CN113322386A - 一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述方法包括：S1、将铌棒放置于纯钛管的内部，在一侧端部将纯钛管和铌棒焊接为一体，获得NbTi自耗电极；S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼；S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到NbTi成品铸锭。本申请采用通过合理选择Ti元素和Nb元素的添加方式，降低了铌不熔块的风险，通过三次真空自耗熔炼制备无Nb不熔块、成分均匀的NbTi合金铸锭，实现了Φ440～Φ720mm大规格NbTi合金铸锭制备。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工方法的技术领域，尤其涉及一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法。
背景技术
NbTi合金由于其较高的力学性能和优异的超导性能，是目前使用最为广泛的超导材料。Nb元素熔点高达2410℃，密度高达8.57g/cm3，而活性金属Ti的熔点仅为1687℃，密度仅4.50g/cm3，二者熔点、密度差异相差大，使用传统的海绵钛、铌屑的添加方式，极易产生Nb不熔块。本发明通过合理设计Nb元素和Ti元素的配入方式，开发合理的熔炼工艺，可获得无Nb不熔块的大规格NbTi铸锭。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，采用通过合理选择Ti元素和Nb元素的添加方式，降低了铌不熔块的风险，通过三次真空自耗熔炼制备无Nb不熔块、成分均匀的NbTi合金铸锭，实现了Φ440～Φ720mm大规格NbTi合金铸锭制备。
本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：
S1、将铌棒放置于纯钛管的内部，在一侧端部将纯钛管和铌棒焊接为一体，获得NbTi自耗电极；
S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼；
S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到NbTi成品铸锭。
进一步地，所述步骤S2具体包括：
S21、一次熔炼：结晶器规格Φ280～580mm，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间不小于3小时，熔炼完成后将NbTi自耗电极在车床上做平头处理；
S22、二次熔炼：将进行平头处理后的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ360～640mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间不小于4小时；
S23、三次熔炼：将二次熔炼后经过平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440～720mm，熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于5小时。
进一步地，所述步骤S23中采用逐级降低输入功率的方式。
进一步地，所述步骤S23中稳弧周期保持在5-300s。
进一步地，获取纯钛管的方法为：
S01、将海绵钛按照单块电极块100-150kg的重量，经过电极块压制、自耗电极焊接、两次熔炼，获得纯钛铸锭；
S02、将纯钛铸锭经精锻、热轧、机加后获得设定尺寸的纯钛管材；
S03、选择铌棒和纯钛管。
进一步地，所述步骤S01中纯钛铸锭的规格为Φ720mm。
进一步地，所述步骤S03中Ti元素含量40～60％。
进一步地，所述步骤S1中采用非钨极氩气保护焊将组合好的电极焊接为一根自耗电极。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本申请采用通过合理选择Ti元素和Nb元素的添加方式，降低了铌不熔块的风险，通过三次真空自耗熔炼制备无Nb不熔块、成分均匀的NbTi合金铸锭，实现了Φ440～Φ720mm大规格NbTi合金铸锭制备。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中Φ440mm规格铸锭中部X射线检测结果；
图2为本发明实施例2的Φ560mm规格铸锭中部X射线检测结果；
图3为本发明实施例3的Φ720mm规格铸锭中部X射线检测结果；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法做进一步详细描述，如图1所示，其方法包括以下步骤：
S1、将铌棒放置于纯钛管的内部，在一侧端部将纯钛管和铌棒焊接为一体，获得NbTi自耗电极；
S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼；
S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到NbTi成品铸锭。
进一步地，所述步骤S2具体包括：
S21、一次熔炼：结晶器规格Φ280～580mm，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间不小于3小时，熔炼完成后将NbTi自耗电极在车床上做平头处理；
S22、二次熔炼：将进行平头处理后的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ360～640mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间不小于4小时；
S23、三次熔炼：将二次熔炼后经过平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440～720mm，熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于5小时。
进一步地，所述步骤S23中采用逐级降低输入功率的方式。
进一步地，所述步骤S23中稳弧周期保持在5～300s。
进一步地，获取纯钛管的方法为：
S01、将海绵钛按照单块电极块100～150kg的重量，经过电极块压制、自耗电极焊接、两次熔炼，获得纯钛铸锭；
S02、将纯钛铸锭经精锻、热轧、机加后获得设定尺寸的纯钛管材；
S03、选择铌棒和纯钛管。
进一步地，所述步骤S01中纯钛铸锭的规格为Φ720mm。
进一步地，所述步骤S03中Ti元素含量40～60％。
进一步地，所述步骤S1中采用非钨极氩气保护焊将组合好的电极焊接为一根自耗电极。
下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
实施例1：
S1、将海绵钛按照单块电极块100～150kg的重量，经过电极块压制、自耗电极焊接、两次熔炼，获得纯钛铸锭，其中，纯钛铸锭的规格为Φ720mm；
将纯钛铸锭经精锻、热轧、机加后获得外径220mm、壁厚54mm的纯钛管材；
选择直径为112mm的铌棒和纯钛管，Ti元素含量40～60％；
将铌棒放置于纯钛管的内部，组合后采用非钨极氩气保护焊将组合好的电极焊接为一根NbTi自耗电极。
S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼：
一次熔炼：结晶器规格Φ280mm，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间不小于3小时，熔炼完成后将NbTi自耗电极在车床上做平头处理；
二次熔炼：将进行平头处理后的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ360mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间不小于4小时；通过一次熔炼和二次熔炼使得Nb和Ti更有效地合金化；
