CN108754293A - 一种gh2132合金的真空感应熔炼工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺。首先将称量好的合金原料进行预处理，完全去除表面氧化物，再按照合理的装料顺序将Fe、Ni、Mo、V、C等合金原料装入氧化铝烧结成的坩埚中，送电开始熔炼。在炉料基本化清后提温进行一次精炼，待脱气基本结束，真空度达到2Pa以下后，再加入一半含量的强脱氧元素Al、Ti，对钢液进行一次脱氧。一次精炼和脱氧结束后断电降温待结膜，再加入提高钢液中氧固溶度的金属Cr，待新加料完全化清后提温进行二次精炼，加入剩余的一半Al、Ti二次脱氧。最后充氩加入Mn，在出钢前添加微量的镍镁合金和稀土进行最终脱氧，完成浇注。本发明工艺制备的合金氧含量低，实用性高。

Description

一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺
技术领域
本发明属于有色金属领域，具体涉及一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺。
背景技术
高温合金在真空感应炉冶炼时的钢水纯净度水平对材料性能影响极大，如何降低氧含量一直是高温合金熔炼的一个主要研究方向。
目前行业内通行的熔炼生产方法中，存在以下几点问题：
1、对金属Mn等原材料未进行预处理，而是直接添加入坩埚内进行熔炼。而金属原料大部分是矿热法还原而来，在块状原料外表会附着大量不稳定氧化物，直接加入钢水中会导致钢液氧含量显著增加；
2、铝热法生产的金属铬锭在表面会沉积大量不稳定氧化物，铬锭破碎成小块料后，处于锭外表的铬块氧含量会明显高于心部带纯金属光泽的金属铬块。因铬块为大批量生产，锭表面高氧铬块无法避免；
3、行业内普遍采用的合金添加方式中，金属Cr一般和Fe、Ni、Mo、V、C等合金原料在装炉时一起预先装入坩埚中，并在送功率后一起化清。但在高温合金的主要组成元素中，金属铬会明显提高氧元素在钢液中的固溶度，在铬质量分数为0％和15％时，熔体中氧的固溶度相差约3倍。即使预先加入金属铬的装料方式会导致精炼过程中的脱氧困难，即便后期加入铝钛等强脱氧元素，仍无法将氧含量脱除到理想范围；
4、行业内正常采用的熔炼工序中，一般只进行一次精炼和铝钛脱氧。
上述的每一步处理都会增加熔体中的氧含量，需要进行优化处理，提高合金的质量，满足其实用领域，拓宽其实用范围。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，该工艺简单，脱氮效果好，采用本发明方法制备得到的高温合金对氮含量显著降低。
一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，包括以下步骤：
步骤1，按需要称量原料，并进行预处理
选用30-50mm的金属锰，置于抛丸机中抛丸2-3次，每次抛丸3-5分钟，备用；
人工挑选高硅铝金属铬，置于抛丸机中抛丸处理至完全去除氧化皮，所述定制的高硅铝金属铬中的氧含量控制在400-600ppm；
步骤2，装料、熔化
按照上松下紧的方式将Fe、Ni、Mo、V、C原料依次装入坩埚中，再将坩埚置于真空感应炉中，合炉抽真空至炉内真空度低于15Pa，送电开始熔炼，之后逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温；
步骤3，一次精炼铝钛脱氧
升温至精炼温度，保持炉内真空度在2Pa以下，精炼35分钟后，加入金属铝和金属钛进行深脱氧，其中铝和钛的质量分数分别为0.1-0.3％和0.5-2.5％；
开启低频电磁搅拌2分钟，使真空感应炉内熔体充分脱氧，静置30分钟，取样测氧含量，待氧含量达到目标值后完成一次精炼；
步骤4，加入金属铬后二次精炼二次铝钛脱氧
