CN111961875A - 一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法 - Google Patents

一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，其采用配比为CaF2 55~65%、Al2O3 15~20%、CaO 15~20%和TiO2 2~6%的四元渣系，优化了电渣重熔启动阶段、熔炼阶段和充填阶段的电制度，适合于成分为Ni 41.5~53.0，Cr 16.0~18.0，Al 0.3~0.5，Ti 0.9~1.8，Nb 3.0~5.0，C0.01~0.04，Fe为余量，直径为810~1100mm的铁镍基高温合金电渣锭的冶炼。本发明所述铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，能够有效解决直径810mm~1100mm大尺寸铁镍基高温合金电渣锭重熔过程中铝元素和钛元素的烧损问题。

Description

一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，具体涉及一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法。
背景技术
铁镍基高温合金以以Fe和Ni元素为基体，合金中加入合金中加入Co、Cr、Mo、Al、Ti、Nb、B、C等元素，制备而成的一类高温合金。
对于铁镍基高温合金来说，Al、Ti和Nb元素是铁镍基高温合金中重要的合金元素，Al和Ti元素能与Ni元素形成一种化学组成为Ni3(Al,Ti)的强化相γ′相，Nb能与Ni形成一种化学组成为Ni3Nb的强化相γ″相。沉淀强化型铁镍基高温合金主要依靠γ′相和γ″相强化，这种强化效果则与合金中的Al和Ti元素含量直接相关。然而，高钛低铝的铁镍基高温合金在电渣重熔过程中会发生一定程度的烧损，进而影响到合金的性能一致性和稳定性。这是由于Al和Ti元素是活泼的易氧化元素，而熔渣的主成分是还原性氧化物，在重熔过程中Al和Ti元素会与熔渣中的氧化物发生还原反应，造成钢锭沿纵向出现Al和Ti元素含量的梯度变化，这造成了钢锭力学性能波动、质量稳定性差等严重后果。这些技术瑕疵都将导致生产的钢锭无法满足技术指标要求，影响合格率；还会造成钢锭批次质量的稳定性，影响服役可靠性。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，能够有效解决直径810mm～1100mm大尺寸铁镍基高温合金电渣锭重熔过程中铝元素和钛元素的烧损问题。
本发明第一方面提供一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，所述冶炼方法包括：在电渣重熔炉中装入冶炼电极和四元渣系的渣料，经过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到铁镍基高温合金电渣锭；所述冶炼方法采用所述四元渣系进行电渣重熔，所述四元渣系的渣料的组成和重量百分比为CaF2 55～65％、Al2O3 15～20％、CaO15～20％和TiO2 2～6％。通过该技术手段，调整电渣中Al2O3与TiO2的合理配比，抑制高钛低铝的铁镍基高温合金电渣锭冶炼过程中Al和Ti元素的烧损，进而改善电渣锭的成分均匀性。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，所述铁镍基高温合金电渣锭直径为810～1100mm，重量为6000kg～25000kg。通过该技术手段，能够制备大尺寸的铁镍基高温合金电渣锭，满足发动机与燃气轮机所需大尺寸高温合金部件的电渣锭冶炼要求。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，在采用所述的冶炼方法进行冶炼的过程中，Al元素钢锭的头尾差值为0～0.02％，Ti元素钢锭的头尾差值为为-0.02～0.02％。。通过该技术手段，能够解决大尺寸含Al、Ti的铁镍基高温合金电渣锭头尾的Al、Ti元素不均匀问题，提高其所制备部件的成分均匀性，提高质量稳定性。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，以重量百分比计算，所述铁镍基高温合金的组成包括：Ni 41.5～53.0，Cr 16.0～18.0，Al 0.3～0.5，Ti 0.9～1.8，Nb 3.0～5.0，C0.01～0.04，Fe为余量。通过该技术手段，能够制备满足发动机与燃气轮机所需的高性能铁镍基高温合金部件。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，所述启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速的方式改变电流强度：初始电流为12000～20000A，按照1000～3000A/min的速度提升电流，最高为22000～30000A，然后保持100～300min；按照100～300A/min的速度降低电流，至20000～28000A。通过该技术手段，能够控制电渣锭冶炼启动阶段的稳定性，避免出现功率大幅波动造成Al、Ti元素的烧损。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，所述熔炼阶段采用熔速控制：初始熔速为7.5～13.5kg/min，初始电极重量为10000kg～24000kg，电极熔炼至2000～5000kg后开始降低熔速，0.5-2.5kg/min/h的速度调低熔速，至6.0～10.5kg/min后保持。通过该技术手段，能够控制电渣锭冶炼熔炼阶段的稳定性，避免出现功率大幅波动造成Al、Ti元素的烧损。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，所述充填阶段采用熔速控制，熔速连续降低；电极剩余700～1500kg后开始充填，充填过程按2.5-6.5kg/min/h的速度调低熔速，至3.5～5.5kg/min后保持，剩余200～400kg后停止熔炼。通过该技术手段，能够控制电渣锭冶炼充填阶段的稳定性，避免出现功率大幅波动造成Al、Ti元素的烧损。
