CN116497248A - 一种gh3039合金电渣锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）控制GH3039合金的组分质量百分比；将C、Cr、Ni、Mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，加入Nb继续熔炼、再分别将Al、Ti加入坩埚进行精炼，充氩气，浇铸，得到铸锭；2）将铸锭进行滚磨处理后加入渣池，加入熔渣进行电渣重熔，补充钛白粉并充氩气保护，得到电渣锭，该制得的GH3039合金电渣锭成分均匀且表面良好易于热加工。
Description
技术领域
本发明涉及合金电渣锭制造领域，具体涉及以真空感应炉熔炼后经电渣重熔成锭的GH3039镍基高温合金制造领域。
背景技术
随着航空发动机和燃气轮机工业的快速发展，高温合金作为涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等热端部件使用材料被广泛应用。其中，GH3039合金是一种Ni-Cr基固溶强化变形高温合金，主要以Cr、Mo元素进行固溶强化，固溶状态为单相奥氏体，并含有少量Ti(CN)、NbC及M23C6碳化物。该合金在800℃以下具有中等的热强性和良好的抗热疲劳性能，在1000℃以下抗氧化性能良好，长期使用组织稳定，还具有良好的冷成形性和焊接性能；适宜于850℃以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件。该合金可以生产板材、棒材、丝材、管材和锻件等。
由于GH3039合金含有一定的Al、Ti元素，材料在经电渣重熔过程中会与空气进行接触，而Al、Ti两种元素自身活泼易与大气中的氧发生反应；随着电渣重熔整个过程的进行，电渣重熔各阶段金属熔池中与氧反应的情况不同，常会出现合金锭在经过电渣重熔后所形成的合金锭成分不均、内部结构不稳定、表面重皮的现象，进而影响合金锭的质量和使用寿命，不利于后续的热加工。
GH3039合金的成分标准如下表1所示。
表1元素成分wt％
发明内容
本发明的目的在于提供一种GH3039合金电渣锭的制造方法，以克服现有技术中存在的不足，解决GH3039合金锭在经过电渣重熔后所形成的合金锭出现成分不均、内部结构不稳定、表面重皮的现象，进而影响合金锭的质量和使用寿命，不利于后续热加工的技术问题。
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明目的之一是提供一种GH3039合金电渣锭的制备方法。本发明目的之二是提供由所述GH3039合金电渣锭制造方法制备得到的GH3039合金电渣锭。
一方面，本发明提供一种GH3039合金电渣锭的制备方法，包括以下步骤：
1)控制GH3039合金的组分按质量百分比计为：C 0.045～0.055wt％、Cr 20.0～20.5wt％、Mo 2.00～2.25wt％、Al 0.45～0.70wt％、Ti 0.50～0.72wt％、Nb 1.00～1.20wt％、Fe≤0.50wt％、Mn≤0.05wt％、Si≤0.10wt％、P≤0.010wt％、S≤0.002wt％、Cu≤0.05wt％、余量为Ni；
将C、Cr、Ni、Mo、Nb加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将Al、Ti加入坩埚进行精炼，充氩气，浇铸，得到铸锭；
2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔，得到电渣锭。
优选的，所述GH3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤10Pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
优选的，所述GH3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)真空熔炼时将1/3～1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的C。
优选的，所述GH3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)全熔时间为20～30min，加入剩余C 20～30min后，加入Nb，2～10min后，再加入Al、Ti进行精炼。
优选的，所述GH3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)精炼真空度为1～3Pa，精炼时间为65～70min。
优选的，所述GH3039合金电渣锭的制备方法中，所述步骤1)充氩气的压力为3000～4000Pa；浇铸温度为1470～1490℃。
优选的，所述GH2018合金电渣锭的制备方法中，所述步骤2)的熔渣包括69％～71％CaF2、14.5％～15.5％Al2O3、14.5％～15.5％CaO；熔渣加入量为铸锭重量的7％～9％。
优选的，所述GH3039合金电渣锭的制备方法中，所述步骤2)电渣重熔前期造渣阶段加入5～12％的钛白粉，所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～8.5L/min。更优选的，造渣采用的电压为29-36V，冶炼50min后换为25-30V；冶炼电流为10000-12500A。
另一方面，本发明提供由上述任一项方法制备得到的GH3039合金电渣锭。
优选的，由本发明上述任一项方法制备得到的所述GH3039合金电渣锭，其组分按质量百分比计为：C 0.045～0.055wt％、Cr 20.0～20.5wt％、Mo 2.00～2.25wt％、Al 0.45～0.70wt％、Ti 0.50～0.72wt％、Nb 1.00～1.20wt％、Fe≤0.50wt％、Mn≤0.05wt％、Si≤0.10wt％、P≤0.010wt％、S≤0.002wt％、Cu≤0.05wt％、余量为Ni。
