一种高Al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法

本发明属于镍铁基高温合金冶炼，具体涉及一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法。

背景技术：

1、高温合金作为高性能金属材料，已经得到广泛的研究和应用。然而传统高温合金的高密度和高成本是行业内面临的共同问题。最近发展起来的新型镍铁基高温合金因其具有低密度、高强度、成本低和良好的抗氧化腐蚀性能得到关注，在航空发动机的封严环、导流片、承力环等部件以及核反应堆的关键耐蚀部件具有重要的应用前景。专利cn202111014152.3给出了合金的成分及实验级真空电弧熔炼工艺。然而，实际工业化应用过程中，1吨以上的大型高温合金锭需要进行真空感应及电渣熔炼，现有工艺无法满足该合金的工业化生产。

2、申请号为2019103853475的专利文件，公开了一种镍基高温合金gh4698大规格铸锭的三联冶炼工艺，该专利针对gh4698通过熔炼、电渣重熔esr和真空自耗熔炼var，实现了大规格gh4698铸锭的形成，且制备出来的杂质含量较低，但是该专利对应的工艺较为复杂，且适用于铝含量相对较低(1.45wt.％-1.80wt.％)的镍基合金。

3、对于铝含量较高的镍铁合金，因含有较高al元素，在合金冶炼时容易与气体氧反应，形成夹杂物夹杂从而影响高温持久性能，同时al和ti元素在电渣熔炼时会与渣料发生化学反应，造成铸锭头尾成分不一致。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种新型低密度镍铁基高温合金铸锭的制备方法，以解决现有的工艺难以生成大型高温合金锭，且该合金铸锭制备过程中夹杂高，易于铸锭头尾成分不一致的问题；该制备方法用于生产低夹杂物、成分高一致性的φ430mm规格的电渣成品铸锭。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，包括以下步骤：

4、步骤1，称量原材料：镍板、真空脱气铬、工业纯铁、钛锭、铝豆、镍钼合金和石墨碳；烘烤镍板、真空脱气铬和工业纯铁；

5、步骤2，将称量的30wt.％-50wt.％镍板、真空脱气铬、镍钼合金和工业纯铁置于真空感应熔炼中，抽真空后送电，直至物料完全熔化，然后以送电功率为800kw-1000kw真空熔炼，真空熔炼期间真空度≤0.3mbar；物料完全熔化后，进行电磁搅拌；降低送电功率至100kw-200kw，待钢液结膜后，加入钛锭和铝豆，升高送电功率精炼，送电功率为300kw-450kw，保持时间为2h-4h；加入剩余的镍板和称量的石墨碳，充入230mbar-300mbar的氩气，增加功率至500kw-750kw，同时进行电磁搅拌，待钢液不再产生气泡后进行浇铸，形成过程铸锭；

6、步骤3，将过程铸锭和电渣加入至esr中熔炼，以质量百分数计，电渣的成分为：caf2为75％，al2o3为20％，tio2为5％；化渣时，先加入30％-60％的渣料，设定化渣功率为400kw-600kw，10min-15min后，加入剩余渣料；熔炼时，熔速为180kg/h-210kg/h，渣阻为6mohm-10mohm，熔炼期间通过0.1bar-0.5bar的ar?；?；当电极剩余重量为200kg-180kg时开始补缩，降低熔速，完成esr熔炼，从ar冷却1h-3h后形成铸锭，为低密度镍铁基高温合金。

7、本发明的进一步改进在于：

8、优选的，步骤2中，镍板、真空脱气铬、镍钼合金和工业纯铁置于真空感应熔炼中后，先以功率50kw-100kw送电，保持1h-2h，然后经过2h-5h逐级加大功率至800kw-1000kw，直至物料完全熔化。

9、优选的，步骤2中，步骤2中，物料完全熔化后，电磁搅拌时间为5min-10min。

10、优选的，步骤2中，加入钛锭和铝豆后，精炼温度为1500℃～1650℃，精炼过程中电磁搅拌。

11、优选的，步骤2中，浇注温度为1480℃-1520℃，浇铸完成后，真空冷却60min-120min后进行脱模，获得过程铸锭。

12、优选的，步骤3中，补缩时，降低熔速至50kg/h。

13、优选的，步骤3中，剩余重量为20kg～40kg后断电，完成esr熔炼。

14、优选的，步骤1中，以份数计，原材料的用量为：镍板1174份-1282份，真空脱气铬240份-360份、工业纯铁900份-1200份、钛锭36份-54份、铝豆180份-300份、镍钼合金168份-192份、石墨碳2.4份-3.6份；

