Al和Ti元素含量息息相关。电渣锭中Al和Ti元素出现明显烧损，一方面会造成部件的力学性能出现波动，无法满足技术指标要求，影响合格率；另一方面还会造成批次质量的稳定性，影响服役可靠性。因此，Al和Ti元素含量的控制对镍基高温合金(尤其是沉淀强化型镍基高温合金)的性能起着重要维系作用。
[0003]电渣重熔是高温合金一种重要的精炼工艺，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；其目的是提高金属纯度、去除夹杂物、脱除硫元素、改善铸锭结晶组织。航空航天用高质量高温合金直径300mm以下的铸锭，可以采用电渣重熔工艺制备成品铸锭。但是直径300mm以上的铸锭采用电渣重熔，更易出现Al和Ti元素的烧损。然而，高Al和Ti合金在电渣重熔过程中会发生一定程度的烧损，进而影响到合金的性能一致性和稳定性。这是由于Al和Ti是活泼的易氧化元素，而熔渣的主成分是还原性氧化物，在重熔过程中Al和Ti元素会与熔渣中的氧化物发生还原反应，造成钢锭沿纵向出现Al和Ti元素含量的梯度变化，这造成了力学性能波动、质量稳定性差等不良后果。
[0004]因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，能够有效解决电渣锭头尾的铝钛元素烧损问题。
[0006]本专利技术第一方面提供一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，所述冶炼方法采用四元渣系进行电渣重熔，所述四元渣系的组成和重量百分比为CaF
2 65～72％，Al2O
3 12～15％，CaO 12～15％，TiO
2 1～5％；所述冶炼方法包括启动阶段、熔炼阶段和充填阶段。通过该技术手段，优化设计了四元渣系的配比，使渣系配比更适合于高铝钛的镍基高温合金电渣锭的冶炼，能够有效控制铝钛的元素烧损。
[0007]优选地，在电渣重熔炉中装入冶炼电极和所述四元渣系的渣料，通过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到高铝钛的镍基合金电渣锭；所述启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为5000～10000A，按照1000～
3000A/min的速度提升电流，直至电流强度为12000～17000A之间，然后保持10～30min；按照100～300A/min的速度降低电流，至10000～14000A之间。通过该技术手段，优化了电渣锭冶炼启动阶段的电制度，设定较低的初始电流然后采用无级变速方式提升，提升至一定功率后再采用无级变速方式降低，达到适中的电流后进入熔炼阶段。采用本专利技术的电制度，能够提高电渣锭冶炼初始阶段功率的稳定性，有效避免铝钛元素的烧损。
[0008]优选地，所述熔炼阶段采用熔速控制，所述熔速为3.5～5.5kg/min，电极剩余300～550kg后开始降低熔速，0.5-1.5kg/min/h的速度调低熔速，至3.0～4.5kg/min后保持。通过该技术手段，优化了电渣锭冶炼熔炼阶段的电制度，采用熔速控制能够提升熔炼阶段的稳定性，在熔炼阶段的后期采用无级变速的方式降低熔速，能够避免进入充填阶段后再大幅降低熔速造成的功率大幅降低，进而避免铝钛元素的烧损。
[0009]优选地，所述充填阶段采用熔速控制，所述熔速连续降低；电极剩余100～300kg后开始充填，充填过程按0.5-2.0kg/min/h的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，剩余15～45kg后停止熔炼。通过该技术手段，在充填阶段采用无级变速的方式降低熔速，能够避免充填阶段过程中熔速波动造成的铝钛元素的烧损。
[0010]优选地，所述高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比为：Co 13.0～16.0，Cr 10.0～16.0，W 4.0～6.0，Mo 2.0～4.0，Al 2.0～5.0，Ti 1.5～3.7，Nb 0.7～1.5，B 0.01～0.015，Zr 0.005～0.045，C 0.02～0.05，Ni为余量。通过该技术手段，所述合金成分适合于本专利技术提供的渣系配比和冶炼方法，能够制备满足航空航天及燃气轮机用高性能的镍基高温合金电渣锭。
[0011]优选地，所述高铝钛的镍基高温合金电渣锭直径为300～560mm。通过该技术手段，所述合金电渣锭的直径适合于本专利技术提供的渣系配比和冶炼方法。能够制备电渣锭直径满足航空航天及燃气轮机用高性能镍基高温合金部件所需的电渣锭。
[0012]优选地，在采用所述的冶炼方法进行冶炼的过程中，Al元素的损失量为3～6％，Ti元素的增加量为1～10％。通过该技术手段，能够有效控制高铝钛的镍基高温合金电渣锭头尾的成分均匀性，保证采用电渣锭制成部件的质量稳定性。
[0013]本专利技术第二方面提供一种所述的冶炼方法制备的高铝钛的镍基合金。
[0014]本专利技术第三方面提供所述的高铝钛的镍基合金在航空航天和能源领域的应用。
[0015]本专利技术创造的有益效果：本专利技术提供了一种优化后的四元渣系的电渣配比和冶炼方法，主要是通过调整电渣中Al2O3与TiO2的合理配比和冶炼工艺参数的优化，抑制300～560mm高铝钛的镍基合金电渣锭冶炼过程中Al和Ti元素的烧损，进而改善电渣锭的成分均匀性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为电渣重熔过程的示意图；其中，1为电极，2为电渣锭充填端(头部)，3为电渣，4为电渣锭，5为电渣锭启动端(尾部)。
具体实施方式
[0018]下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
[0019]可对本专利技术提到的特征或实施例提到的特征进行组合。本说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法采用四元渣系进行电渣重熔，所述四元渣系的渣料组成和重量百分比为CaF
2 65~72%，Al2O
3 12~15%，CaO 12~15%，TiO
2 1~5%；所述冶炼方法包括启动阶段、熔炼阶段和充填阶段。2.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，在电渣重熔炉中装入冶炼电极和所述四元渣系的渣料，通过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到高铝钛的镍基合金电渣锭；所述启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为5000~10000A，按照1000~3000A/min的速度提升电流，直至电流强度为12000~17000A之间，然后保持10~30min；按照100~300A/min的速度降低电流，至10000~14000A之间。3.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述熔炼阶段采用熔速控制，初始的熔速为3.5~5.5kg/min，冶炼电极剩余300~550kg后开始降低熔速：以0.5-1.5kg/min/h的速度调低熔速，至3.0~4.5kg/min后保持。4.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述充填阶段采用熔速控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄烁，张北江，张文云，赵光普，秦鹤勇，段然，刘吉猛，沈中敏，
申请(专利权)人：北京钢研高纳科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：