优选地，对于如前所述的冶炼方法，进入熔炼阶段后按0.02～0.06kg/min的速度向熔池内补加渣料，补加15～100kg，直至进入所述充填阶段后停止。通过该技术手段，能够避免大尺寸电渣锭在长时间的冶炼过程中发生初始加入的渣料因氧化还原反应发生配比显著变化情况造成Al、Ti元素的烧损的问题。
本发明第二方面提供一种所述的冶炼方法制备的高钛低铝的铁镍基高温合金。
本发明第三方面提供一种所述的高铝钛的高钛低铝的铁镍基高温合金在航空航天和能源领域的应用。
本发明创造的有益效果：本发明提供一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，通过对冶炼过程的四元渣系的电渣配比进行优化，并调整冶炼方法中的技术工艺，能够有效解决直径810mm～1100mm大尺寸铁镍基高温合金电渣锭重熔过程中铝元素和钛元素的烧损问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为电渣重熔不同阶段的控制方法示意图；其中，A为启动阶段，B为熔炼阶段，C为充填阶段；启动阶段对电流进行控制，熔炼阶段和充填阶段对熔速进行控制。
具体实施方式
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
可对本发明提到的特征或实施例提到的特征进行组合。本说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的冶炼电极包括但不限于将高钛低铝的铁镍基高温合金组分通过真空感应熔炼制备得到的电极。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的冶炼电极重量为10000kg～24000kg。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的基体的百分比含量为(1-其它元素的百分比含量)*100％。
本发明针对高钛低铝的铁镍基高温合金电渣重熔过程中的Al和Ti元素烧损问题，提出了一种电渣重熔冶炼方法。本发明的技术创新性在于：
(1)发明人设计了一种CaF2—Al2O3—CaO—TiO2四元渣，经大量实验和研究发现，所述四元渣具有以下特征：
1)提高了CaF2含量，降低渣的熔点、黏度和表面张力，提高渣子的流动性，有利于电渣重熔过程脱S和去除夹杂物等特点。
2)降低了CaO含量，降低渣的还原性，降低还原性，抑制Al和Ti元素发生氧化反应；
3)降低了Al2O3含量，降低渣的熔化温度和粘度；
4)取消了MgO的加入，提高电渣的流动性；
5)降低了TiO2含量，降低熔渣中TiO2的活度系数。
传统的铁镍基高温合金电渣重熔的渣系普遍选用CaF2—Al2O3—CaO—MgO—TiO2五元渣。然而，电渣重熔渣系中Al2O3和TiO2之间被证明存在式(1)所示化学平衡。故而高钛低铝的铁镍基高温合金在电渣重熔过程中，会出现Al和Ti元素的烧损。
4[Al]+3(TiO2)＝2(Al2O3)+3[Ti] 式(1)
经过大量研究，发明人发现可采用四元渣系，通过控制合理的冶炼参数，可抑制式(1)反应向右进行，使熔渣中的式(1)处于动态平衡之中，进而防止高钛低铝的铁镍基高温合金在电渣重熔过程发生Al和Ti元素的烧损。
(2)经大量实验和研究，发明人优化了冶炼过程的启动阶段、熔炼阶段和充填阶段的电制度。
1)发明人发现，常规的电渣重熔工艺，启动阶段采用电流分级增大的方法，但是电流过大或快速波动易造成熔渣中TiO2、Al2O3的活度系数变化，式(1)向右反应，电渣锭启动端的Ti元素含量增加而Al元素含量降低。因此，发明人开始尝试采用电流无级变速方法，由初始电流以恒定速度升高至最高电流，而后以恒定速度降低至稳态电流，结果发现其能够有效抑制电渣锭启动端的增Ti烧Al。
2)进一步地，发明人发现，常规的电渣重熔工艺，充填阶段采用熔速控制方法，降低熔速主要通过降低功率的方法实现，但是熔速降低速度过快，则又会造成熔渣中TiO2、Al2O3的活度系数变化，式(1)向右反应，电渣锭充填端的Ti元素含量增加而Al元素含量降低。因此，发明人开始尝试采用熔炼阶段后期即主动降低熔速，而进入充填前期熔速已处于一个较低水平，而后再以恒定速度降低熔速至充填稳态熔速，直至完成充填。结果发明人发现该方法能够避免进入充填阶段后，功率的快速降低造成熔渣中TiO2、Al2O3的活度系数变化，进而有效抑制电渣锭充填端的增Ti烧Al的程度。
3)进一步地，发明人发现，常规的电渣重熔工艺，电渣的添加通常在启动前就加入结晶器中，但是对于直径800mm以上的大尺寸电渣锭，熔炼时间长，电渣在熔炼过程中，渣系的配比会因为发生氧化还原反应而发生改变。因此，发明人开始尝试采用在熔炼过程中补加新电渣的方法，用以维持渣系配比，结果发明人发现这可避免Al和Ti元素的烧损。
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，但本发明包括但不限于这些实施例。
实施例1、一种高钛低铝的铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高钛低铝的铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)所述高钛低铝的铁镍基高温合金的组成和重量百分比为：Fe基体，Ni 41.5，Cr16.0，Al 0.3，Ti 1.8，Nb 3.0，C 0.02；根据高钛低铝的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体的技术参数可参照专利201910803960.4)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极SA1(即冶炼电极)。
(2)电渣锭直径：1100mm；
(3)电极直径：810mm；
(4)电极长度：4000mm；
