專利名稱：一種真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空感應(yīng)爐冶煉鎳基合金的方法。
背景技術(shù)：
鎳基高溫合金通常由真空感應(yīng)爐冶煉，合金中含有大量的氮化物形成元素Cr、A1、Ti等，氣體元素N、H在鎳基合金中溶解度較高，從而從鎳基合金液中脫除N、H較為困難。目前，真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金，一種方法是原料中配入一定的碳，通過較高真空下的碳脫氧反應(yīng)來進(jìn)行脫氣精煉；另一種方法是延長精煉時間，并且在精煉期及合金化期多次冷凍處理鎳基合金液，通過降低氣體溶解度來脫氣；這兩種方法缺點是合金中最終的碳含量容易超標(biāo)，且脫氣反應(yīng)的動力學(xué)條件差，脫氣能力有限，冶煉時間長，通常產(chǎn)品中N含量大于 70ppm, H 大于 2ppm。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金的方法的上述不足，本發(fā)明提供一種脫氣效率高的真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金方法。本發(fā)明技術(shù)方案是在真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金時，創(chuàng)造有利于脫氣反應(yīng)的動力學(xué)條件，提高真空下合金液與氣相的接觸面積，提高氣體元素N、H擴散速度的方法，通過真空感應(yīng)爐爐底吹入高純氬氣，在合金液內(nèi)形成氬氣泡，由于氣泡內(nèi)N、H分壓較低，合金熔體內(nèi)溶解的N、H擴散進(jìn)入氬氣泡，在高真空條件下，氬氣泡上浮排出，促進(jìn)了脫氣反應(yīng)的進(jìn)行。另外，上浮的氬氣泡對合金液起到攪拌作用，增大了合金液比表面積，增強了精煉脫氣效果。首先在真空下熔化合金料，冶煉工藝包括熔化期、前精煉期，合金化期和后精煉期，在前精煉期熔融合金液具有一定脫氧的前提下，開始底吹氬氣精煉，氬氣流量
O.4-0. 5min/L，真空度小于5Pa，精煉溫度1500-1550°C，精煉20-25分鐘；合金化期停止吹気，鋼液降溫后加入A I、Ti進(jìn)行合金化；A I、Ti化清后,進(jìn)入后精煉期,再次進(jìn)行底吹IS氣，精煉10-15分鐘，溫度1450-1500°C。精煉結(jié)束后，帶電出鋼澆鑄成合金錠。本真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金的方法包括下述依次的步驟
I按照配比將合金原料裝入爐內(nèi)；
II關(guān)閉爐蓋抽真空，爐內(nèi)壓強不大于IOPa時，送電熔化爐料；
III熔化期，熔化速度< 1/2爐最大容量/小時；
IV前精煉期
爐料全部化清后，觀察合金液面不再冒氣泡，熔池表面平靜后進(jìn)入前精煉期。開始底吹氬氣精煉，氬氣流量O. 4-0. 5min/L，真空度不大于5Pa，精煉溫度1500_155(TC，精煉20-25分鐘；
V合金化期停止吹氬，鋼液降溫至鋼液面結(jié)膜，加入A l、Ti進(jìn)行合金化；(加入量按照合金中Al、Ti百分含量進(jìn)行計算)VIA I、Ti化清后，進(jìn)入后精煉期，再次進(jìn)行底吹氬氣，氬氣流量O. 4-0. 5min/L，精煉10-15 分鐘，溫度 1450 1500。。。VII 充氣
精煉結(jié)束后，關(guān)閉真空泵，停止抽真空。向爐內(nèi)與錠模內(nèi)充入氬氣，氬氣為O. 2