15、优选的，步骤2中，总投料量为3t；步骤3中，电渣渣量为60份-90份。

16、优选的，密度小于7.8g/cm3。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明公开了一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，该方法针对铝含量高，密度低，冶炼过程易于烧损，且使得铸锭头尾成分不一致的问题，首先根据该合金的成分特征和使用要求，通过对原材料的烘干处理、真空感应熔炼过程中对加料顺序、精炼温度等合理匹配，以及电渣熔炼时充入ar气?；?，从而大幅减少合金中的氧化物夹杂，提高铸锭的纯净度，同时电渣熔炼时通过渣料的选择和熔炼参数的控制，减少al和ti的烧损，保证铸锭头尾成分的一致性；冶炼过程中，通过采用三级递进脱氧，首先通过真空和熔渣脱氧，先去除合金液中大量的氧，然后通过铝钛去夹杂脱氧，最后通过石墨碳脱氧补碳，使得钢液的纯净度高；采用本发明的方法能够制备出al含量达到6.0wt.％-10.0wt.％，夹杂物含量较低、头尾成分一致性较好的双联新型低密度镍铁基高温合金铸锭。该方法将前期的去脱氧去夹杂，以及后期渣系结合，使得渣系能够防止铝钛烧损的同时，吸附部分夹杂，制备出夹杂物含量较低、头尾成分一致性较好的双联新型低密度镍铁基高温合金铸锭。

19、进一步的，在化料过程中，先通过小功率化料，熔化后增加功率，使固态原材料逐渐熔炼有利于带入气体的释放。

20、进一步的，真空熔炼过程始终控制真空度小于0.3mbar，高真空冶炼使得能够进行真空脱氧。

21、进一步的，加入钛锭和铝豆后，增加功率熔炼，使钢液中的氧元素与活泼金属al、ti充分反应生产氧化物。

22、进一步的，根据渣成分的调整，调整化渣功率；分阶段加入渣料，保证渣料的熔化效果。

23、进一步的，电渣熔炼时充入?；ば云盏腶r气，有效避免大气中氧气与钢液中活泼元素al和ti接触，提高合金纯净度。

技术特征：

1.一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤2中，镍板、真空脱气铬、镍钼合金和工业纯铁置于真空感应熔炼中后，先以功率50kw-100kw送电，保持1h-2h，然后经过2h-5h逐级加大功率至800kw-1000kw，直至物料完全熔化。

3.根据权利要求1所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤2中，物料完全熔化后，电磁搅拌时间为5-10min。

4.根据权利要求1所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤2中，加入钛锭和铝豆后，精炼温度为1500℃～1650℃，精炼过程中电磁搅拌。

5.根据权利要求1所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤2中，浇注温度为1480℃-1520℃，浇铸完成后，真空冷却60min-120min后进行脱模，获得过程铸锭。

6.根据权利要求1所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤3中，补缩时，降低熔速至50kg/h。

7.根据权利要求1所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤3中，剩余重量为20kg～40kg后断电，完成esr熔炼。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤1中，以份数计，原材料的用量为：镍板1174份-1282份，真空脱气铬240份-360份、工业纯铁900份-1200份、钛锭36份-54份、铝豆180份-300份、镍钼合金168份-192份、石墨碳2.4份-3.6份。

9.根据权利要求8所述的一种高al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，其特征在于，步骤2中，总投料量为3t；步骤3中，电渣渣量为60份-90份。

技术总结
本发明公开了一种高Al低密度镍铁基高温合金铸锭双联冶炼方法，该方法针对铝含量高、易于烧损使得铸锭头尾成分不一致的问题，通过对原材料选材和处理、真空感应熔炼过程中对加料顺序、精炼温度等合理匹配，以及电渣熔炼渣系的选择和熔炼参数的优化，从而得到夹杂物含量较低、头尾成分一致性较好的双联新型低密度镍铁基高温合金铸锭。

技术研发人员：史新波,王志军,樊晓光,徐涛,许泉,何峰,林立洲
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8