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为57％CaF2、19％Al2O3、19％CaO和5％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA1和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭，如图1所示；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA1和渣料，采用电流控制，电流无级变速：初始电流为16000A保持5min，按照2000A/min的速度提升电流，最高为27000A，然后保持200min；按照250A/min的速度降低电流，至24000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：初始熔速为12.0kg/min，电极SA1(初始电极重量为10000kg)熔炼2500kg后开始降低熔速，1.0kg/min/h的速度调低熔速，至8.5kg/min后保持。进入熔炼阶段后按0.05kg/min的添加速度向熔池内补加上述四元渣系渣料，添加量为添加速度乘以熔炼阶段的时间，直至进入充填阶段后停止；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极SA1剩余1000kg后开始充填，充填过程按5.0kg/min/h的速度调低熔速，至5.5kg/min后保持，电极SA1剩余250kg后停止熔炼，得到铁镍基高温合金电渣锭。
将实施例1所述冶炼方法中采用的电极、铁镍基高温合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表1所示的实测结果：由表1可知，冶炼前电极SA1中的Al元素含量为0.34％、Ti元素含量为1.75％。冶炼后，实施例1铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素含量为0.31％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的充填端的Al烧损较小，Al元素含量为0.32％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的头尾Al元素的差值达0.01％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Ti元素含量增加较小，Ti元素含量为1.79％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭充填端的Ti元素含量略微增加，升高至1.77％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭头尾差值元素含量达0.02％。因此，实施例1通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低铁镍基高温合金电渣锭冶炼过程的烧Al增Ti的程度。
表1.实施例1电极、电渣锭启动端和充填端的Al、Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(SA1) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 0.35％ 0.31％ 0.32％
Ti 1.75％ 1.79％ 1.77％
实施例2、一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高钛低铝的铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)所述高钛低铝的铁镍基高温合金的组成和重量百分比为：Fe基体，Ni 53.0，Cr18.0，Al 0.5，Ti 0.9，Nb 5.0，Mo 3.0，C0.02；根据高钛低铝的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体的技术参数可参照专利201910803960.4)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极SA2(即冶炼电极)。
(2)电渣锭直径：1020mm；
(3)电极直径：910mm；
(4)电极长度：3500mm
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为59％CaF2、19％Al2O3、19％CaO和3％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA2和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭，如图1所示；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA2和渣料，采用电流控制，电流无级变速：初始电流为17000A保持5min，按照2000A/min的速度提升电流，最高为27000A，然后保持200min；按照250A/min的速度降低电流，至24000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：初始熔速为8.0kg/min，电极SA2(初始电极重量为24000kg)熔炼2500kg后开始降低熔速，1kg/min/h的速度调低熔速，至6.5kg/min后保持。进入熔炼阶段后按0.03kg/min的速度向熔池内补加渣料，添加量为添加速度乘以熔炼阶段的时间，直至进入充填期后停止；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极SA2剩余1000kg后开始充填，充填过程按3.0kg/min/h的速度调低熔速，至3.5kg/min后保持，电极SA2剩余250kg后停止熔炼，得到铁镍基高温合金电渣锭。
