CN112011694B - 一种eb炉熔炼ta10钛合金扁锭的拉锭方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，属于钛合金熔炼技术领域。本发明通过线性拟合得出拉锭速率和熔炼速率的变化规律，先逐渐增加拉锭速率然后降低拉锭速率，熔炼速率逐渐降低进而有效控制拉锭过程中的缺陷，一方面可以通过调整工艺参数有效减少杂质从而获得产品质量好，性能优良的TA10钛合金扁锭；另一方面无需添加新的设备，降低能耗且制造成本不增加的情况下，最终获得高品质、低成本的TA10钛合金扁锭，以扩大TA10钛合金扁锭后续的研发应用。

Description

一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法
技术领域
本发明涉及一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，属于钛合金熔炼技术领域。
背景技术
目前，国内钛工业冶炼最常用的是真空自耗电弧炉(VAR炉)，但采用VAR炉要进行三次熔炼，且一般会产生高、低密度夹杂物。而电子束冷床炉(EB炉)可以很好地解决这一问题，只需一次熔炼即可，工艺简便且原料可采用海绵钛等散装料，大大降低生产成本。
TA10钛合金成分为Ti-0.8Ni-0.3Mo，属于近α型钛合金。因其良好的耐蚀性，广泛应用于冶金、船舶、海洋工程等领域。由于需求量较大，产品性能要求高，因此EB炉熔炼TA10钛合金广泛应用。EB炉中共有四把电子枪，其中1#电子枪主要负责原料熔炼，2#电子枪负责熔炼及初精炼，3#电子枪负责二次精炼及溢流口位置，4#电子枪若均匀扫描可保持结晶器内扁锭液面维持一定的浇注温度。EB炉熔炼TA10钛合金扁锭时，拉锭过程中如果速度过快会出现扁锭表面不平整且波纹大，表面质量差，力学性能不均匀等现象，导致扁锭后续加工成板材时要将表面进行大量机械加工，导致材料利用率低、生产周期长、产品成本高等问题，而拉锭速度过慢的话会增加生产周期，降低产量。因此开发新的EB炉熔炼TA10钛合金扁锭拉锭工艺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，包括以下步骤：
(1)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW。
(2)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，进而防止钛液凝固，且挥发掉杂质，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭。
(3)拉锭开始时增加4#枪功率。
(4)拉锭过程为持续拉锭，且随着拉锭时间的不断增加，拉锭速率先增加后降低，熔炼速率不断降低；所述拉锭速率为10-20mm/min，拉锭时间t在0-8h时和拉锭速率v满足公式v＝At+B，t/h，其中A的取值范围为0.05-0.2，B的取值范围为13-17；拉锭时间t大于8h时与拉锭速率v满足公式v＝Ct+D，其中C的取值范围为-0.4～-0.7，D的取值范围为21-24。所述熔速540-1200kg/h，拉锭时间t和熔速y满足公式y＝Et+F，t/h，其中E的取值范围为-27～-32，F的取值范围为1000-1200。
(5)拉锭过程中，结晶器持续通入冷却水。
优选的，本发明步骤(3)中4#电子枪功率为280-360kW。
优选的，本发明步骤(5)中结晶器水流量为1500-2200L/min，水温16-30℃。
本发明的原理：发明人发现EB炉熔炼过程为半连铸过程，从非稳态到稳态的过程；随着拉锭速率的提高，结晶器内铸坯停留时间较少，使得温度下降较慢，而又有熔体不断从溢流口流入结晶器，不断地能量输入而散热量又相对较少，导致熔池较深，因此降低熔炼速率既可以有效防止提高拉锭速度时产生缺陷；当熔池达到一定深度时，降低拉锭速率，此时熔炼速率继续降低，能量输入减少且散热量相对增加，使熔池逐渐变浅，进而可以避免缺陷、获得高质量的产品、提高TA10扁锭的生产效率、降低成本。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过先逐渐增加拉锭速率而后降低，熔炼速率逐渐降低，一方面减轻或削弱TA10钛合金扁锭的表面不平整，减小表面波纹，获得高品质TA10钛合金扁锭；另一方面不增加其他设备、降低能耗、降低制造成本，最终获得高品质、低成本的TA10钛合金扁锭，以扩大TA10钛合金的应用领域。
(2)本发明采用电子束冷床炉(EB炉)一次熔炼获得的扁锭，传统真空自耗电弧炉(VAR)需要熔炼3～4次获得，EB炉熔炼能够有效的降低高低密度夹杂物，极大缩短工艺流程和制造成本，能够获得大规格扁锭。
(3)本发明所述拉锭速率为10-20mm/min，熔速540-1200kg/h，一方面能够避免因拉锭速率或熔速过快导致的产品性能不佳；另一方面能够避免拉锭速率或熔速过慢导致的生产速率慢、生产成本过高，可有效获得高质量TA10钛合金扁锭。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的TA10扁锭；
图2为拉锭速率、熔速均不变得到的表面有缺陷的TA10扁锭。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，具体步骤如下：
(1)本实施例材料为TA10钛合金，锭长7525mm，拉锭时间860min。
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW。
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭。
