EP3720982B1 - Verfahren zur herstellung einer nickel-basislegierung - Google Patents

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EP3720982B1
EP3720982B1 EP18826925.2A EP18826925A EP3720982B1 EP 3720982 B1 EP3720982 B1 EP 3720982B1 EP 18826925 A EP18826925 A EP 18826925A EP 3720982 B1 EP3720982 B1 EP 3720982B1
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EP
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max
block
var
alloy
esr
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Bodo Gehrmann
Burkhard Erpenbeck
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VDM Metals International GmbH
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VDM Metals International GmbH
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/20—Arc remelting
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    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a process for producing a nickel-based alloy.
  • the nickel-based alloy preferably concerns Alloy 718 or Alloy 706.
  • the invention is based on the object of presenting an alternative, more cost-effective process for producing a nickel-based alloy, by means of which an improvement in the microstructure and a reduction in defects which are introduced into the material during the last remelting step is possible in order to meet future customer requirements.
  • the disclosed processes are intended to avoid costs that arise from complex process management between the first and second remelting. And the quality is to be significantly improved by avoiding defects caused by melting and remelting.
  • the heat treatment step after ESU remelting is omitted and the remelting rate is specified more precisely.
  • the heat treatment therefore takes place exclusively on the base electrode and not, as described in the state of the art, on the ESU block.
  • the material produced in this way has a much lower incidence of remelting-related defects.
  • the electrode is subjected to surface treatment (e.g. by brushing, grinding, pickling, separating, peeling, etc.) before its first remelting. This allows defects to be removed that cannot be eliminated by further remelting and that could be detrimental to later applications.
  • surface treatment e.g. by brushing, grinding, pickling, separating, peeling, etc.
  • the ESU block is subjected to further surface treatment (e.g. by brushing, grinding, pickling, separating, peeling, etc.) before its VAR remelting, whereby defects can also be removed here which cannot be eliminated by further remelting.
  • further surface treatment e.g. by brushing, grinding, pickling, separating, peeling, etc.
  • VAR remelting is carried out directly.
  • this alloy can also have higher Ni contents.
  • Material produced by this manufacturing process shows significantly fewer defects (50%) with a comparative defect size of 0.8 mm in an ultrasonic test.
  • Table 1 shows exemplary analysis ranges of the above alloys
  • VIM, ESU and VAR blocks can also be forged to electrode dimensions to create better homogeneity, which may be required depending on the alloy and block diameter.
  • Hot forming to the required product shape and dimensions can be carried out using conventional methods (forging, rolling, etc.).
  • the blocks and bars produced using this process can be further manufactured into semi-finished products (bars, sheets, strips, foils, wires, etc.) using conventional processes.
  • the electrodes produced by VIM were only heated in one furnace to reduce stresses and to compensate for segregations. heat treated in the temperature range between 500°C and 1000°C for a period of 10 to 48 hours,
  • S1 (414972)
  • S2 (415078)
  • S3 (415130)
  • S4 (415156) exceedance +26.39% +43.89% +2.2 +2.2 undershooting -40.83% -46.67% -0.83 -0.56
  • Table 1 VDM Alloy 601 VDM Alloy 602 CA / MCA VDM FM 602 VDM Alloy 617 (B/OCC) VDM FM 617 VDM Alloy 625 Alloy 601 Alloy 602 CA / MCA FM 602 Alloy 617 (B/OCC) FM 617 Alloy 625 Mass% min - max min - max min - max min - max min - max min - max C 0.03-0.1 0.15-0.25 0.15-0.25 0.05-0.08 0.05-0.15 -0.03 S -0.015 -0.01 -0.008 -0.01 N Cr 21-25 24-26 24-26 21-

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Basislegierung.