优选的，根据表1元素控制成分要求，对C、Al、Ti的配入量和控制范围进行优化调整，调整后元素控制范围如下表2所示。
表2元素成分wt％
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1)严格控制原材料的质量，避免有害元素或杂质元素的带入；优化元素成分配比，精准控制真空感应熔炼后化学成分；降低材料中气体O、N元素的含量(O≤15ppm；N≤30ppm)。2)降低了Al、Ti元素的烧损，在提高Al、Ti元素稳定性的基础上，优化了铸锭整体元素含量的均匀枝晶分布。3)缩小了电渣重熔的熔炼参数波动范围，保证了电渣锭表面质量，延长了使用寿命。4)通过本发明所述方法制得的GH3039合金电渣锭相较于现有合金锭，不仅其中基本元素的含量符合标准，杂元素含量降低，且成分分布均匀、电渣锭表面良好易于热加工；经检测，电渣锭表面无典型重皮、保渣等缺陷；经锻造热加工后，在锻坯两端的横向低倍组织内无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
根据上文表1元素控制成分的标准，对C、Al、Ti的配入量和控制范围进行优化调整，调整后元素控制范围如下表2所示。其中，所选用的金属镍Ni、金属铬Cr、金属铌Nb、金属钼Mo、金属铝Al、金属钛Ti、石墨碳的原材料或返回料表面均经过清洁和干燥、去除油污和氧化物，化学成分准确。
表2元素成分wt％
实施例1：
一种GH3039合金电渣锭的制造方法，按照如下步骤进行操作：
1)控制GH3039合金的组分按质量百分比计为：C 0.045wt％、Cr 20.0wt％、Mo2.00wt％、Al 0.45wt％、Ti 0.50wt％、Nb 1.00wt％、余量为Ni；
将C、Cr、Ni、Mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10Pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
真空熔炼时将1/3的C加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的C。全熔时间为20min。加入剩余的C 20min后结膜，再加入Nb，2min后，加入Al，2min后加入Ti进行精炼。精炼真空度1～3Pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为3000Pa，测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1482℃，得到铸锭。
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为29-36V，冶炼50分钟后换为25-30V控制；同时控制冶炼电流为10000-12500A。
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为69％CaF2、15.5％Al2O3和15.5％CaO；熔渣加入量为铸锭重量的7％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入1％的钛白粉。在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0L/min，最后得到电渣锭。
实施例2：
一种GH3039合金电渣锭的制造方法，按照如下步骤进行操作：
1)控制GH3039合金的组分按质量百分比计为：C 0.055wt％、Cr 20.5wt％、Mo2.25wt％、Al 0.70wt％、Ti 0.72wt％、Nb1.20wt％、余量为Ni；
将C、Cr、Ni、Mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10Pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
真空熔炼时将1/2的C加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的C。全熔时间为40min。加入剩余的C 20min后，加入Ni，10min后，再加入Al，2min后加入Ti进行精炼。精炼真空度1～3Pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为4000Pa。测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1475℃，得到铸锭。
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为29-36V，冶炼50分钟后换为25-30V控制；同时控制冶炼电流为10000-12500A。
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为70％CaF2、14.5％Al2O3和15.5％CaO；熔渣加入量为铸锭重量的8％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入8％的钛白粉。在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8L/min，最后得到电渣锭。
实施例3：
1)控制GH3039合金的组分按质量百分比计为：C 0.052wt％、Cr 20.3wt％、Mo2.15wt％、Al 0.65wt％、Ti 0.68wt％、Nb1.15wt％、余量为Ni；
将C、Cr、Ni、Mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10Pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
