CN111074102A - 一种镍基高温合金脱硫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍基高温合金脱硫的方法，该方法包括：精选冶炼原材料；采用ZG‑0.025型真空感应熔炼炉熔炼Inconel690合金铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，10～15kW：10～20min；20～25kW直到熔化；真空度≤0.1Pa，精炼20min，电磁搅拌；高真空下充入高纯氩气，调整温度，加入元素铝、硅、钛、铌和钼及易挥发元素锰进行微合金化和脱氧，电磁搅拌；降低功率，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。本发明得到的镍基高温合金内部组织致密、化学成分均匀、无缩孔和缩松，铸锭硫含量≤5ppm。

Description

一种镍基高温合金脱硫的方法
技术领域
本发明涉及镍基高温合金脱硫技术领域，具体是一种真空感应熔炼+预制氧化钙坩埚+铝的脱硫方法。
背景技术
镍基合金因具有优异的耐腐蚀和抗高温氧化性能，常常用于使用条件苛刻，安全性要求高的设备。随着我国经济的持续、高速发展，装备制造业已经成为国民经济的支柱产业，装备制造业发展的突出特征是：单机设备参数越来越高，使用条件越来越苛刻，对安全性要求越来越高。焊接作为现代工业的关键制造工艺，焊接接头质量是保证工业装备安全性的关键。为满足大型工业装备日益增加的性能要求，国内对镍基焊接材料的需求增长很快，目前，镍基焊接材料的需求量已经从十年前的300~400吨/年，增加到3000~4000吨/年，需求量增长了十倍。
焊接裂纹敏感性大、接头性能受微量元素影响大、焊接气孔敏感性强是镍基焊接材料的重要特点，也是材料研制的技术关键。解决这些技术难题的主要手段是严格控制焊接材料的气体含量和成分波动，严格限制杂质元素的含量，即研制高纯焊接材料，技术上常采用真空冶炼+精炼工艺(如AOD、VOD、ESR等)。由于需求量的原因，国内顶级钢铁企业虽具备生产镍基焊接材料的技术能力，但不关心镍基焊接材料的开发，也没有相关的产品；而少数小型企业，虽然关注镍基焊接材料的市场，但由于技术实力有限，难以研制出合格的特种镍基焊接材料，因此，现有镍基焊接材料基本依赖进口。
镍基焊接材料的另一个特点是接头质量和焊接工艺的稳定性密切相关，技术发展趋势是自动化焊接的比例越来越高，这不仅要求焊接材料（如焊丝）满足对应的成分要求，还要求焊丝具备优异的工艺性能，如焊丝表面状态、几何尺寸和物理性能的稳定性。这些要求对焊丝的制造工艺提出了更高的要求，在焊丝表面粗糙度控制，焊丝表面涂层和拉丝工艺等方面提出了新的要求。国际上少数大公司已掌握上述技术，使得其产品能够顺利地进入中国市场；国内尚无相关的生产经验，为使镍基焊接材料实现国产化，就必须通过开发、研制，掌握上述关键技术。
由于镍基高温合金中硫元素能够形成低熔点共晶物，在结晶过程中极易形成液膜，降低材料塑性。硫容易发生偏析，从而增大脆性温度区间范围，增加结晶裂纹的敏感性。因此控制和减少硫元素的含量是真空冶炼相关技术是镍基焊接材料技术的关键，本发明方法就是针对这一技术难题进行的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种镍基高温合金脱硫的方法，该方法可获得致密的含硫量超低的合金铸锭。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种镍基高温合金脱硫的方法，该方法包括：
（1）精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、金属铬、金属钼、硅、金属锰、金属铌和钛，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干。
（2）采用ZG-0.025型真空感应熔炼炉熔炼Inconel690合金铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，10～15kW：10～20min；20～25kW直到熔化；真空度≤0.1Pa，精炼20min，电磁搅拌；高真空下充入高纯氩气，调整温度，加入元素铝、硅、钛、铌和钼及易挥发元素锰进行微合金化和脱氧，电磁搅拌；降低功率，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。