(4)拉锭开始时增加4#枪功率。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量2000L/min，进水温度24-25℃，出水温度25-28℃，温差0.5-4℃。
本实施例中拉锭时间t在0-8h时和拉锭速率v满足公式v＝At+B，t/h，其中A取0.05，B取13；拉锭时间t大于8h时与拉锭速率v满足公式v＝Ct+D，其中C取-0.7，D取21；拉锭时间t和熔速y满足公式y＝Et+F，t/h，其中E取-32，F取1000。
具体参数如表1所示，本实施例制备得到的TA10钛合金扁锭，成材率为89.3％，外形波纹小且整齐，表1中的拉锭速率为四舍五入所得，且保留小数点后面一位小数。
表1 TA10钛合金扁锭拉锭工艺1
Figure BDA0002626270720000041
实施例2
一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，具体步骤如下：
(1)本实施例材料为TA10钛合金，锭长7876mm，拉锭时间830min。
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW。
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭。
(4)拉锭开始时增加4#枪功率。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量1800L/min，进水温度21-25℃，出水温度22-28℃，温差1-4℃。
本实施例中拉锭时间t在0-8h时和拉锭速率v满足公式v＝At+B，t/h，其中A取0.1，B取15；拉锭时间t大于8h时与拉锭速率v满足公式v＝Ct+D，其中C取-0.55，D取22.5；拉锭时间t和熔速y满足公式y＝Et+F，t/h，其中E取-30，F取1100。
具体参数如表2所示，本实施例制备得到的TA10钛合金扁锭，成材率为88.9％，外形波纹小且整齐，表2中的拉锭速率为四舍五入所得，且保留小数点后面一位小数。
表2 TA10钛合金扁锭拉锭工艺2
Figure BDA0002626270720000051
Figure BDA0002626270720000061
实施例3
一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，具体步骤如下：
(1)本实施例材料为TA10钛合金，锭长7836mm，拉锭时间780min。
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW。
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭。
(4)拉锭开始时增加4#枪功率。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量2000L/min，进水温度21-25℃，出水温度23-28℃，温差1.5-4℃。
本实施例中拉锭时间t在0-8h时和拉锭速率v满足公式v＝At+B，t/h，其中A取0.2，B取17；拉锭时间t大于8h时与拉锭速率v满足公式v＝Ct+D，其中C取-0.4，D取24；拉锭时t和熔速y满足公式y＝Et+F，t/h，其中E取-27，F取1200。
具体参数如表3所示，本实施例制备得到的TA10钛合金扁锭，成材率为89.6％，外形波纹小且整齐，表3中的拉锭速率为四舍五入所得，且保留小数点后面一位小数。
表3 TA10钛合金扁锭拉锭工艺3
Figure BDA0002626270720000071
图1为本发明实施例1制备的TA10扁锭；图2为拉锭速率、熔速均不变得到的表面有缺陷的TA10扁锭。由图可以看出熔铸时当拉锭或熔炼速度恒定，速度过快时气体来不及从铸锭边缘析出，就被冷凝的金属包围，形成皮下气孔，产生缺陷；而速度过慢时生产效率低下，增加成本。在实际操作中，应采用拉锭速率先增加后降低，熔炼速率逐渐降低的方法，使液态金属停留时间加长，这样气泡有足够的时间析出，从而减少缺陷，获得高质量，低成本的TA10钛合金扁锭。

Claims (3)

1.一种EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW；
（2）将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，进而防止钛液凝固，且挥发掉杂质，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭；
（3）拉锭开始时增加4#枪功率；
（4）拉锭过程为持续拉锭，且随着拉锭时间的增加，拉锭速率先增加后降低，熔炼速率不断降低；
所述拉锭速率为10-20mm/min，拉锭时间t在0-8h时和拉锭速率v满足公式v=At+B，t/h，其中A的取值范围为0.05-0.2，B的取值范围为13-17；拉锭时间t大于8h时与拉锭速率v满足公式v=Ct+D，其中C的取值范围为-0.4~-0.7，D的取值范围为21-24；
所述熔炼速率540-1200kg/h，拉锭时间t和熔速y满足公式y=Et+F，t/h，其中E的取值范围为-27~-32，F的取值范围为1000-1200；
（5）拉锭过程中，结晶器持续通入冷却水。
2.根据权利要求1所述EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，其特征在于：步骤（3）中4#电子枪功率为280-360kW。
3.根据权利要求1所述EB炉熔炼TA10钛合金扁锭的拉锭方法，其特征在于：步骤（5）中结晶器水流量为1500-2200L/min，水温16-30℃。
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