O.3bar ； (Ibar=I 大氣壓)。珊終點合金化加入B、Zr、稀土元素,加入Ni-Mg合金。IX 3-4分鐘后帶電出鋼澆鑄成合金錠。為使?fàn)t料在熔化過程中充分去氣和熔化正常，不發(fā)生大噴濺，保證爐內(nèi)高真空度，在步驟III爐料熔化時，一般熔化速度< 1/2爐最大容量/小時，可使鋼在熔化過程由于真空的作用充分去除氣體在步驟IV前精煉期底吹氬氣精煉，是為了排除Al、Ti等元素加入后降低脫N能力的影響，使合金熔體在高真空下脫氣后再進(jìn)行合金化；步驟VI合金化后的底吹氬氣精煉可進(jìn)一步去除合金化過程帶入的氣體元素，使去氣更徹底。為了有效保護(hù)易揮發(fā)元素，在步驟Vn中向爐內(nèi)充入O. 2 O. 3個大氣壓的氬氣。然后在步驟VDI中加入Zr、Mg、稀土元素3 4分鐘后立即出鋼，保證這些元素收得率。采用該方法在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉鎳基高溫合金，合金冶煉期間可以不加碳，并且精煉時間為35-40分鐘，就可以得到氣體及碳含量均很低的鎳基高溫合金，可將合金中N降低到40ppm以下，H降低到2ppm以下。它主要應(yīng)用于同時要求低碳及低氣體含量的鎳基高
々日么么
fjUL 口 W. ο
具體實施例方式下面結(jié)合實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的具體實施方式
不局限于下述的實施例。實施例一
本實施例的設(shè)備采用500kg真空感應(yīng)爐極限真空度為6.67X10_2 Pa，電源功率為400KW，頻率為1000HZ，裝爐量500kg。合金種類Inconel718I按照配比將合金原料裝入爐內(nèi)
按照合金的成分質(zhì)量百分比計算需要加入的合金量，將金屬鉻、鎳板、金屬鑰、鎳鈮裝入爐內(nèi)。(其余的合金在精煉后期加入)合金的成分的質(zhì)量百分比為
C 彡 O. 03% ； Si 彡 O. 35% ； Mn 彡 O. 35% ；P ( O. 015% ；S ( O. 002% ；
Cr 17. 0-21. 0% ； Al O. 6-0. 8% ； Ti O. 8-1. 10% ； Nb 4. 75-5. 50% ；
Mo 2. 8-3. 3% ； Ni 50. 0-55. 0% ； Mg O. 002-0. 003% ；
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。本實施例的成分的質(zhì)量百分比為
C O. 015% ； Si O. 17% ； Mn O. 17% ；P O. 007% ； S O. 001% ；Cr 19. 0% ；
Al O. 7% ； Ti O. 95% ； Nb 5. 22% ； Mo 3. 1% ； Ni 52. 2% ；Mg O. 002% ；
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。II關(guān)閉爐蓋抽真空，爐內(nèi)壓強不大于8. OPa時，送電熔化爐料。III熔化期熔化速度< 250kg/小時，爐最大容量500kg。IV前精煉期、爐料全部化清后，通過觀察窗觀察，合金液面不再冒氣泡，熔池表面平靜后進(jìn)入前精煉期。開始底吹氬氣精煉，氬氣流量O. 45min/L,真空度不大于3. OPa,精煉溫度1530°C，精煉25分鐘；
V合金化期停止吹氬，鋼液降溫到結(jié)膜溫度，加入Al、Ti進(jìn)行合金化；
VI Al、Ti化清后，進(jìn)入后精煉期，再次進(jìn)行底吹氬氣，氬氣流量O. 4min/L,精煉10分鐘，溫度1480°C。νπ充氣精煉結(jié)束后，關(guān)閉真空泵，停止抽真空。向爐內(nèi)與錠模內(nèi)充入氬氣，氬氣為 O. 2bar。VIH終點合金化加入B、Zr、稀土元素,加入Ni-Mg合金。IX 4分鐘后帶電出鋼澆鑄成合金錠。在合金錠上取樣分析，N含量為35ppm，H含量為I. 52ppm。實施例二
本實施例的設(shè)備采用500kg真空感應(yīng)爐極限真空度為6.67X10_2 Pa，電源功率為400KW，頻率為1000HZ，裝爐量500kg。合金種類In617I按照配比將合金原料裝入爐內(nèi)(總裝爐量450kg)
合金的成分的質(zhì)量百分比為
C ≤ O. 025% ； Si ≤ O. 30% ； Mn ≤ O. 30% ; P ≤ O. 012% ；S ( O. 001% ；
Cr 21. 5-22. 5% ； Co 11. 5-12. 5% ； Al I. 1-1. 3% ；Ti 0.3-0.5%; Mo 8.5-9.5%;Fe ( 2. 0% ； Mg O. 002-0. 004% ； B O. 001-0. 003% ； Zr O. 03-0. 05 ；
