一種高溫合金的制備方法及其高溫合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫合金的制備方法及該高溫合金。所述高溫合金的制備方法包括連鑄工藝，所述連鑄工藝在真空下進行并包括以下步驟：(1)控制鋼液的過熱度到20-100℃；(2)使連鑄拉坯機拉動引錠桿以拉-停-推-拉的方式周期往復(fù)水平運動，將線速度控制在0.5-1.5米/分鐘，直到鑄坯表面溫度穩(wěn)定；(3)逐漸增大拉坯速度為2-4米/分鐘，進行連鑄作業(yè)，在連鑄作業(yè)過程中，向連鑄中間包內(nèi)充入0.09-0.05Mpa的氬氣。利用本發(fā)明的高溫合金的制備方法，能夠生產(chǎn)出低成本高品質(zhì)的高溫合金母材制品。
【專利說明】一種高溫合金的制備方法及其高溫合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高溫合金制造領(lǐng)域，具體來說，涉及一種高溫合金的制備方法及其該 尚溫合金廣品。

【背景技術(shù)】
[0002] 高溫合金是制造航空、航天、汽車、石化等領(lǐng)域熱端部件的關(guān)鍵材料，國際市場上 每年消耗的高溫合金材料高達30萬噸，而我國目前高溫合金的年生產(chǎn)量僅為1萬噸，無法 滿足市場需求。另外，高溫合金材料對合金的氣體含量、純凈度、宏觀縮孔等均具有嚴格的 要求。隨著航空航天發(fā)動機性能的提高，粉末、定向、單晶等新型高溫合金的發(fā)展和應(yīng)用對 高溫合金材料的品質(zhì)提出了越來越高的要求。高溫合金的母合金是一切高溫合金部件的材 料源頭，其品質(zhì)的高低直接影響了最終鑄件的鑄造成品率和可靠服役。
[0003] 目前生產(chǎn)高溫合金母合金的工藝為真空熔煉金屬模鑄造成型。該工藝能獲得成分 精確的高溫合金的母合金，但仍存在以下幾方面問題：（1)采用頂鑄方式澆注母合金棒材， 不可避免地會將坩堝材料、澆流槽中的非金屬材料和浮渣帶入鑄錠，無法很好地控制母合 金的夾雜物含量，影響鑄造高溫合金鑄件的成品率和粉末高溫合金制品的質(zhì)量；（2)生產(chǎn) 出的電極棒的內(nèi)部質(zhì)量差，存在明顯的縮孔缺陷，影響電渣重熔時的電弧穩(wěn)定性，以及電極 旋轉(zhuǎn)的動平衡和PREP制粉的工藝穩(wěn)定性，最終影響變形高溫合金和粉末高溫合金制品的 質(zhì)量；（3)成材率低、制備成本高、鑄棒頂部存在鑄造集中縮孔，內(nèi)部富集大量浮渣，必須切 除冒口； (4)母合金棒材的表面質(zhì)量差，需要打磨甚至加工扒皮處理，導(dǎo)致最終母合金的成 材率只有80%左右，造成大量的資源浪費。
[0004] 連鑄技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、成本低、鑄坯質(zhì)量高等優(yōu)點，已經(jīng)在普碳鋼和特殊鋼及 有色合金的生產(chǎn)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。而高溫合金由于材料成本高、對品質(zhì)的要求嚴格，因此 連鑄技術(shù)在高溫合金領(lǐng)域的應(yīng)用具有特別重要的意義，是生產(chǎn)低成本、高品質(zhì)高溫合金母 材制品的最佳技術(shù)途徑。但是，由于高溫合金中均含有Al、Ti等活潑元素，合金的熔煉和連 鑄必須在真空環(huán)境下進行，因此，迫切要求開發(fā)真空水平連鑄技術(shù)。
[0005] 專利文獻CN102179493A中公開了一種高溫合金真空連鑄裝置，利用該裝置能夠 實現(xiàn)高溫合金的真空熔煉和真空水平的連鑄成型，但是，對于在這種真空環(huán)境下進行的熔 煉和水平連鑄來說，如果直接采用已有的制備工藝將會極大地影響高溫合金的質(zhì)量。因此， 需要開發(fā)一種適應(yīng)于真空連鑄成型的新型高溫合金制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題中的一個或多個，本發(fā)明提供一種高溫合金的制備方法，所述 高溫合金的制備方法包括連鑄工藝，所述連鑄工藝在真空下進行并包括以下步驟：（1)控 制鋼液的過熱度到20-KKTC ; (2)使連鑄拉坯機拉動引錠桿以拉-停-推-拉的方式周 期往復(fù)水平運動，將線速度控制在〇. 5-1. 5米/分鐘，直到鑄坯表面溫度穩(wěn)定；(3)逐漸 增大拉坯速度為2-4米/分鐘，進行連鑄作業(yè)，在連鑄作業(yè)過程中，向連鑄中間包內(nèi)充入 0· 09-0· 05Mpa 的氣氣。