该镍基高温合金按wt%计其化学成分如下：C≤0.03，Si≤0.50，Mn≤1.0，P≤0.005，S≤0.005，Cr：28.0-31.5，Fe：8.0-12.0，Mo≤0.5，Co≤0.10，Cu≤0.10，Ti≤1.0，Al≤1.1，Nb：0.5-1.0，其它≤0.5，Ni：基体。
该镍基高温合金按wt%计其化学成分含有0.5%~0.7%的铝。
熔炼过程中采用预制的氧化钙坩埚，熔炼过程中加入0.7%的铝可以大幅度脱硫，其反应式：3CaO+2[Al]Ni+3[S]Ni = 3CaS+Al2O3，铝与氧化钙坩埚反应形成3CaO•Al2O3低熔点渣，脱硫反应在坩埚内表面低熔点渣与合金液的界面上进行。
本发明的优点：
（1）特殊冶炼工艺及采用氧化钙坩埚和添加一定含量的铝元素对获得Inconel690低含量的硫具有非常重要的作用。
（2）Inconel690超低含量的硫抑制了焊接熔敷金属结晶裂纹的敏感性，大幅度提高镍基合金的机械性能。
（3）Inconel690超低含量的硫的镍基焊接材料，可以应用在核电等重要领域，对国产化焊材起到推动作用。
（4）本发明Inconel690镍基合金脱硫方法，成本相对较低，工艺相对容易实现，还以进一步为其它镍基合金获得超低硫含量起到借鉴作用。
具体实施方式
实施例：
精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、金属铬、金属钼、硅、金属锰、金属铌和钛，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干加入到坩埚中，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干放入炉膛中。采用ZG-0.025型真空感应熔炼炉熔炼Inconel690合金铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，12kW；15min；22kW直到熔化；真空度0.1Pa，精炼20min，电磁搅拌；高真空充入高纯氩气，调整温度，加入元素铝、钛、铌和钼及易挥发元素锰进行微合金化和脱氧，其中该镍基高温合金按wt%加入0.75%的铝，电磁搅拌；降低功率，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。机械加工车去铸锭表面氧化皮，获得光滑表面铸锭，化学元素分析，最后锻造、轧制、拉拔成一定规格的焊丝。
硫元素分析采用红外吸收法（国家标准GB/T 20123-2006），分析精度为0.0001%（质量分数）。
该实施例获得镍基高温合金铸锭按wt%（质量分数）计，其化学成分如下：S：0.0004，P：0.0012， N：0.0015，O：0.001，H：0.0002，C：0.012，Si：0.11，Mn：0.73， Cr：29.64，Fe：9.82，Mo：0.35，Co：0.011，Cu：0.006，Ti：0.85，Al:0.65，Nb：0.74， Ni：基体。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (3)

1.一种镍基高温合金脱硫的方法，其特征在于，该方法包括：
（1）精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、金属铬、金属钼、硅、金属锰、金属铌和钛，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干。
（2）采用ZG-0.025型真空感应熔炼炉熔炼Inconel690合金铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，10～15kW：10～20min；20～25kW直到熔化；真空度≤0.1Pa，精炼20min，电磁搅拌；高真空下充入高纯氩气，调整温度，加入元素铝、硅、钛、铌和钼及易挥发元素锰进行微合金化和脱氧，电磁搅拌；降低功率，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。
2.如权利要求1所述的一种镍基高温合金脱硫的方法，其特征在于，该镍基高温合金按wt%计其化学成分如下：C≤0.03，Si≤0.50，Mn≤1.0，P≤0.005，S≤0.005，Cr：28.0-31.5，Fe：8.0-12.0，Mo≤0.5，Co≤0.10，Cu≤0.10，Ti≤1.0，Al≤1.1，Nb：0.5-1.0，其它≤0.5，Ni：基体。
3.如权利要求2所述的一种镍基高温合金脱硫的方法，其特征在于，该镍基高温合金按wt%计其化学成分含有0.5%~0.7%的铝。
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