CN106244854B - 具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法 - Google Patents

具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高耐磨性能的镍基合金，其中以质量百分数计，所述的合金包括：铝为1％～1.8％，钛为1.8％～2.7％，钴≤2.0％，铁≤1.5％，铬为18％～21％，锰≤0.4％，余量为镍以及其他在冶炼过程中的不可避免的杂质元素。本发明还涉及一种具有高耐磨性能的镍基合金的制造方法。采用了本发明的具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法，利用中频感应冶炼炉冶炼，并将金属锆投放入钢包中，将其与冶炼结束后的钢液混冲，大大提升和保留合金中锆元素，利用锆元素的相容性，在合金时效过程中最大程度消除由于元素品种与含量高而产生的应力作用，最大限度的保留了GH80A的综合性能。

Description

具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，特别涉及镍基合金的技术领域，具体是一种具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法。
背景技术
高温合金GH80A由于其金属元素的种类多和含量大，每种金属具有其特有的特性存在于合金内，各种特性相互作用产生应力。降低了GH80A合金原本拥有的优异特性。没有使合金达到理想的工作或使用状态。一般情况下合金具有组织稳定性和使用可靠性。金属锆(Zr)本身具有抗腐蚀性，高硬度、高强度的特性，在冶炼中加入锆元素可以脱氧、取氧、净化和细化晶粒作用的同时，利用锆元素的相容性，在合金时效过程中最大程度消除由于元素品种与含量高而产生的应力作用，最大限度的保留了GH80A的综合性能。
在传统工艺中，牌号GH80A合金是采用真空冶炼的方式进行的。但是，锆元素的收得率始终非常非常低，从而导致GH80A合金中其它很多金属元素之间相互作用，产生应力，降低了GH80A的性能和使用要求。真空冶炼锆元素收得率低的主要原因就是锆元素的熔点和真空冶炼出钢液的温度都在1450℃这个临界点上。当冶炼末期，如果钢液不到1450℃，加入的锆元素就不能充分溶解在钢液中。如果钢液超过1450℃，加入的锆元素就会因为温度过高而发生金属燃烧的现象。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种提高锆元素收得率、增强合金抗蠕变性和抗氧化性、且具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有高耐磨性能的镍基合金，其主要特点是：
以质量百分数计，所述的合金包括：铝为1％～1.8％，钛为1.8％～2.7％，钴≤2.0％，铁≤1.5％，铬为18％～21％，锰≤0.4％，余量为镍以及其他在冶炼过程中的不可避免的杂质元素。
本发明的一种具有高耐磨性能的镍基合金的制造方法，其特征在于，所述的制造方法主要包括以下步骤：
(1)烘烤原材料金属镍、金属钴、金属铬、纯铁和辅助材料铝块、金属钛、金属锰、金属锆以及还原剂铝粉、铝石灰，在300℃的高温下烘烤3h；
(2)将所述的烘烤后的原材料金属镍、金属钴、金属铬、纯铁投入中频感应冶炼炉中；
(3)通电，在2h内使所述的冶炼炉升温至1200℃，进行熔炼和化料，所述的原材料由固态转化为液态；
(4)将所述的冶炼炉的温度保持在1200℃，加入所述的烘烤后的还原剂铝粉、铝石灰，所述的还原剂在钢液表面形成钢渣层，对钢液进行脱氧、脱硫、取气、去杂质，保持50分钟；
(5)在冶炼结束前5～10分钟，温度为1450℃时，将所述的辅助材料铝块、金属钛、金属锰投入钢液中，继续冶炼5～10分钟，冶炼过程结束；
(6)将所述的烘烤后的金属锆投入钢包中，停电，将所述的冶炼炉中的冶炼过程结束后的钢液倒入钢包内，使所述的钢液与所述的金属锆进行混冲，再浇铸成钢锭。
较佳地，所述的步骤(1)中烘烤的所述的原材料按质量计分别为金属镍556kg、金属钴11kg、金属铬143kg、纯铁9.8kg和所述的辅助材料按质量计分别为铝块11kg、金属钛15kg、金属锰3kg、金属锆0.3kg以及所述的还原剂按质量计分别为铝粉0.5kg、铝石灰0.4kg。
本发明的应用有益效果在于：在冶炼开始前，先将各种原材料、辅助材料和还原剂进行烘烤，以排除水分对冶炼过程的影响；使用中频感应冶炼炉进行冶炼，分批加入辅助材料和还原剂，使钢液在不同的冶炼时期与不同的物料相作用，加入还原剂使其在钢液表面形成钢渣层，隔离空气，达到脱氧、脱硫、取气、去杂质的效果；将金属锆投放入钢包中，将其与冶炼结束后的钢液混冲，大大提升和保留合金中锆元素，利用锆元素的相容性，在合金时效过程中最大程度消除由于元素品种与含量高而产生的应力作用，最大限度的保留了GH80A的综合性能。
附图说明
图1是本发明的具有高耐磨性能的镍基合金及其制造方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明提供了一种具有高耐磨性能的镍基合金，其中以质量百分数计，所述的合金包括：铝为1％～1.8％，钛为1.8％～2.7％，钴≤2.0％，铁≤1.5％，铬为18％～21％，锰≤0.4％，余量为镍以及其他在冶炼过程中的不可避免的杂质元素。
本发明还提供了一种具有高耐磨性能的镍基合金的制造方法，其中所述的制造方法主要包括以下步骤：
(1)烘烤原材料金属镍、金属钴、金属铬、纯铁和辅助材料铝块、金属钛、金属锰、金属锆以及还原剂铝粉、铝石灰，在300℃的高温下烘烤3h；
(2)将所述的烘烤后的原材料金属镍、金属钴、金属铬、纯铁投入中频感应冶炼炉中；
(3)通电，在2h内使所述的冶炼炉升温至1200℃，进行熔炼和化料，所述的原材料由固态转化为液态；
(4)将所述的冶炼炉的温度保持在1200℃，加入所述的烘烤后的还原剂铝粉、铝石灰，所述的还原剂在钢液表面形成钢渣层，对钢液进行脱氧、脱硫、取气、去杂质，保持50分钟；
(5)在冶炼结束前5～10分钟，温度为1450℃时，将所述的辅助材料铝块、金属钛、金属锰投入钢液中，继续冶炼5～10分钟，冶炼过程结束；
(6)将所述的烘烤后的金属锆投入钢包中，停电，将所述的冶炼炉中的冶炼过程结束后的钢液倒入钢包内，使所述的钢液与所述的金属锆进行混冲，再浇铸成钢锭。
其中所述的步骤(1)中烘烤的所述的原材料按质量计分别为金属镍556kg、金属钴11kg、金属铬143kg、纯铁9.8kg和所述的辅助材料按质量计分别为铝块11kg、金属钛15kg、金属锰3kg、金属锆0.3kg以及所述的还原剂按质量计分别为铝粉0.5kg、铝石灰0.4kg。
本发明将传统的真空冶炼改为中频冶炼。将锆元素不直接加在钢液中，而是加在钢包内。目的是利用热容比错开锆元素的熔点和出钢液温度的重合。例，当钢水温度达到1450℃时，将金属锆投入钢包内，再将钢液倒入钢包，与金属锆混冲产生热容比，虽然混冲时的钢液只有1200℃，没有达到锆元素的熔点，却依然可以将锆元素充分溶解在钢液之中，提升了锆元素的收得率，从而消除了钢液凝固变为合金时，各个金属元素之间产生的应力作用，保留了合金材料原有的特性。
本发明的应用有益效果在于：在冶炼开始前，先将各种原材料、辅助材料和还原剂进行烘烤，以排除水分对冶炼过程的影响；使用中频感应冶炼炉进行冶炼，分批加入辅助材料和还原剂，使钢液在不同的冶炼时期与不同的物料相作用，加入还原剂使其在钢液表面形成钢渣层，隔离空气，达到脱氧、脱硫、取气、去杂质的效果；将金属锆投放入钢包中，将其与冶炼结束后的钢液混冲，大大提升和保留合金中锆元素，利用锆元素的相容性，在合金时效过程中最大程度消除由于元素品种与含量高而产生的应力作用，最大限度的保留了GH80A的综合性能。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (1)