将实施例2所述冶炼方法中采用的电极、铁镍基高温合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表2所示的实测结果：由表2可知，冶炼前电极SA2中的Al元素含量为0.55％、Ti元素含量为0.85％；冶炼后，实施例1铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素含量为0.50％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的充填端的Al烧损较小，Al元素含量为0.51％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的头尾Al元素的差值达0.01％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Ti元素含量增加较小，Ti元素含量为0.88％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭充填端的Ti元素含量略微增加，Ti元素含量为0.87％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭头尾差值元素含量达0.01％。因此，实施例2通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低铁镍基高温合金电渣锭冶炼过程的烧Al增Ti的程度。
表2.实施例2电极、电渣锭启动端和充填端的Al、Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(SA2) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 0.55％ 0.50％ 0.51％
Ti 0.85％ 0.88％ 0.87％
实施例3、一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高钛低铝的铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)所述高钛低铝的铁镍基高温合金的组成和重量百分比为：Fe基体，Ni 53.0，Cr18.0，Al 0.5，Ti 0.9，Nb 5.0，Mo 3.0，C 0.01；根据高钛低铝的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体的技术参数可参照专利201910803960.4)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极SA3(即冶炼电极)。
(2)电渣锭直径：800mm；
(3)电极直径：910mm；
(4)电极长度：3500mm
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为55％CaF2、15％Al2O3、15％CaO和2％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA3和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭，如图1所示；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中投入制备的电渣重熔的电极SA3和渣料，采用电流控制，电流无级变速：初始电流为12000A保持4min，按照1000A/min的速度提升电流，最高为22000A，然后保持100min；按照100A/min的速度降低电流，至20000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：初始熔速为7.5kg/min，电极SA3(初始电极重量为10000kg)熔炼2000kg后开始降低熔速，0.5kg/min/h的速度调低熔速，至6.0kg/min后保持。进入熔炼阶段后按0.02kg/min的速度向熔池内补加渣料，添加量为添加速度乘以熔炼阶段的时间，直至进入充填期后停止；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极SA3剩余700kg后开始充填，充填过程按2.5kg/min/h的速度调低熔速，至3.5kg/min后保持，电极SA3剩余200kg后停止熔炼，得到铁镍基高温合金电渣锭。
将实施例3所述冶炼方法中采用的电极、铁镍基高温合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表3所示的实测结果：由表3可知，冶炼前电极SA3中的Al元素含量为0.55％、Ti元素含量为0.85％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素含量为0.52％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的充填端的Al烧损较小，Al元素含量为0.54％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的头尾Al元素的差值达0.02％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Ti元素含量增加较小，Ti元素含量为0.86％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭充填端的Ti元素含量略微增加，Ti元素含量为0.88％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭头尾差值元素含量达-0.02％。因此，实施例3通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低铁镍基高温合金电渣锭冶炼过程的烧Al增Ti的程度。
表3.实施例3电极、电渣锭启动端和充填端的Al、Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(SA3) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 0.55％ 0.52％ 0.54％
Ti 0.85％ 0.86％ 0.88％