[0007] 其中，所述連鑄工藝中，充入所述氬氣后，控制真空波動值彡0. 002MPa。
[0008] 其中，所述連鑄工藝采用底鑄式連續(xù)鑄造成形。
[0009] 其中，所述高溫合金的制備方法還包括連鑄工藝之前的熔煉工藝，所述熔煉工藝 在真空下進行，在熔煉工藝中，精煉溫度為1500?1600°C，真空度小于3Pa。
[0010] 其中，所述熔煉工藝在真空水平連鑄中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進行。
[0011] 其中，在所述熔煉工藝中，精煉時間為0. 5?2小時。
[0012] 本發(fā)明還提供一種利用上述高溫合金的制備方法所制備而成的高溫合金。
[0013] 其中，所述高溫合金中的Al、Ti、Hf和Zr元素的含量總計可以為0?12質(zhì)量％。
[0014] 其中，所述高溫合金中的Al、Ti、Hf和Zr元素的含量總計為5?12質(zhì)量％。
[0015] 其中，所述高溫合金可以是K418合金、K417合金、GH4169合金、FGH4095合金、 FGH4097合金、JG4246A合金、DZ125合金中的任意一種。
[0016] 通過本發(fā)明公開的高溫合金的制備方法，能夠生產(chǎn)出低成本高品質(zhì)的高溫合金母 材制品。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是示出利用根據(jù)本發(fā)明實施例的高溫合金的制備方法所生產(chǎn)的高溫合金棒 材實物；
[0018] 圖2是示出利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的高溫合金棒材的表面；
[0019] 圖3是示出利用根據(jù)本發(fā)明實施例的高溫合金的制備方法所生產(chǎn)的高溫合金棒 材的表面；
[0020] 圖4是示出利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的高溫合金棒材的剖面；
[0021] 圖5是示出利用根據(jù)本發(fā)明實施例的高溫合金的制備方法所生產(chǎn)的高溫合金棒 材的剖面。

【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明提供的高溫合金的制備方法包括在真空下進行的連鑄工藝。連鑄工藝 包括以下步驟：（1)控制鋼液的過熱度到20-100°C ;(2)使連鑄拉坯機拉動引錠桿以 拉-停-推-拉的方式周期往復(fù)水平運動，將線速度控制在〇. 5-1. 5米/分鐘，直到鑄坯表 面溫度穩(wěn)定；（3)逐漸增大拉坯速度為2-4米/分鐘，進行連鑄作業(yè)，在連鑄作業(yè)過程中，向 連鑄中間包內(nèi)充入0. 09-0. 05Mpa的氬氣。
[0023] 其中，在步驟（1)中，采用20_100°C的過熱度能夠在保證鋼液能從中間包流向結(jié) 晶器，完成動態(tài)充型與動態(tài)補縮的同時，盡量減少過熱度，以減小結(jié)晶器的傳熱負荷。在步 驟（2)中，采用連鑄拉坯機拉動引錠桿以拉-停-推-拉的方式周期往復(fù)水平運動能夠獲 得理想的鑄坯凝殼厚度，保證連鑄作業(yè)能持續(xù)進行。在步驟（3)中，控制拉坯速度能夠在極 大地提高連鑄的生產(chǎn)率。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，上述步驟是作為一個整體提 供一種適于真空連鑄的工藝方法。
[0024] 另外，本發(fā)明的連鑄工藝不同于一般水平連鑄，真空水平連鑄的結(jié)晶器整體置于 真空內(nèi)，金屬的整個充型與凝固過程都是在真空環(huán)境下進行。在連鑄工藝中，充入所述氬 氣后，控制真空波動值< 0. 〇〇2MPa。通過在連鑄工藝中充入的氬氣直接影響高溫合金的質(zhì) 量，在本發(fā)明的連鑄作業(yè)過程中向連鑄中間包內(nèi)充入〇. 09-0. 05Mpa的氬氣的情況下，通過 將真空波動值控制在0. 〇〇2MPa以內(nèi)，能夠進一步確保獲得的高溫合金質(zhì)量穩(wěn)定。
[0025] 另外，在連鑄工藝中，優(yōu)選采用底鑄式連續(xù)鑄造成形。由于不同于現(xiàn)有金屬模鑄成 形工藝，本發(fā)明的真空連鑄工藝采用底鑄充型，所以比重小于鋼液的各種夾雜物浮于鋼液 熔池頂面遠離而充型區(qū)，而且鑄坯是在真空條件下直接連續(xù)鑄造成形的，避免了傳統(tǒng)工藝 所必須的澆流槽、過濾器、保溫棉等非金屬材料的二次污染，這樣可顯著降低鑄坯中的夾雜 物數(shù)量。
