CN114635058A

CN114635058A - 一种镍基高温合金电渣锭及其制造方法

Info

Publication number: CN114635058A
Application number: CN202011482326.4A
Authority: CN
Inventors: 余式昌; 曹秀丽; 李博; 庄伟�; 马天军; 代朋超; 王庆增
Original assignee: Baowu Special Metallurgy Co Ltd
Current assignee: Baowu Special Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-17

Abstract

本发明涉及一种镍基高温合金电渣锭及其制造方法，其中GH4145合金包括按重量百分数计的如下成分：C：≤0.08％，Cr：14.0～17.0％，Ni：≥70.0％，Co：≤1.0％，Al：0.4～1.0％，Ti：2.25～2.75％，Fe：5.0～9.0％，Nb：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤1.0％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu：≤0.5％，其余不可避免的杂质组成。该电渣锭制造采用EF+AOD+LF+电渣+均匀化工艺制备，通过成分配比以及采用合适的冶炼工艺路线制备而成，该方法制造成本较低，可应用于制备航空、核电、石油等领域的大型盘环类大型锻件。

Description

一种镍基高温合金电渣锭及其制造方法

技术领域

本发明属于镍基合金材料领域，涉及一种镍基高温合金电渣锭及其制造方法，特别涉及一种大规格(Ф≥1000mm)镍基高温合金(GH4145)电渣锭制造方法。

背景技术

镍基高温合金中的GH4145合金是一种时效硬化型镍基高温合金，其强化机制主要以固溶强化和γ′相时效沉淀硬化强化为主，具有良好的高温强度、抗氧化、抗疲劳和抗松弛等综合性能，使用温度在800℃以下，广泛应用于航空、核电、石油等领域，应用形式主要为板、棒、管、环、螺栓等零部件。

GH4145合金由于Al、Ti、Nb等强化元素含量较高，以及其他P、S等杂质元素要求较高，其铸锭偏析控制难度高，热加工变形抗力大和热塑性较差，导致该合金生产难度大，目前该合金产品主要采用真空感应冶炼小型铸锭生产，锭型直径Ф≤660mm。随着国内外航空、核电、石油等领域装备大型化的发展，对高温合金大锭型需要越来越多，采用原有的真空感应+重熔冶炼的方式难以满足大锭型的需要，而EF+AOD+LF+电渣的工艺路径生产大锭型高温合金是一种可行的工艺，但随着锭型扩大生产难度进一步加大，且国内外相关专利较少。

专利201511001421.7公开了一种核电用镍基高温合金GH4145丝材的制备方法，具体是将原料按质量百分百配料后进行真空感应+真空自耗双联冶炼并浇铸成合金锭，通过均匀化后锻造成合金钢锭，再进行热轧成Ф8-12mm盘条，最后固溶、多次冷拔和退火得到要求直径的GH4145合金丝材。该专利生产小规格丝材利用的是双真空途径的小锭型生产工艺，不适合大规格的镍基高温合金GH4145电渣锭的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基高温合金电渣锭制造方法，制备出高纯净度的大规格、均匀化的镍基高温合金电渣锭，可应用于制备航空、核电、石油等领域的大型盘、环类大型锻件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种镍基高温合金电渣锭，其含有按照重量百分数计的如下元素：

C：≤0.08％，Cr：14.0～17.0％，Ni：≥70.0％，Co：≤1.0％，Al：0.4～1.0％，Ti：2.25～2.75％，Fe：5.0～9.0％，Nb：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤1.0％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu：≤0.5％，余量为不可避免的杂质。