  • Der EP 1 377 690 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Superlegierung auf Nickelbasis zu entnehmen, die im Wesentlichen frei von positiver und negativer Seigerung ist, wobei das Verfahren folgendes umfasst:
    • Gießen einer Legierung in eine Gießform,
    • Glühen und Überaltern der Legierung durch Erwärmung derselben mit mindestens 649°C über eine Dauer von mindestens 10 Stunden,
    • Elektroschlackeumschmelzen der Legierung mit einer Schmelzrate von mindestens 3,63 kg/Minute,
    • Verbringen der Legierung in einen Wärmeofen innerhalb von 4 Stunden nach der vollständigen Verfestigung,
    • Halten der Legierung in dem Wärmeofen bei einer ersten Temperatur von 316°C bis 982°C über eine Dauer von mindestens 10 Stunden,
    • Erhöhen der Ofentemperatur von der ersten auf eine zweite Temperatur von mindestens 1163°C dergestalt, dass thermische Spannungen innerhalb der Legierung vermieden werden,
    • Halten der Legierung auf der zweiten Temperatur für einen Zeitraum von mindestens 10 Stunden,
    • Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen einer VAR-Elektrode der Legierung mit einer Schmelzrate von 3,63 bis 5 kg/Minute um einen VAR-Block herzustellen.
  • Die Legierung auf Nickelbasis betrifft bevorzugt Alloy 718 oder Alloy 706.
  • Es ist allgemein bekannt, dass Wärmebehandlungen im höheren Temperaturbereich (z.B. 500-1250°C) genutzt werden können, um Steigerungen zu homogenisieren und Spannungen im Material abzubauen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives, kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Basislegierung vorzustellen, mittels welchem eine Verbesserung der Mikrostruktur sowie eine Reduzierung von Defekten, welche beim letzten Umschmelzschritt in das Material eingebracht werden, möglich ist, um zukünftigen Kundenanforderungen gerecht zu werden. Gegenüber dem in EP 1 377 690 B1 offenbarten Verfahren sollen Kosten die durch aufwendige Prozessführung zwischen dem ersten und dem zweiten Umschmelzen entstehen vermieden werden. Und die Qualität durch vermeiden von schmelz- und umschmelzbedingten Fehlern deutlich verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Basislegierung, indem
    • eine Elektrode durch VIM, VOF oder VLF erzeugt wird,
    • die Elektrode in einem Ofen zur Reduzierung von Spannungen und Überalterung einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1300°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird, wobei mindestens 10 Stunden und maximal 48 Stunden im Temperaturbereich von 1000°C bis 1300°C wärmebehandelt wird.
    • die Elektrode an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    • die abgekühlte Elektrode anschließend durch ESU mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute zu einem ESU-Block umgeschmolzen wird,
    • der ESU-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    • der ESU-Block erneut mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute Und einer Schwankungsbreite der Umschmelzrate von weniger als 15% %, besser noch 10%, idealerweise 5%, mittels VAR umgeschmolzen wird,
    • der umgeschmolzene VAR-Block einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird,
    • der VAR-Block anschließend durch Warm- und/oder Kaltformgebung an die gewünschte Produktform und Abmessung gebracht wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (z.B. weitere VAR Umschmelzschritte) sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Gegenüber dem Stand der Technik wird auf den Wärmebehandlungschritt nach dem ESU Umschmelzen verzichtet, die Umschmelzrate genauer festgeschrieben. Die Wärmebehandlung findet somit ausschließlich an der Basiselektrode und nicht, wie im Stand der Technik beschrieben, am ESU-Block statt. Das so erzeugte Material weist eine viel geringere Ausprägung von umschmelzbedingten Fehlern auf.
  • Durch die gezielte Wärmebehandlung der VIM Blocks werden innere Spannungen abgebaut und Seigerungsdefekte aufgelöst. Dies wirkt sich positiv auf die spätere Umschmelzschritte ESU und VAR aus.