1.一种具有高耐磨性能的镍基合金的制造方法，其特征在于，所述的制造方法主要包括以下步骤：
(1)烘烤原材料金属镍、金属钴、金属铬、纯铁和辅助材料铝块、金属钛、金属锰、金属锆以及还原剂铝粉、铝石灰，在300℃的高温下烘烤3h；
(2)将所述的烘烤后的原材料金属镍、金属钴、金属铬、纯铁投入中频感应冶炼炉中；
(3)通电，在2h内使所述的冶炼炉升温至1200℃，进行熔炼和化料，所述的原材料由固态转化为液态；
(4)将所述的冶炼炉的温度保持在1200℃，加入所述的烘烤后的还原剂铝粉、铝石灰，所述的还原剂在钢液表面形成钢渣层，对钢液进行脱氧、脱硫、取气、去杂质，保持50分钟；
(5)在冶炼结束前5～10分钟，温度为1450℃时，将所述的辅助材料铝块、金属钛、金属锰投入钢液中，继续冶炼5～10分钟，冶炼过程结束；
(6)将所述的烘烤后的金属锆投入钢包中，停电，将所述的冶炼炉中的冶炼过程结束后的钢液倒入钢包内，使所述的钢液与所述的金属锆进行混冲，再浇铸成钢锭，
所述的步骤(1)中烘烤的所述的原材料按质量计分别为金属镍556kg、金属钴11kg、金属铬143kg、纯铁9.8kg和所述的辅助材料按质量计分别为铝块11kg、金属钛15kg、金属锰3kg、金属锆0.3kg以及所述的还原剂按质量计分别为铝粉0.5kg、铝石灰0.4kg。
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