本发明第二方面提供一种镍基高温合金电渣锭的制造方法，其包括如下步骤：

S1、原料根据本发明第一方面所述的镍基高温合金电渣锭进行配料，依次采用电炉、氩氧脱碳炉和钢包精炼炉进行冶炼，得到金属液；

S2、将所述金属液采用模铸的方法，在氩气的保护下进行浇铸，得到电极棒；

S3、将所述电极棒在920～1020℃下进行退火后，炉冷至800℃以下进行空冷，得到电极；

S4、将所述电极进行精整处理去除表面氧化皮后，在氩气的保护下进行电渣重熔后，得到坯体；

S5、将所述坯体在1120～1220℃下进行均匀化处理，得到所述镍基高温合金电渣锭。

作为优选方案，所述步骤S1中，电炉冶炼的出钢温度不低于1580℃；氩氧脱碳炉冶炼的氧化期吹氧脱碳，采用石灰进行造渣，还原期采用铝硅复合脱氧，还原后根据成分配入合金元素至目标值，出钢温度不低于1630℃；钢包精炼炉冶炼时，微调元素含量确保满足标准要求，吊包前弱搅拌时间不低于5min。

作为优选方案，所述铝硅复合脱氧时，铝元素和硅元素的重量比为7：3。

作为优选方案，所述步骤S2中，浇铸的温度不低于1430℃，电极棒注毕不少于6h后起吊脱模。

作为优选方案，所述步骤S3中，退火时间不低于12h。

作为优选方案，所述步骤S4中，电渣重熔的电渣结晶器尺寸为Φ1000～1150mm，熔速为6.0～12.0Kg/min，坯体冷却不少于3h后脱模。

作为优选方案，所述步骤S5中，均匀化处理的时间不少于72h。

与传统的真空感应+重熔冶炼获得小锭型铸锭的方式相比，本发明由于采用了以上技术方案，具有以下特点和积极效果：

本发明初次熔炼方法采用EF(电炉)+AOD(氩氧脱碳炉)+LF(钢包精炼炉)方式冶炼，由于该熔炼工艺可以采用吹氧脱碳和造渣脱硫等方式，相比真空感应冶炼对冶炼原料要求相对较低，另外该冶炼工艺工序成本较低，且一次冶炼钢水量大，因此综合下来生产成本大大降低，并且适合浇铸大规格电极；另外通过合适的原料控制和AOD脱硫工艺，能够控制很低的杂质元素，使得S≤0.001％，有利于保证大型铸锭的高纯净度；浇铸的Φ840-970mm电极及时退火，以避免电极开裂。

因GH4145合金Al、Ti、Nb等元素含量较高，且锭型扩大，浇铸的大规格电极容易产生偏析，因此本专利浇铸的电极精整后进行氩气保护电渣重熔冶炼，通过电渣冶炼的二次重熔，一方面可以进一步降低合金中非金属夹杂和硫等杂质含量，提高合金纯净度，另一方面通过电渣冶炼的快速凝固可以改善铸态组织和减少元素偏析，提高合金锭的热加工塑性；电渣后的钢锭通过合适的均匀化工艺，进一步减少钢锭中的元素偏析，最终获得Φ1000～1150mm的GH4145合金高纯净度的大规格均匀化电渣锭。

综上所述，根据上述理由本发明提出了一种大规格的镍基高温合金(GH4145)电渣锭制造方法，本发明通过化学成分控制，以及采用合适的冶炼工艺路线，制备出Φ1000～1150mm的GH4145合金高纯净度的大规格均匀化电渣锭，制造成本较低，可应用于制备航空、核电、石油等领域的大型盘环类大型锻件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种镍基高温合金电渣锭，含有按照重量百分数计的如下元素：