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
    • eine Elektrode durch VIM erzeugt wird,
    • falls die Ni-Basislegierung Gamma-Strich Phase bildet: die Elektrode in einen Ofen verbracht wird, bevor sie kälter als 200°C, idealerweise bevor sie kälter als 250°C ist,
    • die Elektrode in einem Ofen zur Reduzierung von Spannungen und Überalterung einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C über einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden, unterzogen wird,
    • die Elektrode an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    • die Oberfläche der Elektrode zur Entfernung von Fehlern und zur Säuberung (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen, etc.) bearbeitet wird,
    • die abgekühlte Elektrode anschließend durch ESU mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute zu einem ESU-Block mit 400 bis 1500 mm Durchmesser umgeschmolzen wird,
    • der ESU-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    • ggf. die Oberfläche des ESU-Blocks zur Entfernung von Fehlern und zur Säuberung (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen, etc.) bearbeitet wird,
    • der abgekühlte ESU-Block einer weiteren Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird,
    • der ESU-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 870°C abgekühlt wird,
    • der ESU-Block mittels VAR erneut mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute und einer Schwankungsbreite der Umschmelzrate von weniger als 15% %, besser noch 10% idealerweise 5% zu einem VAR-Block mit 400 bis 1500mm Durchmesser umgeschmolzen wird,
    • falls die Ni-Basislegierung Gamma-Strich Phase bildet: der VAR-Block in einen Ofen verbracht wird, bevor dieser im Kopfbereich nicht kälter als 200°C, idealerweise bevor diese kälter als 250°C ist,
    • der umgeschmolzene VAR-Block einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird,
    • der VAR-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird, oder heiß mit mehr als 850°C an einen Warmformprozess übergeben wird.
    • der VAR-Block anschließend durch Warm- und/oder Kaltformgebung (z.B. Schmieden, Walzen, Ziehen,) an die gewünschte Produktform (z.B. Block, Stange, Draht, Blech, Band, Folie) und Abmessung gebracht wird.
  • Von Vorteil kann sein, wenn die Elektrode vor ihrer ersten Umschmelzung einer Bearbeitung der Oberfläche (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen etc.) unterzogen wird. Hier können Fehler entfernt werden, welche durch das weitere Umschmelzen nicht beseitigt werden und für spätere Anwendungen von Schaden sein können.
  • Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird der ESU-Block vor seiner VAR-Umschmelzung einer weiteren Bearbeitung der Oberfläche (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen, etc.) unterzogen, wobei auch hier Fehler entfernt werden können, welche durch das weitere Umschmelzen nicht beseitigt werden können.
  • Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird statt der ESU-Umschmelzung direkt einer VAR-Umschmelzung durchgeführt.
  • Dieses Verfahren lässt sich auf jede Ni-Legierung und vor allem für Legierungen gemäß Tabelle 1 anwenden.
  • Im Folgenden wird eine Legierungszusammensetzung vorgestellt, die mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensparameter erzeugt werden kann. Alle Angaben sind in Gew.-%:
    C max. 0,25
    S max. 0,03
    Cr 17 - 32
    Ni 33 - 72
    Mn max. 1
    Si max. 1
    Mo 0 - 10
    Ti max. 3,25
    Nb max. 5,5
    Cu max. 0,5
    Fe max. 25
    Al max. 3,15
    V max. 0,6
    Zr max. 0,12
    Co max. 35
    und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
  • Sowie ggf. optional (Angaben in Gew.-%):
    Nb + Ta max. 5,2
    B max. 0,02
    Se max. 0,0005
    Bi max. 0,00005
    Pb max. 0,002
    P max. 0,03
  • Vorteilhaft können folgende Elemente wie folgt eingestellt werden (Angaben in Gew.-%):
    C max. 0,2
    S max. 0,02
    Cr 17 - 25
    Ni 45 - 58
    Mn max. 0,6
    Si max. 0,4
    Mo 0-6,1
    Ti 0,1 - 2,7
    Al max. 1,7
    Co max. 13
  • Im Folgenden wird ein Beispiel einer Legierung auf Basis von Alloy 718 vorgestellt (Angaben in Gew.-%):
    C max. 0,08
    S max. 0,015
    Cr 17 - 21
    Ni 50 - 55
    Mn max. 0,35
    Si max. 0,35
    Mo 2,8 - 3,3
    Ti 0,65 - 1,15
    Nb 4,75 - 5,5
    Cu max. 0,3
    Fe 6 - 25
    P max. 0,015
    Al 0,2 - 0,8
    Co max. 1
    B max. 0,006
    Ta max. 0,05
    Pb max. 0,001
    Se max. 0,0005
    Bi max. 0,00005
  • Alternativ kann diese Legierung auch höhere Ni-Gehalte aufweisen.