实施例4、一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高钛低铝的铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)所述高钛低铝的铁镍基高温合金的组成和重量百分比为：Fe基体，Ni 53.0，Cr18.0，Al 0.5，Ti 0.9，Nb 5.0，Mo 3.0，C 0.04；采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体的技术参数可参照专利201910803960.4)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极SA4(即冶炼电极)。
(2)电渣锭直径：1020mm；
(3)电极直径：1100mm；
(4)电极长度：3500mm
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为65％CaF2、20％Al2O3、20％CaO和6％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA4和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭，如图1所示；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极SA4和渣料，采用电流控制，电流无级变速：初始电流为20000A保持10min，按照3000A/min的速度提升电流，最高为30000A，然后保持300min；按照300A/min的速度降低电流，至28000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：初始熔速为13.5kg/min，电极SA4(初始电极重量为24000kg)熔炼5000kg后开始降低熔速，2.5kg/min/h的速度调低熔速，至10.5kg/min后保持。进入熔炼阶段后按0.06kg/min的速度向熔池内补加渣料，添加量为添加速度乘以熔炼阶段的时间，直至进入充填期后停止；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极SA4剩余1500kg后开始充填，充填过程按6.5kg/min/h的速度调低熔速，至5.5kg/min后保持，电极SA4剩余400kg后停止熔炼，得到铁镍基高温合金电渣锭。
将实施例4所述冶炼方法中采用的电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表4所示的实测结果：由表4可知，冶炼前电极SA4中的Al元素含量为0.55％、Ti元素含量为0.85％；冶炼后，铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素含量为0.54％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的充填端的Al烧损较小，Al元素含量为0.53％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的头尾Al元素的差值达0.00％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭的启动端的Ti元素含量增加较小，Ti元素含量为0.86％；冶炼后铁镍基高温合金电渣锭充填端的Ti元素含量略微增加，Ti元素含量为0.87％，冶炼后铁镍基高温合金电渣锭头尾差值元素含量达0.01％。因此，实施例4通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低铁镍基高温合金电渣锭冶炼过程的烧Al增Ti的程度。
表4.实施例4电极、电渣锭启动端和充填端的Al、Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(SA4) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 0.55％ 0.54％ 0.54％
Ti 0.85％ 0.86％ 0.87％
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种铁镍基高温合金电渣锭控制铝钛烧损的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法包括：在电渣重熔炉中装入冶炼电极和四元渣系的渣料，经过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到铁镍基高温合金电渣锭；所述冶炼方法采用所述四元渣系进行电渣重熔，所述四元渣系的渣料的组成和重量百分比为CaF2 55~65%、Al2O3 15~20%、CaO 15~20%和TiO2 2~6%。
2.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述铁镍基高温合金电渣锭的直径为810~1100mm，所述铁镍基高温合金电渣锭的重量为6000kg~25000kg。
3.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，采用所述的冶炼方法进行冶炼后，Al元素在所述铁镍基高温合金电渣锭的头尾差值为0~0.02%， Ti元素在所述铁镍基高温合金电渣锭的头尾差值为-0.02~0.02%。
4.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，以重量百分比计算，所述铁镍基高温合金的组成包括： Ni 41.5~53.0，Cr 16.0~18.0，Al 0.3~0.5，Ti 0.9~1.8，Nb 3.0~5.0，C0.01~0.04， Fe为余量。
5.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速的方式改变电流强度：初始电流为12000~20000A保持4-10min，按照1000~3000A/min的速度提升电流，最高为22000~30000A，然后保持100~300min；按照100~300A/min的速度降低电流，至20000~28000A。
