CN113667861A - 一种gh3625合金的冶炼方法 - Google Patents

一种gh3625合金的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及合金材料冶炼技术领域，尤其涉及一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：步骤一，将再生料、碳、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌按顺序依次加料进行熔炼；步骤二，将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500～1520℃的条件下精炼55～65min之后进行脱氧和脱氮操作，向所述熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理；步骤三，浇注。本发明提供的方法操作简单，利用清洗后的再生料与纯金属料共同冶炼GH3625合金不仅能够大幅降低冶炼过程中熔体中的氧和氮的含量，使冶炼得到GH3625合金的力学性能有较大的提升，还确保了高的铌元素的收得率，避免了铌元素的偏析。

Description

一种GH3625合金的冶炼方法
技术领域
本发明涉及合金材料冶炼技术领域，尤其涉及一种GH3625合金的冶炼方法。
背景技术
高温GH3625合金中钼含量为8％～10％，铌含量为3.15％～4.15％，铬含量为20％～23％，其中钼元素和铌元素为主要的固溶强化元素，铬元素使GH3625合金具备了优良的抗氧化性、耐腐蚀性能和耐盐雾气氛下的应力腐蚀性能，在海水、淡水和空气中，极少出现腐蚀现象，从低温到980℃均具有良好的力学性能和疲劳性能，被广泛用作航空发动机零部件、宇航结构件、海洋器械和核动力设备等。
目前国内多采用全新金属原材料生产GH3625合金，但是全新金属原材料中铬和铌的总含量在27％左右，一方面全新的金属铬和铌与氧具有较强的亲和力，另一方面全新的金属铬和铌容易与氮结合形成氮化物，导致原材料全熔后氧和氮的含量较高，最终对合金的力学性能以及后续热加工产生不利影响。为了减少氧和氮的含量，采用全新金属原材料生产GH3625合金时，需要在精炼的后期加入大量的铌，但是金属铌在炼钢过程中受加入量和加入时间的影响易产生偏析，因此采用全新金属原材料生产GH3625合金不仅不利于铌元素的收得，还容易造成铌元素偏析。
发明内容
基于现有技术中存在的以上问题，本发明提供一种GH3625合金的冶炼方法，本发明的冶炼方法利用清洗后的再生料与纯金属料共同冶炼GH3625合金不仅能够大幅降低冶炼过程中熔体中的氧和氮的含量，还确保了高的铌元素的收得率，避免了铌元素的偏析，克服了现有技术的缺陷。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明实施例提供了一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
步骤一，将再生料、碳、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1490～1510℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，所述再生料为所述GH3625合金在加工过程中产生的废料经清洗后得到，所述再生料的质量为全部原料质量的40％～70％；
步骤二，将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500～1520℃的条件下精炼55～65min之后进行脱氧和脱氮操作，向所述熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理；
步骤三，浇注。
本发明的GH3625合金的冶炼方法以再生料和全新金属原材料为原料制备GH3625合金，由于GH3625合金再生料为合格的GH3625合金，当加入再生料进行熔炼时，再生料组织中的铬和铌相对稳定，不容易再与氧和氮结合，通过控制再生料的添加量为全部原料质量的40％～70％，既可以大幅减少熔体中的氧、氮含量，使冶炼得到GH3625合金的力学性能有较大的提升，同时又可以冶炼得到成分满足，性能良好的合金产品。本冶炼方法在精炼的前期加入金属铌，通过控制精炼前期再生料的添加量以及与本发明中熔炼原料相匹配的熔炼的真空度和温度，精炼的真空度和温度，不仅可以保证高的铌元素的收得率，还可以有效避免铌元素的偏析，克服了现有技术的缺陷。
优选地，GH3625合金的化学成分如下C：0.035wt％-0.045wt％，Cr：21wt％-22wt％，Al：0.2wt％-0.3wt％，Ti：0.2wt％-0.3wt％，Fe≤2wt％，Si≤0.2wt％，Mn≤0.3wt％，P≤0.005wt％，Cu≤0.07wt％，S≤0.002wt％，Mo：8.5wt％-9.5wt％，Nb：3.2wt％-4.0wt％，Co：≤0.5wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。本发明中的再生料为GH3625合金在加工过程中产生的废料经清洗后得到，故再生料中的化学成分同GH3625合金。
优选地，废料的清洗方法包括如下工序：A.磁选除杂、B.风吹除杂、C.喷淋粗洗、D.碱液超声清洗、G.风切干燥、H.砂洗作业、I.砂料分离、J.鼓泡漂洗、K.中立干燥、L.风切干燥和M.烘干作业。
优选地，步骤一中，碳的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
优选地，步骤二中，脱氧和脱氮为将熔体中氧含量降至不超过25ppm，氮含量降至不超过50ppm。
通过控制熔体中的氧、氮含量可以提高合金的抗拉强度和抗冷热疲劳性能。
优选地，步骤二中，脱氧的操作通过向熔体中加入铝和碳进行脱氧。
