一种镍基高温合金的电渣重熔方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基高温合金的电渣重熔方法，其根据镍基高温合金中铝钛比，设计电渣渣系中Al2O3和TiO2的含量，有效抑制重熔过程中液滴穿越渣池中的反应进程，可稳定保持铝、钛收得率在95%以上；电渣重熔过程中，采用抽锭式结晶器，利用Co60液位检测装置定位金属熔池，待金属熔池末端50～100mm范围全部位于电磁搅拌线圈区域时开启电磁搅拌电源，减轻成分过冷、减少元素偏析，转变传热模式、提高传热效率，电渣锭中Nb、Cr、Ni、Al、Ti等主要元素宏观偏析指数为0.95～1.05之间，二次枝晶间距比传统电渣减少30～40%。二次枝晶间距比传统电渣减少30～40%。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基高温合金的电渣重熔方法


[0001]本专利技术属于冶金
，涉及一种电渣重熔方法，尤其是一种镍基高温合金的电渣重熔方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金具有卓越的使用性能，广泛用于航空航天、电力、造船、石油化工等领域。该合金在工作温度600～1000℃下，具有一定的持久强度、蠕变强度、热疲劳强度和韧性，还具有很强的抗氧化性能和耐蚀性能，合金具有单一稳定的γ固溶体组织，在大幅度的温度变化下组织基本不发生变化，为合金部件的安全使用提供了保障。
[0003]高温合金的生产一般有真空感应熔炼+电渣重熔、真空感应熔炼+真空自耗两种工艺流程，其中以真空感应熔炼+电渣重熔工艺生产的高温合金产量约占总高温合金产量的80％以上，所以作为终端工序电渣重熔，其冶金质量的好坏直接影响后续的热冷加工、热处理及焊接等工艺性能。目前，国内的航空发电机导向叶片、涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室、火箭发动机涡轮盘、轴类部件、进气导管、喷嘴、600Mpa及以上的燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片用高温合金基本完全依赖进口，国产高温合金仅用于部分民用领域，如柴油机、汽油机的废气增压涡轮、石油催化裂化装置用烟气涡轮等，究其原因，主要是国产高温合金的高温强度和组织稳定性较差，这都归因于电渣冶金质量特别是组织成分的不均和不稳定性。
[0004]电渣重熔工艺中有许多关键参数影响高温合金铸锭的质量，化学元素的收得率影响成分的精确控制，局部凝固时间则影响电渣凝固组织的均匀性，所以，如何稳定电渣过程中元素收得率和局部凝固时间是电渣冶金的关键。
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技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种镍基高温合金的电渣重熔方法，其包括以下步骤：
[0006](1)将配比好的CaF2‑
CaO
‑
Al2O3‑
TiO2渣系通电熔化，注入结晶器中，启动电渣重熔电源，将渣温升至1600～1700℃；所述渣系中Al2O3、TiO2的重量含量与镍基高温合金中的Al和Ti的重量含量之比η相关，具体关系式为：
[0007][0008]其中，Al/Ti＝η；
[0009](2)进入重熔期，控制熔速v＝(0.8～1.5)*10
‑2d，待金属熔池末端50～100mm范围全部位于电磁搅拌线圈区域时开启电磁搅拌电源，所述v为熔速，单位：kg/min，d为结晶器内直径，单位：mm；
[0010](3)开启抽锭系统至重熔期结束，抽锭速度(3)开启抽锭系统至重熔期结束，抽锭速度
[0011]其中：Γ
‑
抽锭速度，单位：mm/min；
[0012]ξ
‑
结晶器参数，无量纲，取0.8～1；
[0013]v
‑
熔速，单位：kg/min；
[0014]ρ
‑
合金固相密度，单位：g/cm3；
[0015]d
‑
结晶器内直径，单位：mm；
[0016](4)补缩期持续时间15～60min，熔炼结束；
[0017](5)熔炼结束后脱模，所得铸锭缓冷；
[0018]所述镍基高温合金中Ti、Al的重量含量分别为Ti：0.65～1.15％，Al：0.2～1.95％。
[0019]所述步骤(1)，渣系中CaF2重量含量为30～55％，CaO重量含量为15～30％。
[0020]所述步骤(1)，将配比好的CaF2‑
CaO
‑
Al2O3‑
TiO2渣系通电熔化，熔清后升温至1450～1600℃，维持30～60min充分脱除水分后，注入结晶器中，下降气氛保护罩，接通氩气，维持罩内压力1000～2000Pa，启动电渣重熔电源，以25～60V电压、1.5～5.5KA电流供电，将渣温升至1600～1700℃。