[0026] 另外，高溫合金的制備方法還包括連鑄工藝之前的熔煉工藝，熔煉工藝在真空下 進行，在熔煉工藝中，精煉溫度為1500?1600°C，真空度小于3Pa。其中，熔煉工藝中的真 空度優(yōu)選為〇. l_3Pa。因為雖然理論上真空度越低獲得的高溫合金的表面質(zhì)量越好，但真空 度越低對設(shè)備的要求越高，會增加生產(chǎn)成本。因此在這個真空范圍內(nèi)進行連鑄作業(yè)，既有利 于保證合金的綜合質(zhì)量，又兼?zhèn)漭^佳的經(jīng)濟效益。而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在實際生產(chǎn)過程中相同的 工藝條件下，當將真空度降低至小于0. 5Pa之后，高溫合金的表面質(zhì)量更加顯著地提高，而 在低于〇. IPa后高溫合金質(zhì)量基本保持不變，因此綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量和成本控制，特別優(yōu) 選熔煉工藝中的真空度為小于0. 5Pa且大于0. IPa。
[0027] 通過本發(fā)明提供的高溫合金的制備方法，使合金的冶煉和連鑄完全在真空環(huán)境下 進行，按照高溫合金的真空熔煉工藝，經(jīng)過熔化、高溫精煉、合金化等工藝環(huán)節(jié)，獲得高純凈 的合金鋼液，通過功率調(diào)整，將鋼液溫度控制在適于連鑄的合適溫度，然后按照適于真空連 鑄的工藝參數(shù)進行連鑄，保證連鑄過程中鋼液仍處于真空環(huán)境下，可以有效防止高溫合金 中的標志性合金元素如Al、Ti、Zr、Hf等活潑元素的燒損，進而保證連鑄坯的高純凈度。生 產(chǎn)出的高溫合金連鑄棒經(jīng)自動切割系統(tǒng)在線定尺切割，后續(xù)只需拋丸處理即可交貨。
[0028] 在下文中，將對本發(fā)明的高溫合金的制備方法及其優(yōu)選條件進行詳細描述。在本 發(fā)明中，如無特別說明，所列百分數(shù)均為質(zhì)量百分數(shù)。
[0029] 本發(fā)明的高溫合金的制備方法采用以下步驟：
[0030] 1、配料：選用電解鎮(zhèn)、金屬錯、金屬絡(luò)、海綿欽、棚鐵、金屬鑰、金屬鶴、電極石墨等 為原料，按比例稱取原料待用。
[0031] 2、加料：將電解鎳、金屬鉻、金屬鉬、金屬鎢等不易氧化合金元素放于坩鍋底部，其 它原料從料斗中加入。
[0032] 3、熔煉工藝：在真空水平連鑄中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進行，具體包括：
[0033] 1)加熱上述原料至全熔（優(yōu)選采用加熱至鎳紅熱后，小功率送電10分鐘以去氫， 然后大功率送電至全熔的方式加熱），開始精煉，精煉溫度1500?1600°C，時間視鋼液的多 少而定，優(yōu)選控制在〇. 5?2小時，控制精煉期間真空度小于3Pa。
[0034] 2)精煉完后，降溫加 C、Al、Ti等兀素；
[0035] 3)熔清Al、Ti后，等待溫度合適后進行連鑄。
[0036] 4、連鑄工藝具體步驟包括：
[0037] 1)待鋼液的化學(xué)成分合格后，控制鋼液的過熱度到20-KKTC，使合金有良好的流 動性，以保證合金在連鑄作業(yè)過程中穩(wěn)定充型。另外，在整個連鑄過程中對連鑄熔池進行不 間斷地加熱，以保持鋼液過熱度的穩(wěn)定不變。
[0038] 2)連鑄啟鑄操作，連鑄拉坯機拉動引錠桿以拉-停-推-拉的方式周期往復(fù)水平 運動，線速度控制在〇. 5-1. 5米/分鐘，待鑄坯表面溫度穩(wěn)定后，連鑄啟鑄作業(yè)結(jié)束；
[0039] 3)連鑄作業(yè)操作：啟鑄作業(yè)結(jié)束后逐漸增大拉坯速度到2-4米/分鐘，依據(jù)鋼種 的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱能力、熱裂敏感度等參量，選擇好適當?shù)蔫T速；
[0040] 4)充氬操作，在連鑄過程中，向連鑄中間包內(nèi)充入0.09-0. 05Mpa的氬氣，為防止 鋼液飛濺減小拉坯阻力，真空波動值控制在〇. 〇〇2MPa以內(nèi)。
[0041] 采用本發(fā)明的上述制備方法，制備出K418合金、K417合金、GH4169合金、FGH4095 合金、FGH4097合金、JG4246A合金、DZ125合金共七種真空連鑄高溫合金母合金棒材，其中 K418、K417合金為典型的高Al、Ti含量的鑄造高溫合金，GH4169合金為典型的變形高溫合 金，F(xiàn)GH4095合金和FGH4097合金為典型的粉末高溫合金，JG4246A合金為Ni 3Al基高溫結(jié) 構(gòu)材料，DZ125合金為典型的定向高溫合金。