若熔体中氧含量不达标，则向熔体中加入铝和碳，进行脱氧。可选地，铝添加至熔体中铝含量占GH3625合金质量的0.02％～0.04％，碳添加至熔体中碳含量占GH3625合金质量的0.035％～0.045％。向熔体中加入铝和碳并使二者达到该含量范围后，熔体中的氧含量即可降至25ppm以下。通过直接控制铝和碳的加入量，可免于在脱氧过程中多次检测含氧量，从而简化操作。
优选地，步骤二中，脱氮的操作为在1480～1550℃和真空度小于等于10Pa下进行脱氮。
优选地，步骤二中，合金化处理的温度为1500～1520℃。
优选地，步骤三中，当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1460～1500℃。
本发明提供的GH3625合金的冶炼方法以再生料和全新金属原材料为原料制备GH3625合金，通过再生料的加入，大幅减少了熔体中的氧、氮含量，使冶炼得到GH3625合金的力学性能有较大的提升，通过在精炼的前期加入金属铌，通过控制精炼前期再生料的添加量、熔炼的真空度和温度以及精炼的真空度和温度，既保证了高的铌元素的收得率又有效避免了铌元素的偏析。通过本冶炼方法得到的GH3625合金经热处理后屈服强度由417～419MPa提升到458～468MPa，抗拉强度由之前的843～860MPa提高到905～913MPa，延伸率由之前的51％～55％提升到55％～63％，断面收缩率由之前的60％～65％提高到66～72％。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例的GH3625合金的冶炼方法的原料为：再生料、Ni-9996或Ni-9999、金属铬、金属钼、金属铝、金属钛、金属铌、铁硼合金、金属铈、镍镁合金、碳素电极等。
以下各实施例中的再生料由其他批次GH3625合金在加工过程中产生的废料经清洗后得到，清洗方法包括如下工序：A.磁选除杂、B.风吹除杂、C.喷淋粗洗、D.碱液超声清洗、G.风切干燥、H.砂洗作业、I.砂料分离、J.鼓泡漂洗、K.中立干燥、L.风切干燥和M.烘干作业。各实施例中的再生料成分为：C：0.035wt％-0.045wt％，Cr：21wt％-22wt％，Al：0.2wt％-0.3wt％，Ti：0.2wt％-0.3wt％，Fe≤2wt％，Si≤0.2wt％，Mn≤0.3wt％，P≤0.005wt％，Cu≤0.07wt％，S≤0.002wt％，Mo：8.5wt％-9.5wt％，Nb：3.2wt％-4.0wt％，Co：≤0.5wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。
实施例1
本实施例提供一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将再生料、碳素电极、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1490℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，再生料的质量为全部原料质量的70％，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500℃的条件下精炼65min，搅拌脱气，取样监控合金中的氧、氮含量，熔体中氧、氮含量的标准为：氧的含量≤25ppm，氮的含量≤50ppm，若熔体中的氧含量大于25ppm则向熔体中加入铝和碳进行脱氧，铝添加至熔体中铝含量占GH3625合金质量的0.02％，碳添加至熔体中碳含量占GH3625合金质量的0.045％，若熔体中的氮含量大于50ppm，则在1480℃和真空度小于等于10Pa的情况下进行搅拌脱氮。当熔体中氧、氮含量合格后，向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1520℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1460℃，最后冶炼得到的合金的化学成分如下C：0.04wt％，Cr：21.52wt％，Al：0.22wt％，Ti：0.25wt％，Fe：0.74wt％，Si：0.08wt％，Mn：0.02wt％，P：0.004wt％，Cu：0.01wt％，S：0.001wt％，Mo：9.06wt％，Nb：3.43wt％，Co：0.03wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。
实施例2
本实施例提供一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将再生料、碳素电极、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1510℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，再生料的质量为全部原料质量的40％，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1520℃的条件下精炼55min，搅拌脱气，取样监控合金中的氧、氮含量，熔体中氧、氮含量的标准为：氧的含量≤25ppm，氮的含量≤50ppm，若熔体中的氧含量大于25ppm则向熔体中加入铝和碳进行脱氧，铝添加至熔体中铝含量占GH3625合金质量的0.04％，碳添加至熔体中碳含量占GH3625合金质量的0.035％，若熔体中的氮含量大于50ppm，则在1550℃和真空度小于等于10Pa的情况下进行搅拌脱氮。当熔体中氧、氮含量合格后，向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求，根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1500℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1500℃，最后冶炼得到的合金的化学成分如下C：0.043wt％，Cr：21.64wt％，Al：0.20wt％，Ti：0.23wt％，Fe：0.78wt％，Si：0.09wt％，Mn：0.02wt％，P：0.004wt％，Cu：0.01wt％，S：0.001wt％，Mo：8.97wt％，Nb：3.45wt％，Co：0.03wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。