一次精炼结束后，停电降温至熔体的液面结膜，按照要求加入高硅铝金属铬，待全部化清后加入剩余的金属铝和金属钛，搅拌2分钟后测温，提温进行二次精炼，精炼30分钟后取样，测合金成分及氧含量；
步骤5，加入锰、镍镁合金、稀土，出钢浇注
向真空感应炉中充入氩气到5KPa，加入步骤1中经抛丸处理的金属锰、镍镁合金和稀土进行最终脱氧，搅拌并取样后完成浇注。
作为改进的是，步骤1中所述高硅铝金属铬的粒径为20-60mm。
作为改进的是，步骤2中初始送电功率100kw，保持低功率送电至少30分钟，保证真空感应炉内原料充分脱气，逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温。
进一步改进的是，步骤2中待原料充分脱气后，按照10-20kw/min逐级增加电功率。
作为改进的是，步骤3中铝和钛的质量分数分别为0.2％和1％。
作为改进的是，步骤5中稀土为碳酸稀土。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1.本发明熔炼工艺前对金属锰等原料进行预处理，去除掉金属表面的不稳定氧化物，减少熔体中氧含量，其中经过预处理的金属锰中氧含量为60ppm，未经预处理的金属锰中氧含量为1200ppm，因此预处理步骤大大减少了熔体中氧含量，间接提高合金的质量；
2.本发明选用的高硅铝金属铬，通过控制金属铬中的枪脱氧铝硅含量，将订制金属铬中的氧含量控制在400-600ppm，远优于市面上常规99A金属铬1000-1500ppm的平均水平；
3.本发明将金属铬与其他原料分开加入，这样在无铬的熔体中预先加入碳可与氧充分反应，生成气体排出，再加入强脱氧元素，降低了熔体中氧含量低于3ppm；
4.本发明方法通过人工挑料，并将金属铬表面的高氧做预处理后，减少熔体中氧含量；
5.本发明在熔炼工序中多次脱氧，可将氧含量控制在5-10ppm，远高于市面产品中标注的15-25ppm。
具体实施方式
实施例1
步骤1，按需要称量原料，并进行预处理
选用30-50mm的金属锰，置于抛丸机中抛丸2-3次，每次抛丸3-5分钟，备用；
人工挑选20-60mm的高硅铝金属铬，置于抛丸机中抛丸处理至完全去除氧化皮，所述定制的高硅铝金属铬中的氧含量控制在400-600ppm；
步骤2，装料、熔化
按照上松下紧的方式将Fe、Ni、Mo、V、C原料依次装入坩埚中，再将坩埚置于真空感应炉中，合炉抽真空至炉内真空度低于15Pa，送电开始熔炼；
初始送电功率100kw，保持低功率送电至少30分钟，保证真空感应炉内原料充分脱气，之后按照10-20kw/min逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温；
步骤3，一次精炼铝钛脱氧
升温至精炼温度，保持炉内真空度在2Pa以下，精炼35分钟后，加入金属铝和金属钛进行深脱氧，其中铝和钛的质量分数分别为0.2％和1％；
开启低频电磁搅拌2分钟，使真空感应炉内熔体充分脱氧，静置30分钟，取样测氧含量，待氧含量达到目标值后完成一次精炼；
步骤4，加入金属铬后二次精炼二次铝钛脱氧
一次精炼结束后，停电降温至熔体的液面结膜，按照要求加入高硅铝金属铬，待全部化清后加入剩余的金属铝和金属钛，搅拌2分钟后测温，提温进行二次精炼，精炼30分钟后取样，测合金成分及氧含量；
步骤5，加入锰、镍镁合金、碳酸稀土，出钢浇注
向真空感应炉中充入氩气到5KPa，加入步骤1中经抛丸处理的金属锰、镍镁合金和碳酸稀土进行最终脱氧，搅拌并取样后完成浇注。
按照上述步骤进行三次平行试验，检测到氧含量分别为6ppm、7ppm和9ppm，因此，本发明得到的GH2132合金质量更好，应用领域更广。
实施例2
选用30mm的金属锰，置于抛丸机中抛丸2次，每次抛丸3分钟，备用；