[0021]所述步骤(2)，进入重熔期，调整电压为30～60V、电流为2.5～7.5KA；待金属熔池末端50～100mm范围全部位于电磁搅拌线圈区域时开启电磁搅拌电源，电磁搅拌的频率2～8Hz、电流50～400A。
[0022]所述步骤(2)，采用Co60结晶器液位检测装置，液位检测装置和电磁搅拌线圈置于结晶器内部距结晶器上沿200～400mm处。
[0023]所述步骤(3)，当结晶器内直径d≤300mm时，ξ取1；当结晶器内直径d≥400mm时，ξ取0.8；当300＜d＜400mm时，ξ取0.9。
[0024]所述步骤(4)，补缩期逐步调整电压至25～55V、电流1.5～4.5KA。
[0025]所述步骤(5)，熔炼结束30～60min后脱模，所得铸锭置于400～600℃加热炉内缓冷。
[0026]所述镍基高温合金中化学元素及重量含量分别为：C≤0.1％，Si≤0.045％，Mn≤0.045％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr:17～21％，Mo:2.8～3.3％，Ni:50～55％，Ti:0.65～1.15％，Al:0.2～1.95％，Nb:4.75～5.55％，余量为铁及不可避免的杂质。
[0027]本专利技术的设计思路如下：
[0028](1)高温合金电渣重熔时有些元素是不参与渣
‑
金化学反应和氧化反应的，如Ni、Fe、Mo、Co等活性较差的元素，它们的收得率稳定在98％以上；C、Si、Mn、Cr等较活泼的元素会有部分参与渣
‑
金反应或与大气氧反应，但如果采用气氛保护则可完全避免；Al、Ti等活泼元素的反应则比较复杂，它们既与气氛中氧反应，又与渣中其他氧化物反应，使得收得率极不稳定，采用气氛保护可有效阻隔大气中氧进入渣池，切断氧化烧损，而阻隔渣
‑
金反应则需要设计合理渣系，避免渣中这一反应或使得这一反应达到平衡。
[0029]本专利技术根据镍基高温合金中铝钛相对含量，多次进行对比试验，归纳确定特定成分的渣系，在本渣系条件下，有效避免了铝钛的渣
‑
金反应，提高了元素的收得率。
[0030](2)局部凝固时间是与二次枝晶间距直接相关联的参数，其受电渣熔速和冷却速度控制，二者中又以冷却速度影响最大，电渣的热传导过程是液相金属
‑
两相区
‑
固相
‑
渣皮
‑
结晶器
‑
冷却水，其中渣皮
‑
结晶器
‑
冷却水热传导是固定的、快速的，而前面液相金属
‑
两相区
‑
固相
‑
渣皮热传导则比较慢，特别是镍基材料，所以，如何提高热量在金属熔池
‑
渣皮的传导速率是减少局部凝固时间的关键。
[0031]本专利技术在凝固前沿中施加电磁搅拌，均匀成分减轻偏析，搅动钢液使原有的传热方式由传导传热转变为对流传热，提高传热效率，减少局部凝固时间。本专利技术在结晶器内部距结晶器上沿200～400mm处设置Co60液位检测装置和电磁搅拌线圈，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金的电渣重熔方法，其特征在于：其包括以下步骤：（1）将配比好的CaF2‑
CaO
‑
Al2O3‑
TiO2渣系通电熔化，注入结晶器中，启动电渣重熔电源，将渣温升至1600～1700℃；所述渣系中Al2O3、TiO2的重量含量与镍基高温合金中的Al和Ti的重量含量之比η相关，具体关系式为：其中，；（2）进入重熔期，控制熔速v=（0.8～1.5）*10
‑2d，待金属熔池末端50～100mm范围全部位于电磁搅拌线圈区域时开启电磁搅拌电源，所述v为熔速，单位：kg/min，d为结晶器内直径，单位：mm；（3）开启抽锭系统至重熔期结束，抽锭速度Γ=4ξ*106v/[πρ（d
‑
2）2]，其中：Γ
‑
抽锭速度，单位：mm/min；ξ
‑
结晶器参数，无量纲，取0.8～1；v
‑
熔速，单位：kg/min；ρ
‑
合金固相密度，单位：g/cm3；d
‑
结晶器内直径，单位：mm；（4）补缩期持续时间15～60min，熔炼结束；（5）熔炼结束后脱模，所得铸锭缓冷；所述镍基高温合金中Ti、Al的重量含量分别为Ti：0.65～1.15%，Al：0.2～1.95%。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金的电渣重熔方法，其特征在于：所述步骤（1），渣系中CaF2重量含量为30～55%，CaO重量含量为15～30%。3.根据权利要求2所述的镍基高温合金的电渣重熔方法，其特征在于：所述步骤（1），将配比好的CaF2‑
CaO
‑
Al2O3‑
TiO2渣系通电熔化，熔清后升温至1450～1600℃，维持30～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福利，侯自兵，李瑞杰，曹江海，齐紫阳，张灿，王博祥，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：