实施例3
本实施例提供一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将再生料、碳素电极、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1500℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，再生料的质量为全部原料质量的50％，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1510℃的条件下精炼60min，搅拌脱气，取样监控合金中的氧、氮含量，熔体中氧、氮含量的标准为：氧的含量≤25ppm，氮的含量≤50ppm，若熔体中的氧含量大于25ppm则向熔体中加入铝和碳进行脱氧，铝添加至熔体中铝含量占GH3625合金质量的0.03％，碳添加至熔体中碳含量占GH3625合金质量的0.04％，若熔体中的氮含量大于50ppm，则在1520℃和真空度小于等于10Pa的情况下进行搅拌脱氮。当熔体中氧、氮含量合格后，向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求，根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1510℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1480℃，最后冶炼得到的合金的化学成分如下C：0.039wt％，Cr：21.48wt％，Al：0.25wt％，Ti：0.25wt％，Fe：0.64wt％，Si：0.06wt％，Mn：0.014wt％，P：0.003wt％，Cu：0.01wt％，S：0.001wt％，Mo：9.10wt％，Nb：3.47wt％，Co：0.02wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。
实施例4
本实施例提供一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将再生料、碳素电极、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1510℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，再生料的质量为全部原料质量的60％，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500℃的条件下精炼58min，搅拌脱气，取样监控合金中的氧、氮含量，熔体中氧、氮含量的标准为：氧的含量≤25ppm，氮的含量≤50ppm，若熔体中的氧含量大于25ppm则向熔体中加入铝和碳进行脱氧，铝添加至熔体中铝含量占GH3625合金质量的0.025％，碳添加至熔体中碳含量占GH3625合金质量的0.038％，若熔体中的氮含量大于50ppm，则在1490℃和真空度小于等于10Pa的情况下进行搅拌脱氮。当熔体中氧、氮含量合格后，向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求，根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1500℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1490℃，最后冶炼得到的合金的化学成分如下C：0.044wt％，Cr：21.33wt％，Al：0.19wt％，Ti：0.23wt％，Fe：0.88wt％，Si：0.075wt％，Mn：0.02wt％，P：0.003wt％，Cu：0.01wt％，S：0.001wt％，Mo：9.01wt％，Nb：3.35wt％，Co：0.01wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。
对比例1
本对比例提供了研究过程中试验过的一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将碳素电极、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1490℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500℃的条件下精炼65min，搅拌脱气，进行常规脱氧脱氮操作。向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求，根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1520℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1460℃。
对比例2