其余為Ni與不可避免的雜質(zhì)。本實施例的成分的質(zhì)量百分比為
C O. 012% ； Si O. 15% ； Mn O. 15% ； P O. 006% ； S O. 0005% ；
Cr 22. 0% ； Co 12. 0% ； Al I. 2% ； Ti O. 4% ； Mo 9. 0% ；Fe I. 0% ； Mg O. 003% ；B O. 002% ； Zr O. 04% ;其余為Ni與不可避免的雜質(zhì)。II關(guān)閉爐蓋抽真空，爐內(nèi)壓強6. OPa時，送電熔化爐料。III熔化期熔化速度< 250kg/小時，爐最大容量500kg。IV前精煉期
爐料全部化清后，觀察合金液面不再冒氣泡，熔池表面平靜后進(jìn)入前精煉期。開始底吹氬氣精煉，氬氣流量O. 45min/L，真空壓強不大于5Pa，精煉溫度1520°C，精煉22分鐘；
V合金化期停止吹氬，鋼液降溫到結(jié)膜溫度，加入Al、Ti進(jìn)行合金化；本實施例加入金屬 Al 5. 4kg,金屬 Ti I. 8kg ；
VI Al、Ti化清后，進(jìn)入后精煉期，再次進(jìn)行底吹氬氣，氬氣流量O. 5min/L，精煉12分鐘，溫度1450°C。W充氣精煉結(jié)束后，關(guān)閉真空泵，停止抽真空。向爐內(nèi)與錠模內(nèi)充入氬氣，氬氣壓力為O. 3bar。VIH終點合金化加入B、Zr、稀土元素,加入Ni-Mg合金。IX 3分鐘后帶電出鋼澆鑄成合金錠。在合金錠上取樣分析，N含量為28ppm，H含量為 I. 30ppm。說明本申請文件所述的鎳基高溫合金是指以鎳為基，能在60 0°C以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料。
權(quán)利要求
1.一種真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金的方法，它包括下述依次的步驟 I按照配比將合金原料裝入爐內(nèi)； II關(guān)閉爐蓋抽真空，爐內(nèi)壓強不大于IOPa時，送電熔化爐料； III熔化期，熔化速度< 1/2爐最大容量/小時； IV前精煉期 爐料全部化清后，觀察合金液面不再冒氣泡，熔池表面平靜后進(jìn)入前精煉期；開始底吹氬氣精煉，氬氣流量O. 4-0. 5min/L，真空度不大于5Pa，精煉溫度1500_155(TC，精煉20-25分鐘； V合金化期停止吹氬，鋼液降溫至鋼液面結(jié)膜，加入A I、Ti進(jìn)行合金化； VI A I、Ti化清后，進(jìn)入后精煉期，再次進(jìn)行底吹氬氣，氬氣流量O. 4-0. 5min/L，精煉10-15 分鐘，溫度 1450 1500 0C ； W充氣 精煉結(jié)束后，關(guān)閉真空泵，停止抽真空；向爐內(nèi)與錠模內(nèi)充入氬氣，氬氣為O. 2 O. 3bar ； VIH終點合金化加入B、Zr、稀土元素,加入Ni-Mg合金； IX 3-4分鐘后帶電出鋼澆鑄成合金錠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金的方法，它包括下述依次的步驟Ⅰ按照配比將合金原料裝入爐內(nèi)；Ⅱ關(guān)閉爐蓋抽真空，送電熔化爐料；Ⅲ熔化期，熔化速度≤1/2爐最大容量/小時；Ⅳ前精煉期 爐料全部化清后，開始底吹氬氣精煉，精煉20-25分鐘；Ⅴ合金化期停止吹氬，加入Ａl、Ti進(jìn)行合金化；ⅥＡl、Ti化清后，進(jìn)入后精煉期，再次進(jìn)行底吹氬氣精煉；Ⅶ充氣 精煉結(jié)束后，關(guān)閉真空泵，向爐內(nèi)與錠模內(nèi)充入氬氣；Ⅷ終點合金化加入B、Zr、稀土元素，加入Ni-Mg合金；Ⅸ3-4分鐘后帶電出鋼澆鑄成合金錠。本真空感應(yīng)爐冶煉鎳基高溫合金的方法精煉時間為35-40分鐘，就可以得到碳含量均很低的鎳基高溫合金。
文檔編號C22C1/06GK102719686SQ20121021917
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者喬俊生, 王偉, 王賀利, 趙鴻燕 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司