上述镍基高温合金电渣锭的制备方法，具体包括如下步骤：

S1、原料根据上述镍基高温合金电渣锭进行配料，然后依次采用电炉、氩氧脱碳炉和钢包精炼炉进行冶炼，得到金属液；

具体过程如下：将原料根据上述镍基高温合金电渣锭的元素配比进行配料后，依次采用电炉、氩氧脱碳炉和钢包精炼炉进行冶炼，控制电炉冶炼的出钢温度不低于1580℃，其中原料采用高纯净度的金属Ni、Cr、Al、Ti、Nb、纯铁和铬铁等，所用材料应洁净；电炉冶炼时，尽可能调整Cr、Ni等元素尽量到位，Cr、Ni含量在Cr：14.0～17.0％，Ni：≥70.0％范围内；氩氧脱碳炉冶炼的氧化期吹氧脱碳，采用石灰进行造渣，还原期采用铝硅复合脱氧(其中铝元素和硅元素的重量比为7：3)，还原后根据成分配入合金元素(比如铬铁、纯金属Al、Ti、Nb等)至目标值(其中目标值各元素成分按重量百分数计如下C：≤0.08％，Cr：14.0～17.0％，Ni：≥70.0％，Co：≤1.0％，Al：0.4～1.0％，Ti：2.25～2.75％，Fe：5.0～9.0％，Nb：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤1.0％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu：≤0.5％)，出钢温度不低于1630℃；钢包精炼炉冶炼时，微调元素含量确保满足标准要求(标准要求为元素成分包括按重量百分数计的如下元素C：≤0.08％，Cr：14.0～17.0％，Ni：≥70.0％，Co：≤1.0％，Al：0.4～1.0％，Ti：2.25～2.75％，Fe：5.0～9.0％，Nb：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤1.0％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cu：≤0.5％)，吊包前弱搅拌时间不低于5min，控制氩气弱搅拌流量在30～80NL/min，得到金属液；

具体过程如下：将所述金属液采用模铸的方法，在氩气的保护下进行浇铸，控制浇铸的温度不低于1430℃，电极棒注毕不少于6h后起吊脱模，得到Φ840-970mm电极棒；

S3、将所述电极棒在920～1020℃下进行退火后，炉冷至800℃以下出炉空冷；

具体过程如下：将所述电极棒在920～1020℃下进行退火后，退火时间≥12h，炉冷至800℃以下出炉空冷；

S4、将所述电极棒进行精整处理去除表面氧化皮后，在氩气的保护下进行电渣重熔后，得到坯体；

具体过程如下：将所述电极棒进行精整处理去除表面氧化皮后，在氩气的保护下，在尺寸为Φ1000-1150mm的电渣结晶器中，以6.0～12.0Kg/min的熔速进行电渣重熔，得到坯体，坯体冷却不少于3h后脱模；

S5、将所述坯体在1120～1220℃下进行均匀化处理，得到所述镍基高温合金电渣锭(GH4145电渣锭)。

具体过程如下：将所述坯体在1120～1220℃下进行均匀化处理不少72h，得到Φ1000-1150mm的高纯净度的大规格、均匀化的镍基高温合金(GH4145)电渣锭。

本发明中所谈及的“大规格”是指锭型的直径Ф≥1000mm；下述实施例中所用的原料采用高纯净度的金属Ni、Cr、Al、Ti、Nb、纯铁和铬铁等，所用材料应洁净；

实施例1

本实施例提供了一种大规格的镍基高温合金(GH4145)电渣锭的制备方法，具体包括如下步骤：

S1、将原料按照表1的元素配比进行配料后，依次采用电炉、氩氧脱碳炉和钢包精炼炉进行冶炼，控制电炉冶炼的出钢温度不低于1580℃；氩氧脱碳炉冶炼的氧化期吹氧脱碳，采用石灰进行造渣，还原期采用铝硅复合脱氧(其中铝元素和硅元素的重量比为7：3)，还原后根据成分配入合金(比如铬铁、纯金属Al、Ti、Nb等)至目标值，出钢温度不低于1630℃；钢包精炼炉冶炼时，微调元素含量确保满足标准要求，吊包前弱搅拌时间不低于5min，得到金属液；

S2、将所述金属液采用模铸的方法，在氩气的保护下进行浇铸，控制浇铸的温度不低于1430℃，电极棒注毕不少于6h后起吊脱模，得到电极棒；

S3、将所述电极棒在920～1020℃下进行退火后，炉冷至800℃以下进行空冷，得到Φ840mm的电极；

S4、将所述电极进行精整处理去除表面氧化皮后，在氩气的保护下，在尺寸为Φ1000mm的电渣结晶器中，以6.0～9.0Kg/min的熔速进行电渣重熔，得到坯体，在坯体冷却不少于3h后脱模；