本对比例提供了研究过程中试验过的一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将碳素电极、金属镍、金属钼和金属铬在真空度小于10pa，温度为1510℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500℃的条件下精炼58min，搅拌脱气，进行常规脱氧脱氮操作。向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈、镍镁合金和金属铌后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求，根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1500℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1490℃。
对比例3
本对比例提供了研究过程中试验过的一种GH3625合金的冶炼方法，包括如下步骤：
(1)将碳素电极、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1500℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，碳素电极的添加量为GH3625合金中碳总含量的三分之二。
(2)将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1510℃的条件下精炼60min，搅拌脱气，进行常规脱氧脱氮操作。向熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理，并在合金化处理过程中按照GH3625合金中化学成分的要求，根据分析结果进行补加料，调成分，合金化处理的温度为1510℃。
(3)当熔体中各化学成分含量符合GH3625合金的要求后进行浇铸，浇注的温度为1480℃。
实验例1
将实施例及对比例冶炼的GH3625合金制成GH3625合金棒材，将GH3625合金棒材的两端按照GB/T 4338-2006金属材料高温拉伸实验方法在室温下进行抗拉强度和规定塑性延伸强度的性能测试，测试结果如下表所示：
表1力学性能测试结果
Figure BDA0003225584400000091
Figure BDA0003225584400000101
实验例2
对实施例及对比例冶炼的GH3625合金中氧、氮含量进行测试，测试结果如下表所示：
表2
氧含量(％) 氮含量(％)
实施例1 0.0015 0.0012
实施例2 0.0024 0.0043
实施例3 0.0022 0.0038
实施例4 0.0023 0.0024
对比例1 0.0033 0.0077
对比例2 0.0045 0.0100
对比例3 0.0035 0.0085
由上表中的数据可知，本发明提供的GH3625合金的冶炼方法GH3625合金的冶炼方法通过再生料的加入，大幅减少了合金中的氧、氮含量，使冶炼得到GH3625合金的力学性能有较大的提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种GH3625合金的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将再生料、碳、金属镍、金属钼、金属铬和金属铌在真空度小于10pa，温度为1490～1510℃的条件下按顺序依次加料进行熔炼，所述再生料为所述GH3625合金在加工过程中产生的废料经清洗后得到，所述再生料的质量为全部原料质量的40％～70％；
步骤二，将熔炼后的熔体在真空度小于5Pa，温度为1500～1520℃的条件下精炼55～65min之后进行脱氧和脱氮操作，向所述熔体中加入金属铝、金属钛、铁硼合金、金属铈和镍镁合金后进行合金化处理；
步骤三，浇注。
2.如权利要求1所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：所述GH3625合金的化学成分如下C：0.035wt％-0.045wt％，Cr：21wt％-22wt％，Al：0.2wt％-0.3wt％，Ti：0.2wt％-0.3wt％，Fe≤2wt％，Si≤0.2wt％，Mn≤0.3wt％，P≤0.005wt％，Cu≤0.07wt％，S≤0.002wt％，Mo：8.5wt％-9.5wt％，Nb：3.2wt％-4.0wt％，Co：≤0.5wt％，余量为Ni和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：所述废料的清洗方法包括如下工序：A.磁选除杂、B.风吹除杂、C.喷淋粗洗、D.碱液超声清洗、E.风切干燥、F.砂洗作业、G.砂料分离、H.鼓泡漂洗、I.中立干燥、J.风切干燥和K.烘干作业。
4.如权利要求1所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：步骤一中，所述碳的添加量为所述GH3625合金中碳总含量的三分之二。
5.如权利要求1所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：步骤二中，所述脱氧和脱氮为将所述熔体中氧含量降至不超过25ppm，氮含量降至不超过50ppm。
6.如权利要求5所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：步骤二中，所述脱氧的操作为向所述熔体中加入铝和碳。
7.如权利要求5所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：所述脱氮的操作为在1480～1550℃和真空度小于等于10Pa下进行脱氮。
8.如权利要求1所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：步骤二中，所述合金化处理的温度为1500～1520℃。
9.如权利要求1所述的GH3625合金的冶炼方法，其特征在于：步骤三中，当所述熔体中各化学成分含量符合所述GH3625合金的要求后进行所述浇铸，所述浇注的温度为1460～1500℃。
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