人工挑选20mm的高硅铝金属铬，置于抛丸机中抛丸处理至完全去除氧化皮，所述定制的高硅铝金属铬中的氧含量控制在400ppm；
步骤2，装料、熔化
按照上松下紧的方式将Fe、Ni、Mo、V、C原料依次装入坩埚中，再将坩埚置于真空感应炉中，合炉抽真空至炉内真空度低于15Pa，送电开始熔炼；
初始送电功率100kw，保持低功率送电至少30分钟，保证真空感应炉内原料充分脱气，之后按照15kw/min逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温；
步骤3，一次精炼铝钛脱氧
升温至精炼温度，保持炉内真空度在2Pa以下，精炼35分钟后，加入金属铝和金属钛进行深脱氧，其中铝和钛的质量分数分别为0.2％和1％；
开启低频电磁搅拌2分钟，使真空感应炉内熔体充分脱氧，静置30分钟，取样测氧含量，待氧含量达到目标值后完成一次精炼；
步骤4，加入金属铬后二次精炼二次铝钛脱氧
一次精炼结束后，停电降温至熔体的液面结膜，按照要求加入高硅铝金属铬，待全部化清后加入剩余的金属铝和金属钛，搅拌2分钟后测温，提温进行二次精炼，精炼30分钟后取样，测合金成分及氧含量；
步骤5，加入锰、镍镁合金、稀土，出钢浇注
向真空感应炉中充入氩气到5KPa，加入步骤1中经抛丸处理的金属锰、镍镁合金和稀土进行最终脱氧，搅拌并取样后完成浇注。
按照上述步骤进行三次平行试验，检测到氧含量平均值为6ppm，GH2132合金质量更好，应用领域更广。
实施例3
选用45mm的金属锰，置于抛丸机中抛丸3次，每次抛丸4分钟，备用；
人工挑选50mm的高硅铝金属铬，置于抛丸机中抛丸处理至完全去除氧化皮，所述定制的高硅铝金属铬中的氧含量控制在500ppm；
步骤2，装料、熔化
按照上松下紧的方式将Fe、Ni、Mo、V、C原料依次装入坩埚中，再将坩埚置于真空感应炉中，合炉抽真空至炉内真空度低于15Pa，送电开始熔炼；
初始送电功率100kw，保持低功率送电至少30分钟，保证真空感应炉内原料充分脱气，之后按照20kw/min逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温；
步骤3，一次精炼铝钛脱氧
升温至精炼温度，保持炉内真空度在2Pa以下，精炼35分钟后，加入金属铝和金属钛进行深脱氧，其中铝和钛的质量分数分别为0.2％和1％；
开启低频电磁搅拌2分钟，使真空感应炉内熔体充分脱氧，静置30分钟，取样测氧含量，待氧含量达到目标值后完成一次精炼；
步骤4，加入金属铬后二次精炼二次铝钛脱氧
一次精炼结束后，停电降温至熔体的液面结膜，按照要求加入高硅铝金属铬，待全部化清后加入剩余的金属铝和金属钛，搅拌2分钟后测温，提温进行二次精炼，精炼30分钟后取样，测合金成分及氧含量；
步骤5，加入锰、镍镁合金、稀土，出钢浇注
向真空感应炉中充入氩气到5KPa，加入步骤1中经抛丸处理的金属锰、镍镁合金和稀土进行最终脱氧，搅拌并取样后完成浇注。
按照上述步骤进行三次平行试验，检测到氧含量平均为9mm，GH2132合金质量更好，应用领域更广。
实施例4
选用50mm的金属锰，置于抛丸机中抛丸3次，每次抛丸5分钟，备用；
人工挑选60mm的高硅铝金属铬，置于抛丸机中抛丸处理至完全去除氧化皮，所述定制的高硅铝金属铬中的氧含量控制在600ppm；
步骤2，装料、熔化
按照上松下紧的方式将Fe、Ni、Mo、V、C原料依次装入坩埚中，再将坩埚置于真空感应炉中，合炉抽真空至炉内真空度低于15Pa，送电开始熔炼；
初始送电功率100kw，保持低功率送电至少30分钟，保证真空感应炉内原料充分脱气，之后按照15kw/min逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温；
步骤3，一次精炼铝钛脱氧
升温至精炼温度，保持炉内真空度在2Pa以下，精炼35分钟后，加入金属铝和金属钛进行深脱氧，其中铝和钛的质量分数分别为0.2％和1％；
