CN106834729A - 一种镍基高温合金电渣重熔渣系 - Google Patents

Abstract

一种镍基高温合金电渣重熔渣系，该渣系各组分的重量百分比为：CaF₂ 65‑75％；Al₂O₃ 15‑25％；MgO 5‑19％；SiO₂ 0‑5％；杂质总量<1.0％。使用该渣系对镍基高温合金进行电渣重熔时，重熔得到的钢锭氧含量低、非金属夹杂物少，能有效提高电渣重熔钢锭表面及内部质量，增强电渣重熔钢锭后续的可加工性能。

Description

一种镍基高温合金电渣重熔渣系

技术领域

本发明涉及镍基高温合金冶炼领域，特别涉及一种镍基高温合金电渣重熔渣系。

背景技术

镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50％)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。

电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。电渣重熔工艺可提纯金属并获得洁净组织均匀致密的电渣重熔钢锭。经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。电渣重熔渣系的选择及组分配比是影响电渣重熔质量的主要因素。

目前用于电渣重熔镍基高温合金广泛使用的渣系是CaF₂-Al₂O₃渣系，其配比组成是CaF₂：70％+Al₂O₃：30％。这种电渣重熔渣系具有如下缺陷：1.各成分不在低熔共晶点上，熔点偏高；2.渣系的电导率高，重熔电耗高；3.经电渣重熔的钢锭中夹杂物以脆性铝酸盐及刚玉为主，影响电渣重熔钢锭的塑性和韧性等性能。

为了克服上述CaF₂-Al₂O₃渣系的缺陷，人们开发了CaF₂-CaO-Al₂O₃三元渣系，用CaO取代一定量的CaF₂和Al₂O₃。加入的CaO增大渣系的碱度，能提高渣系的脱硫效率，在CaO加入量为40％情况下，脱硫率最高可达到85％，且降低渣系的电导率，重熔电耗较低。但这类CaF₂-CaO-Al₂O₃三元渣系具有以下不足：

1.由于加入的CaO吸水性强，熔炼过程中易带入氢、氧元素，使电渣重熔的钢锭中氧化物夹杂物数量增多，影响合金性能。

2.含CaO的电渣重熔渣系透气性强，导致重熔过程中液滴中的易氧化元素被烧损，难以精确控制合金成分。

3.含CaO的电渣重熔渣系由于吸水性强且透气性好，容易引起电渣重熔的钢锭产生气孔缺陷，影响钢锭质量及后续的加工性能。

因此，如何配置一种用于镍基高温合金的电渣重熔渣系，使经电渣重熔的合金纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍基高温合金电渣重熔渣系，该渣系不含CaO，使用这种渣系对镍基高温合金进行电渣重熔时，重熔得到的钢锭氧含量低、非金属夹杂物少，能有效提高电渣重熔钢锭表面及内部质量，增强电渣重熔钢锭后续的可加工性能。

本发明的技术方案是：一种镍基高温合金电渣重熔渣系，该渣系各组分的重量百分比为：

上述镍基高温合金电渣重熔渣系各组分的优选重量百分比为：

所述杂质包含MnO、TiO₂、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO₂≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％。

本发明提供的镍基高温合金电渣重熔渣系中含有组分MgO，组分MgO在渣池表面形成一层半凝固膜，将渣池与外界空气隔开，防止渣池吸氧，避免渣系中变价氧化物向金属熔池内传递供氧，使冷却得到的重熔电渣钢锭中氧、氢、氮含量降低。此外，组分MgO形成的半凝固膜还可减少渣系向大气辐射的热损失，提高电能利用率。若渣系中组分MgO含量过低无法实现上述有益效果，若渣系中组分MgO含量过高，会导致熔渣的粘度升高，从而导致脱硫效果差等问题。故，通常将组分MgO含量控制在15％以内。

本发明提供的镍基高温合金电渣重熔渣系中具有组分SiO₂，组分SiO₂降低渣系的熔点，提高渣系的高温塑性，使重熔电渣钢锭的表面光洁，组分SiO₂还能降低渣的电导率，降低电能消耗。此外，组分SiO₂可降低氢或水在渣池中的渗透性，防止重熔电渣钢锭因氢含量升高而生成白点，组分SiO₂还改变重熔电渣钢锭中夹杂物的形态，由铝酸盐夹杂变为硅酸盐夹杂，使重熔电渣钢锭易于加工变形，增强电渣重熔钢锭后续的可加工性能。但过高含量的SiO₂会导致产生2CaF₂+SiO₂＝2CaO₂+SiF₄↑反应，造成渣系中CaF₂的挥发损失，另外，SiO₂含量过高还将使重熔电渣钢锭中SiO₂含量增加。故，通常将组分SiO₂含量控制在5％以内。

相对于其它渣系(如CaF₂-Al₂O₃渣系、CaF₂-CaO-Al₂O₃三元渣系)，本发明提供的电渣重熔渣系具有以下优点：

1)本发明电渣重熔渣系中不含CaO，具有较好的防吸水吸气作用，有效降低重熔电渣钢锭中气体的含量，避免重熔电渣钢锭中产生气孔，重熔电渣钢锭的内部组织致密，质量良好。