三次熔炼：将二次熔炼后经过平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440mm，熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于5小时，采用逐级降低输入功率的方式，保持熔池深度稳定，稳弧周期保持在5-300s，保证熔池内搅拌强度合适、均匀，补缩阶段进一步逐级降低输入功率，并保证熔炼完成后二次锭底部完全余留至辅助电极上，熔炼后冷却时间不小于6小时，进一步提高了成品率；通过三次熔炼使得NbTi合金更加均匀化。
S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到Φ440mm规格的NbTi成品铸锭。
将本实施例熔炼得到的Φ440mm规格铸锭进行中部横向X射线检测，无铌不熔块，如图1所示。
实施例2：
S1、将海绵钛按照单块电极块100～150kg的重量，经过电极块压制、自耗电极焊接、两次熔炼，获得纯钛铸锭，其中，纯钛铸锭的规格为Φ720mm；
将纯钛铸锭经精锻、热轧、机加后获得外径280mm、壁厚47mm的纯钛管材；
选择直径为186mm的铌棒和纯钛管，Ti元素含量40～60％；
将铌棒放置于纯钛管的内部，组合后采用非钨极氩气保护焊将组合好的电极焊接为一根NbTi自耗电极。
S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼：
一次熔炼：结晶器规格Φ360mm，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流15～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间不小于4小时，熔炼完成后将NbTi自耗电极在车床上做平头处理；
二次熔炼：将进行平头处理后的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间不小于5小时；
三次熔炼：将二次熔炼后经过平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ560mm，熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于6小时，采用逐级降低输入功率的方式，保持熔池深度稳定，稳弧周期保持在5～300s，保证熔池内搅拌强度合适、均匀，补缩阶段进一步逐级降低输入功率，并保证熔炼完成后二次锭底部完全余留至辅助电极上，熔炼后冷却时间不小于6小时，进一步提高了成品率；通过三次熔炼使得NbTi合金更加均匀化。
S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到Φ560mm规格的NbTi成品铸锭。
将本实施例熔炼的Φ560mm规格铸锭进行中部横向X射线检测，无铌不熔块，如图2所示。
实施例3：
S1、将海绵钛按照单块电极块100～150kg的重量，经过电极块压制、自耗电极焊接、两次熔炼，获得纯钛铸锭，其中，纯钛铸锭的规格为Φ720mm；
将纯钛铸锭经精锻、热轧、机加后获得外径480mm、壁厚80mm的纯钛管材；
选择直径为320mm的铌棒和纯钛管，Ti元素含量40～60％；
将铌棒放置于纯钛管的内部，组合后采用非钨极氩气保护焊将组合好的电极焊接为一根NbTi自耗电极。
S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼：
一次熔炼：结晶器规格Φ580mm，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流20～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间不小于6小时，熔炼完成后将NbTi自耗电极在车床上做平头处理；
二次熔炼：将进行平头处理后的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ640mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于6小时；
三次熔炼：将二次熔炼后经过平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ720mm，熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流12～30kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于6小时，采用逐级降低输入功率的方式，保持熔池深度稳定，稳弧周期保持在5～300s，保证熔池内搅拌强度合适、均匀，补缩阶段进一步逐级降低输入功率，并保证熔炼完成后二次锭底部完全余留至辅助电极上，熔炼后冷却时间不小于6小时，进一步提高了成品率；通过三次熔炼使得NbTi合金更加均匀化。
S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到Φ720mm规格的NbTi成品铸锭。
将本实施例熔炼的Φ720mm规格铸锭进行中部横向X射线检测，无铌不熔块，如图3所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权力要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、将铌棒放置于纯钛管的内部，在一侧端部将纯钛管和铌棒焊接为一体，获得NbTi自耗电极；
S2、将NbTi自耗电极经过真空电弧炉进行熔炼；
S3、将经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面扒皮，并锯切冒口后得到NbTi成品铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、一次熔炼：结晶器规格Φ280～580mm，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间不小于3小时，熔炼完成后将NbTi自耗电极在车床上做平头处理；
S22、二次熔炼：将进行平头处理后的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ360～640mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间不小于4小时；
S23、三次熔炼：将二次熔炼后经过平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440～720mm，熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流8～25A，熔炼后冷却时间不小于5小时。
3.根据权利要求2所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中采用逐级降低输入功率的方式。
4.根据权利要求2所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中稳弧周期保持在5～300s。
5.根据权利要求1所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，获取纯钛管的方法为：
S01、将海绵钛按照单块电极块100～150kg的重量，经过电极块压制、自耗电极焊接、两次熔炼，获得纯钛铸锭；
S02、将纯钛铸锭经精锻、热轧、机加后获得设定尺寸的纯钛管材；
S03、选择铌棒和纯钛管。
6.根据权利要求5所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤S01中纯钛铸锭的规格为Φ720mm。
7.根据权利要求5所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤S03中Ti元素含量40～60％。
8.根据权利要求1所述的一种大规格NbTi合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中采用非钨极氩气保护焊将组合好的电极焊接为一根自耗电极。
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