开启低频电磁搅拌2分钟，使真空感应炉内熔体充分脱氧，静置30分钟，取样测氧含量，待氧含量达到目标值后完成一次精炼；
步骤4，加入金属铬后二次精炼二次铝钛脱氧
一次精炼结束后，停电降温至熔体的液面结膜，按照要求加入高硅铝金属铬，待全部化清后加入剩余的金属铝和金属钛，搅拌2分钟后测温，提温进行二次精炼，精炼30分钟后取样，测合金成分及氧含量；
步骤5，加入锰、镍镁合金、稀土，出钢浇注
向真空感应炉中充入氩气到5KPa，加入步骤1中经抛丸处理的金属锰、镍镁合金和稀土进行最终脱氧，搅拌并取样后完成浇注。
按照上述步骤进行三次平行试验，检测到氧含量平均值为7ppm，GH2132合金质量更好，应用领域更广。
从上述结果可以看出，本发明熔炼工艺前对金属锰等原料进行预处理，去除掉金属表面的不稳定氧化物，减少熔体中氧含量，间接提高合金的质量；另外熔炼工艺简单，已操作，适合大规模处理。

Claims (6)

1.一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按需要称量原料，并进行预处理
选用30-50mm的金属锰，置于抛丸机中抛丸2-3次，每次抛丸3-5分钟，备用；
人工挑选高硅铝金属铬，置于抛丸机中抛丸处理至完全去除氧化皮，所述定制的高硅铝金属铬中的氧含量控制在400-600ppm；
步骤2，装料、熔化
按照上松下紧的方式将Fe、Ni、Mo、V、C原料依次装入坩埚中，再将坩埚置于真空感应炉中，合炉抽真空至炉内真空度低于15Pa，送电开始熔炼，之后逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温；
步骤3，一次精炼铝钛脱氧
升温至精炼温度，保持炉内真空度在2Pa以下，精炼35分钟后，加入金属铝和金属钛进行深脱氧，其中铝和钛的质量分数分别为0.1-0.3％和0.5-2.5％；
开启低频电磁搅拌2分钟，使真空感应炉内熔体充分脱氧，静置30分钟，取样测氧含量，待氧含量达到目标值后完成一次精炼；
步骤4，加入金属铬后二次精炼二次铝钛脱氧
一次精炼结束后，停电降温至熔体的液面结膜，按照要求加入高硅铝金属铬，待全部化清后加入剩余的金属铝和金属钛，搅拌2分钟后测温，提温进行二次精炼，精炼30分钟后取样，测合金成分及氧含量；
步骤5，加入锰、镍镁合金、稀土，出钢浇注
向真空感应炉中充入氩气到5KPa，加入步骤1中经抛丸处理的金属锰、镍镁合金和稀土进行最终脱氧，搅拌并取样后完成浇注。
2.根据权利要求1所述的一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，其特征在于，步骤1中所述高硅铝金属铬的粒径为20-60mm。
3.根据权利要求1所述的一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，其特征在于，步骤2中初始送电功率100kw，保持低功率送电至少30分钟，保证真空感应炉内原料充分脱气，逐级增加电功率，直至各原料完全化清，进行取样测温。
4.根据权利要求3所述的一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，其特征在于，步骤2中待原料充分脱气后，按照10-20kw/min逐级增加电功率。
5.根据权利要求1所述的一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，其特征在于，步骤3中铝和钛的质量分数分别为0.2％和1％。
6.根据权利要求1所述的一种GH2132合金的真空感应熔炼工艺，其特征在于，步骤5中稀土为碳酸稀土。
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