[0042] 所生產(chǎn)的高溫合金棒材相關(guān)實驗數(shù)據(jù)見表1，結(jié)果表明，本發(fā)明制備方法可生產(chǎn)高 活潑元素含量的高溫合金，Al、Ti、Hf、Zr活潑元素總含量可以為0?12質(zhì)量％，也可以為 1?11質(zhì)量％。其中，八1、11、!^、21'活潑元素總含量的最高值可達到10?12質(zhì)量％(如 JG4246A合金和K417合金）。母合金的成材率均大于90%，明顯高于現(xiàn)有技術(shù)金屬模鑄的 成材率（約80% )。生產(chǎn)的連鑄還直徑最小為Φ32mm，最大為Φ80ι?πι，覆蓋了我國目前軍 用和民用高溫合金母合金的主體使用規(guī)格。在母合金純凈度控制方面，本發(fā)明技術(shù)優(yōu)勢明 顯，GH4169合金僅經(jīng)過真空熔煉工藝就實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)雙聯(lián)或三聯(lián)工藝才能達到的氧、氮 含量控制水平，達到了優(yōu)質(zhì)級的水平。其它幾種合金的氧、氮總含量均小于lOppm，明顯優(yōu)于 現(xiàn)有技術(shù)水平。
[0043] 表1本發(fā)明的高溫合金制品的相關(guān)質(zhì)量參數(shù)
[0044]

【權(quán)利要求】
1. 一種高溫合金的制備方法，其特征在于，所述高溫合金的制備方法包括連鑄工藝，所 述連鑄工藝在真空下進行并包括以下步驟： (1) 控制鋼液的過熱度到20-100°C ; (2) 使連鑄拉坯機拉動引錠桿以拉-停-推-拉的方式周期往復(fù)水平運動，將線速度控 制在0. 5-1. 5米/分鐘，直到鑄坯表面溫度穩(wěn)定； (3) 逐漸增大拉坯速度為2-4米/分鐘，進行連鑄作業(yè)，在連鑄作業(yè)過程中，向連鑄中間 包內(nèi)充入〇? 09-0. 05Mpa的氬氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金的制備方法，其特征在于，所述連鑄工藝中，充入所 述氬氣后，控制真空波動值彡0. 〇〇2MPa。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金的制備方法，其特征在于，所述連鑄工藝采用底鑄 式連續(xù)鑄造成形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金的制備方法，其特征在于，所述高溫合金的制備方 法還包括連鑄工藝之前的熔煉工藝，所述熔煉工藝在真空下進行，在熔煉工藝中，精煉溫度 為1500?1600°C，真空度小于3Pa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金的制備方法，其特征在于，所述熔煉工藝在真空水 平連鑄中頻感應(yīng)熔煉爐內(nèi)進行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫合金的制備方法，其特征在于，在所述熔煉工藝中，精煉 時間為〇. 5?2小時。
7. -種高溫合金，其特征在于，所述高溫合金是利用權(quán)利要求1?6中的任一項中所述 的高溫合金的制備方法所制備的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫合金，其特征在于，所述高溫合金中的Al、Ti、Hf和Zr 元素的含量總計為〇?12質(zhì)量％。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫合金，其特征在于，所述高溫合金中的Al、Ti、Hf和Zr 元素的含量總計為5?12質(zhì)量％。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫合金，其特征在于，所述高溫合金是K418合金、K417合 金、GH4169合金、FGH4095合金、FGH4097合金、JG4246A合金、DZ125合金中的任意一種。
【文檔編號】C22C33/04GK104498804SQ201410730416
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】駱合力, 李尚平, 曹栩 申請人:北京鋼研高納科技股份有限公司