    C max. 0,1
    S max. 0,03
    Cr 17 - 32
    Ni 58 - 79
    Nb max. 0,6
    Fe max. 18
    C max. 0,1
    S max. 0,02
    Cr 17 - 30
    Ni 58 - 72
    Mn max. 1
    Si max. 1
    Mo 0 - 10
    Ti max. 3,25
    Nb max. 4,1
    Cu max. 0,5
    Fe max. 18
    Al max. 3,15
    V max. 0,6
    Zr max. 0,1
    Co max. 15
  • Sowie ggf. optional (Angaben in Gew.-%):
    B max. 0,008
    Se max. 0,0005
    Bi max. 0,00005
    Pb max. 0,002
    P max. 0,03
  • Weitere Einschränkungen sind wie folgt denkbar (Angaben in Gew.-%):
    C 0,01 - 0,04
    Mn max. 0,5
    Si max. 0,5
    Cu max. 0,2
  • Sowie ggf. optional (Angabe in Gew.-%):
    Mo 8 - 10
  • Im Folgenden wird ein Beispiel einer Legierung auf Basis von Alloy 780 vorgestellt (Angaben in Gew.-%):
    C max. 0,1
    S max. 0,015
    N max. 0,03
    Cr 16 - 20
    Ni 26 - 62
    Mn max. 0,5
    Si max. 0,3
    Mo 2-4
    Ti 0,1 - 1
    Cu max. 0,5
    Fe max. 10
    P max. 0,03
    Al 1 - 3
    Mg max. 0,01
    Ca max. 0,01
    Zr max. 0,05
    Co 15 - 28
    B max. 0,02
    O max. 0,02
    Nb + Ta 4 - 6
  • Material welches durch diesen Fertigungsprozess hergestellt wird, weist deutlich weniger Fehler (50%) mit Vergleichsfehlergöße 0,8 mm in einer Ultraschallprüfung auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren soll bevorzugt einsetzbar sein für folgende Legierungen:
    • Alloy 601
    • Alloy 602 CA und dessen Variante MCA
    • Alloy 617 und dessen Varianten 617 B und 617 OCC
    • Alloy 625
    • Alloy 690
    • Alloy 699XA
    • Alloy 718 und dessen Varianten
    • Alloy 780
    • Alloy 788
    • Alloy 80A
    • Alloy 81
    • Alloy X-750
    • Alloy C-263
    • Alloy K-500
    • Waspaloy
    • FM 625
    • FM 617 sowie
    • FM 602
    Tabelle 1 zeigt beispielhafte Analysebereiche der vorgenannten Legierungen
  • Erzielt werden Blockformate > 400 mm (rund und eckig).
  • Die VIM- ESU- und VAR-Blöcke können auch an Elektrodenabmessung geschmiedet werden, um eine bessere Homogenität zu erzeugen, welche je nach Legierung und Blockdurchmesser erforderlich sein kann.
  • Die Warmumformung an die geforderte Produktform und Abmessung kann nach den üblichen Verfahren (Schmieden, Walzen usw.) erfolgen.