2)本发明电渣重熔渣系重熔镍基高温合金时，渣池内部与外界气体隔离，降低重熔电渣钢锭中元素氧、氢、氮的含量，有效提高电渣重熔钢锭表面及内部质量。

3)本发明渣系电渣重熔得到的钢锭中夹杂物以硅酸盐为主，电渣重熔钢锭后续的可加工性能良好。

本发明所用CaF₂、Al₂O₃、MgO、SiO₂均为纯度为99.5％的市售产品。

说明书附图

图1为本发明电渣重熔钢锭的横向低倍组织照片。

具体实施方式

实施例1

1)自熔电极棒的制备

取表1各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的GH3536镍基高温合金自熔电极棒。

表1 GH3536高温合金的成分配比wt％

C	Si	Mn	Mo	Cr	W	Co	Fe	Ni
									0.098	0.15	0.17	8.74	21.20	0.69	1.56	18.43	余量

2)配置电渣重熔渣系

称取CaF₂4.20kg、Al₂O₃0.96kg、MgO0.72kg、SiO₂0.12kg，其中杂质含量小于1.0％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO₂、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO₂≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。

3)电渣重熔

将配置好的电渣重熔渣料混合均匀，在800℃条件下烘烤4小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为160mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的GH3536高温合金自熔电极棒插入熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压38-43V，电流3000-3500A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩4次，制备得到φ160mm电渣重熔钢锭。

制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭氧含量为0.0017％，电渣重熔钢锭表面质量良好，内部组织致密。

与采用传统CaF₂-CaO-Al₂O₃三元渣系制备得到的钢锭相比，实施例1制备的电渣重熔钢锭中的氧含量从0.0037％降低到为0.0017％。

实施例2

1)自熔电极棒的制备

取表2各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的GH3536高温合金自熔电极棒。

表2 GH3536高温合金的成分配比wt％

C	Si	Mn	Mo	Cr	W	Co	Fe	Ni
									0.098	0.15	0.17	8.74	21.20	0.69	1.56	18.43	余量

2)配置电渣重熔渣系

称取CaF₂4.44kg、Al₂O₃0.90kg、MgO0.6kg、SiO₂0.06kg，其中杂质含量小于1.0％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO₂、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO₂≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。

3)电渣重熔

将配置好的电渣重熔渣料混合均匀，在800℃条件下烘烤4小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为160mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的GH3536高温合金钢锭自熔电极棒插入熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压38-43V，电流3000-3500A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩4次，制备得到φ160mm电渣重熔钢锭。

制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭氧含量为0.0018％，电渣重熔钢锭表面质量良好，内部组织致密。

与采用传统CaF₂-CaO-Al₂O₃三元渣系制备得到的钢锭相比，实施例2制备的电渣重熔钢锭中的氧含量从0.0037％降低到为0.0018％。

实施例3

1)自熔电极棒的制备

取表3各组分，总重31kg，采用真空感应熔炼并浇注制备成φ100mm的GH3536高温合金自熔电极棒。

表3 GH3536高温合金的成分配比wt％

C	Si	Mn	Mo	Cr	W	Co	Fe	Ni
									0.098	0.15	0.17	8.74	21.20	0.69	1.56	18.43	余量

2)配置电渣重熔渣系

称取CaF₂4.32kg、Al₂O₃1.08kg、MgO 0.6kg、SiO₂0kg，其中杂质含量小于1.0％，杂质为不可避免的杂质，包括MnO、TiO₂、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO₂≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％，配置成总重为6kg的电渣重熔渣系。

3)电渣重熔

将配置好的电渣重熔渣料混合均匀，在800℃条件下烘烤4小时后，用石墨电极棒化渣，至渣料熔融状态后倒入直径为160mm的结晶器中。采用单立柱单臂电渣炉，将真空感应熔炼制得的GH3536高温合金钢锭自熔电极棒插入熔融的渣料中，通电起弧，调整熔炼电压38-43V，电流3000-3500A。自熔电极棒受电阻热作用缓慢下降并熔化，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料，在结晶器底部重新结晶得电渣锭，熔炼完毕前，热补缩4次，制备得到φ160mm电渣重熔钢锭。

制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭氧含量为0.0016％，电渣重熔钢锭表面质量良好，内部组织致密。

与采用传统CaF₂-CaO-Al₂O₃三元渣系制备得到的钢锭相比，实施例3制备的电渣重熔钢锭中的氧含量从0.0037％降低到为0.0016％。

实施例1-3制备得到的电渣重熔钢锭经测试，电渣重熔钢锭表面质量良好，内部组织致密，如图1所示。

Claims (3)

1.一种镍基高温合金电渣重熔渣系，其特征在于，该渣系各组分的重量百分比为：

2.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金电渣重熔渣系，其特征在于，该渣系各组分的重量百分比为：

3.根据权利要求1所述的一种镍基高温合金电渣重熔渣系，其特征在于，所述杂质包括MnO、TiO₂、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO₂≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％。