S5、将所述坯体在1120～1220℃下进行均匀化处理不少72h，得到Φ1000mm的高纯净度的大规格、均匀化的镍基高温合金(GH4145)电渣锭。

本实施例得到的电渣锭头、尾夹杂物检测结果如表2所示。

实施例2

S1、将原料按照表1的元素配比进行配料后，依次采用电炉、氩氧脱碳炉和钢包精炼炉进行冶炼，控制电炉冶炼的出钢温度不低于1580℃；氩氧脱碳炉冶炼的氧化期吹氧脱碳，采用石灰进行造渣，还原期采用铝硅复合脱氧(其中，铝元素和硅元素的重量比为7：3)，还原后根据成分配入合金(比如铬铁、纯金属Al、Ti、Nb等)至目标值，出钢温度不低于1630℃；钢包精炼炉冶炼时，微调元素含量确保满足标准要求，吊包前弱搅拌时间不低于5min，得到金属液；

S3、将所述电极棒在920～1020℃下进行退火后，炉冷至800℃以下进行空冷，得到Φ970mm的电极；

S4、将所述电极进行精整处理去除表面氧化皮后，在氩气的保护下，在尺寸为Φ1150mm的电渣结晶器中，以9.0～12.0Kg/min的熔速进行电渣重熔，得到坯体，在坯体冷却不少于3h后脱模；

S5、将所述坯体在1120～1220℃下进行均匀化处理不少72h，得到Φ1150mm的高纯净度的大规格、均匀化的镍基高温合金(GH4145)电渣锭。

本实施例得到的电渣锭头、尾夹杂物检测结果如表2所示。

从表1和表2对比可以看出，实施例1和2电渣锭头尾化学成分均匀，含量相差较小，且A(硫化物)、B(氧化铝)、C(硅酸盐)、D(球状氧化物)类夹杂物含量低，其中表2中夹杂物的评级采用GB/T 10561-2005标准。

本发明的镍基高温合金(GH4145合金)电渣锭通过EF+AOD+LF+电渣+均匀化工艺这一工艺路径，并采用合适的工艺参数，制备出了直径Ф≥1000mm高纯净度的大规格、均匀化的镍基高温合金(GH4145)电渣锭，制造成本较低，可应用于制备航空、核电、石油等领域的大型盘环类大型锻件。

表1实施例成分，余量为镍(wt.％)

元素	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Fe	Ti	Al	Nb	Cu	Co
														实施例1头部	0.061	0.18	0.30	0.001	0.011	15.61	余	7.55	2.45	0.64	0.93	0.05	0.02
实施例1尾部	0.063	0.20	0.33	0.001	0.011	15.57	余	7.58	2.42	0.63	0.94	0.05	0.02
														实施例2头部	0.057	0.15	0.25	0.001	0.010	15.53	余	7.39	2.51	0.67	0.97	0.06	0.03
实施例2尾部	0.059	0.13	0.27	0.001	0.010	15.50	余	7.36	2.48	0.66	0.96	0.06	0.03

表2实施例夹杂物检测结果

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种镍基高温合金电渣锭，其特征在于，含有按照重量百分数计的如下元素：

2.一种镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原料根据如权利要求1所述的镍基高温合金电渣锭进行配料，然后依次采用电炉、氩氧脱碳炉和钢包精炼炉进行冶炼，得到金属液；

3.如权利要求2所述的镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，步骤S1中，电炉冶炼的出钢温度不低于1580℃；氩氧脱碳炉冶炼的氧化期吹氧脱碳，采用石灰进行造渣，还原期采用铝硅复合脱氧，还原后根据成分配入合金元素至目标值，出钢温度不低于1630℃；钢包精炼炉冶炼时，微调元素含量确保满足标准要求，吊包前弱搅拌时间不低于5min。

4.如权利要求3所述的镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，所述铝硅复合脱氧时，铝元素和硅元素的重量比为7：3。

5.如权利要求2所述的镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，浇铸的温度不低于1430℃，电极棒注毕不少于6h后起吊脱模。

6.如权利要求2所述的镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中，退火时间不低于12h。

7.如权利要求2所述的镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，电渣重熔的电渣结晶器尺寸为Φ1000～1150mm，熔速为6.0～12.0Kg/min，坯体冷却不少于3h后脱模。

8.如权利要求2所述的镍基高温合金电渣锭的制造方法，其特征在于，所述步骤S5中，均匀化处理的时间不少于72h。