真空熔炼时将1/2的C加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的C。全熔时间为30min。加入剩余的C 30min后，加入Ni，10min后，再加入Al，2min后加入Ti进行精炼。精炼真空度1～3Pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为4000Pa。测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1485℃，得到铸锭。
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为29-36V，冶炼50分钟后换为25-30V控制；同时控制冶炼电流为10000-12500A。
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为70％CaF2、15.5％Al2O3和14.5％CaO；熔渣加入量为铸锭重量的8％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入8％的钛白粉。在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.5L/min，最后得到电渣锭。
实施例1～3的性能测试结果如下:
①真空感应炉熔炼后的化学成分如下表3所示：
表3真空感应炉熔炼元素成分wt％
②电渣重熔后的化学成分如下表4所示：
表4电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％
同时，由实施例1-3制备得到的GH3039合金电渣锭表面无典型重皮、保渣等冶金缺陷。经锻造热加工后，在锻坯两端取横向低倍组织，无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷。
由上表3和4可知，通过本发明所述方法制备得到的GH3039合金电渣锭中基本元素含量符合标准，杂元素含量降低，其中Al、Ti元素成分略有不同，但并不影响各成分分布的均匀性，电渣锭表面质量良好，后期锻造热加工过程塑性良好，表明本发明具有很好的效果。
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行适当修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）控制GH3039合金的组分按质量百分比计为：C 0.045～0.055wt%、Cr 20.0～20.5wt%、Mo 2.00～2.25wt%、Al 0.45～0.70wt%、Ti 0.50～0.72wt%、Nb1.00～1.20wt%、Fe≤0.50wt%、Mn≤0.05wt%、Si≤0.10wt%、P≤0.010wt%、S≤0.002wt%、Cu≤0.05wt%、余量为Ni；
将C、Cr、Ni、Mo、Nb加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将Al、Ti加入坩埚进行精炼，充氩气，浇铸，得到铸锭；
2）将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔，得到电渣锭。
2.根据权利要求1所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）真空熔炼时的工作真空度≤10Pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
3.根据权利要求1所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）真空熔炼时将1/3～1/2C 加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的C。
4.根据权利要求1所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）全熔时间为20～30min，加入剩余C 20～30min后，加入Nb，2～10min后，再加入Al、Ti进行精炼。
5.根据权利要求1所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）精炼真空度为1～3Pa，精炼时间为65～70min。
6.根据权利要求1所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）充氩气的压力为3000～4000Pa；浇铸温度为1470～1490℃。
7.根据权利要求1所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的熔渣包括69%～71%CaF2、14.5%～15.5%Al2O3、14.5%～15.5%CaO；熔渣加入量为铸锭重量的7%～9%。
8.根据权利要求7所述的GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）电渣重熔前期造渣阶段加入5～12%的钛白粉，所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～8.5 L /min；造渣采用的电压为29-36V，冶炼50min后换为25-30V；冶炼电流为10000-12500A。
9.由权利要求1-8任一项所述方法制备得到的GH3039合金电渣锭。
10.权利要求9所述的GH3039合金电渣锭，其组分按质量百分比计为：C 0.045～0.055wt%、Cr 20.0～20.5wt%、Mo 2.00～2.25wt%、Al 0.45～0.70wt%、Ti 0.50～0.72wt%、Nb1.00～1.20wt%、Fe≤0.50wt%、Mn≤0.05wt%、Si≤0.10wt%、P≤0.010wt%、S≤0.002wt%、Cu≤0.05wt%、余量为Ni。
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