  • Die nach diesem Verfahren gefertigten Blöcke und Stangen können mit üblichen Verfahren weiter zu Halbzeugformen (Stangen, Bleche, Bänder, Folien, Drähten usw.) weiter gefertigt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft wie folgt erläutert:
  • Es wurden mehrere Schmelzen z.B. S3 und S4 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt.
    • Die Elektroden wurden durch VIM erzeugt.
    • Die Elektroden wurden, zur Reduzierung von Spannungen und zum Ausgleich von Seigerungen, in einem Ofen im Temperaturbereich zwischen 500°C und 1300°C für einen Zeitraum von 10 bis 72 Stunden wärmebehandelt. Hierbei wurden für mindestens 10 Stunden und maximal 48 Stunden der Temperaturbereich von 1000°C bis 1300°C behandelt.
    • Die Elektrode wurden an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt
    • Die Elektrode wurden Oberflächenbehandlungen wie Schleifen, etc. unterzogen
    • Die Elektroden wurden anschließend durch ESU mit einer Umschmelzrate von 3 bis 6 kg/Minute zu einem ESU-Block umgeschmolzen,
    • Die ESU-Blöcke wurden im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt,
    • Die ESU-Blöcke wurden mit einer Umschmelzrate von 3 bis 6 kg/Minute mittels VAR umgeschmolzen wird,
    • Die VAR-Blöcke wurden darauf in einem Ofen im Temperaturbereich zwischen 500 und 1220°C für einen Zeitraum von 20 bis 100 Stunden wärmebehandelt,
    • Die VAR-Blöcke wurden anschließend geschliffen oder unbearbeitet durch Warm- bzw. Kaltformgebung zu Stangen verarbeitet.
  • Bei den Vergleichsschmelzen S1 und S2 ohne das erfindungsgemäße Verfahren wurden die durch VIM erzeugten Elektroden, zur Reduzierung von Spannungen und zum Ausgleich von Seigerungen, nur in einem Ofen im Temperaturbereich zwischen 500°C und 1000°C für einen Zeitraum von 10 bis 48 Stunden wärmebehandelt,
  • Alle Schmelzen (sowohl erfindungsgemäß als auch Vergleichsschmelzen) wurden gemäß der Analyseberichte Alloy 718 (siehe Tabelle 1) gefertigt.
  • Die bei der Fertigung aufgetretenen Abweichungen der gewählten Umschmelzrate sind Abbildungen 1 bis 4 zu entnehmen.
  • Es traten Abweichungen der Umschmelzrate bis zu folgender Höhe auf.
    S1 (414972) S2 (415078) S3 (415130) S4 (415156)
    Überschreitung +26,39% +43,89% +2,2 +2,2
    Unterschreitung -40,83% -46,67% -0,83 -0,56
    Tabelle 1
    VDM Alloy 601 VDM Alloy 602 CA / MCA VDM FM 602 VDM Alloy 617 (B/OCC) VDM FM 617 VDM Alloy 625
    Alloy 601 Alloy 602 CA / MCA FM 602 Alloy 617 (B/OCC) FM 617 Alloy 625
    Masse% min - max min - max min - max min - max min - max min - max