6.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述熔炼阶段采用熔速控制：初始熔速为7.5~13.5kg/min，冶炼电极熔炼至2000~5000kg后开始降低熔速，0.5-2.5kg/min/h的速度调低熔速，至6.0~10.5kg/min后保持。
7.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述充填阶段采用熔速控制，冶炼电极剩余700~1500kg后开始按2.5-6.5kg/min/h的速度调低熔速，至3.5~5.5kg/min后保持，冶炼电极剩余200~400kg后停止熔炼。
8.根据权利要求6所述的冶炼方法，其特征在于，进入熔炼阶段后按0.02~0.06kg/min的添加速度向熔池内补加所述四元渣系的渣料，直至进入所述充填阶段后停止。
9.一种根据权利要求1至8任一权项所述的冶炼方法制备的高钛低铝的铁镍基高温合金。
10.一种根据权利要求9所述的高铝钛的高钛低铝的铁镍基高温合金在航空航天和能源领域的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113444889A (zh) * 2021-05-19 2021-09-28 重庆材料研究院有限公司 一种使镍基合金电渣锭的铝钛分布均匀的方法
CN113528928A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 山西太钢不锈钢股份有限公司 精密带钢用铁镍基合金连铸坯及其生产方法
CN115109937A (zh) * 2022-06-16 2022-09-27 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种有效控制n08810铝钛成分的电渣重熔方法
CN115287463A (zh) * 2022-06-15 2022-11-04 东北大学 一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系、制备方法及使用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1503850A (zh) * 2001-03-08 2004-06-09 ATI�ʲ���˾ 大直径镍基合金铸块的制造方法
US20110171058A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-14 Hitachi Metals, Ltd. Process for manufacturing ni-base alloy and ni-base alloy
JP2014237884A (ja) * 2013-06-10 2014-12-18 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Ｎｉ基鍛造合金並びにこれを用いたタービンディスク、タービンスペーサ及びガスタービン
CN104561664A (zh) * 2014-12-09 2015-04-29 抚顺特殊钢股份有限公司 一种新型镍铁基高温合金gh4169d的冶炼工艺
CN104878269A (zh) * 2015-05-25 2015-09-02 钢铁研究总院 优化gh706合金持久性能的方法
CN106834731A (zh) * 2017-01-18 2017-06-13 东北大学 一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1503850A (zh) * 2001-03-08 2004-06-09 ATI�ʲ���˾ 大直径镍基合金铸块的制造方法
US20110171058A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-14 Hitachi Metals, Ltd. Process for manufacturing ni-base alloy and ni-base alloy
JP2014237884A (ja) * 2013-06-10 2014-12-18 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Ｎｉ基鍛造合金並びにこれを用いたタービンディスク、タービンスペーサ及びガスタービン
CN104561664A (zh) * 2014-12-09 2015-04-29 抚顺特殊钢股份有限公司 一种新型镍铁基高温合金gh4169d的冶炼工艺
CN104878269A (zh) * 2015-05-25 2015-09-02 钢铁研究总院 优化gh706合金持久性能的方法
CN106834731A (zh) * 2017-01-18 2017-06-13 东北大学 一种用于电渣重熔高钛低铝型钢种的重熔渣系与冶炼工艺

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113444889A (zh) * 2021-05-19 2021-09-28 重庆材料研究院有限公司 一种使镍基合金电渣锭的铝钛分布均匀的方法
CN113528928A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 山西太钢不锈钢股份有限公司 精密带钢用铁镍基合金连铸坯及其生产方法
CN115287463A (zh) * 2022-06-15 2022-11-04 东北大学 一种电渣重熔n06625镍基合金焊材用渣系、制备方法及使用方法
CN115109937A (zh) * 2022-06-16 2022-09-27 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种有效控制n08810铝钛成分的电渣重熔方法
CN115109937B (zh) * 2022-06-16 2023-09-05 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种有效控制n08810铝钛成分的电渣重熔方法

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