    C 0,03-0,1 0,15-0,25 0,15-0,25 0,05-0,08 0,05-0,15 -0,03
    S -0,015 -0,01 -0,008 -0,01
    N
    Cr 21-25 24-26 24-26 21-23 20-24 21-23
    Ni 58-63 59-66 59-66 45-58 50-61 58-71
    Mn -1 -0,5 -0,5 -0,5 -1 -0,5
    Si -0,5 -0,5 -0,5 -0,3 -1 -0,4
    Mo 8-10 8-10 8-10
    Ti -0,5 0,1-0,2 0,1-0,2 0,25-0,5 -0,6 -0,4
    Nb -0,6
    Cu -0,5 -0,1 -0,1 -0,5
    Fe -18 8-11 8-11 -1,5 -3 -5
    P -0,02 -0,02 -0,012 -0,03 -0,01
    Al 1-1,7 1,8-2,4 1,8-2,4 0,8-1,3 0,8-1,5 -0,4
    Mg
    Ca
    SE
    V -0,6
    Zr 0,01-0,1 0,01-0,1
    W -0,5
    Co -1 11-13 10-15 -1
    Y 0,05-0,12
    La
    B -0,006 0,001-0,005
    Hf
    Ta
    Ce
    O
    Pb
    Sn
    Zn
    Se
    Bi
    Sb
    Cd
    Hg
    H
    As
    Nb + Ta 3,2-3,8 3,2-3,8
    VDM FM 625 VDM Alloy 690 VDM Alloy 699XA VDM Alloy 718 VDM Alloy 718 CTP VDM FM 718
    FM 625 Alloy 690 Alloy 699XA Alloy 718 Alloy 718 CTP FM 718
    Masse% min - max min - max min - max min - max min - max min - max
    C -0,1 -0,05 0,005-0,12 -0,08 -0,045 -0,08
    S -0,015 -0,01 -0,015 -0,01
    N -0,05
    Cr 20-23 27-31 26-30 17-21 17-21 17-21
    Ni 58-71 58-66 62-72 50-55 50-55 50-55
    Mn -0,5 -0,5 -0,5 -0,35 -0,35 -0,3
    Si -0,5 -0,5 -0,5 -0,35 -0,35 -0,3
    Mo 8-10 2,8-3,3 2,8-3,3 2,8-3,3
    Ti -0,4 -0,6 0,65-1,15 0,8-1,15 0,7-1,1
    Nb 3-4,1 -0,5 4,75-5,5 Nb+Ta 4,8-5,5
    Cu -0,5 -0,5 -0,5 -0,3 -0,23 -0,3
    Fe -5 7-11 -2,5 6-25 12-24 -24
    P -0,02 -0,015 -0,01 -0,015
    Al -0,4 2-3 0,2-0,8 0,4-0,6 0,2-0,8
    Mg
    Ca
    SE
    V
    Zr -0,1
    W
    Co -1 -1
    Y
    La
    B -0,008 -0,006 -0,006 -0,006
    Hf
    Ta -0,05
    Ce
    O
    Pb -0,0005 -0,001
    Sn
    Zn
    Se -0,0003 -0,0005
    Bi -0,00003 -0,00005
    Sb
    Cd
    Hg
    H
    As
    Nb + Ta 3,2-3,8 4,87-5,2
    VDM Alloy 780 VDM Alloy 788 Waspaloy VDM Alloy C-263 VDM Alloy 80A VDM Alloy 81
    Alloy 780 Alloy 788 Waspaloy Alloy C-263 Alloy 80A Alloy 81
    N07001
    2.4654
    Masse% min - max min - max min - max min - max min - max min - max
    C -0,1 0,04-0,1 0,02-0,1 0,04-0,08 0,04-0,1 -0,08
    S -0,015 -0,01 -0,03 -0,007 -0,015 -0,02
    N -0,03
    Cr 16-20 18-21 18-21 19-21 18-21 28-32
    Ni 26-62 51-69 49,6-62,5 50-55 65-79 59-66
    Mn -0,5 -1 -1 -0,6 -1 -0,7
    Si -0,3 -0,5 -0,75 -0,4 -1 -0,7
    Mo 2-4 3,5-5 5,6-6,1 -0,5
    Ti 0,1-1 1,8-2,7 2,75-3,25 1,9-2,4 1,8-2,7 1,5-2,1
    Nb
    Cu -0,5 -0,2 -0,5 -0,2 -0,2 -0,25
    Fe -10 8-15 -2 -0,7 -1,5 -1,5
    P -0,03 -0,02 -0,03 -0,015
    Al 1-3 1-1,8 1,2-1,6 0,3-0,6 1-1,8 -1,2
    Mg -0,01 -1
    Ca -0,01
    SE
    V
    Zr -0,05 0,02-0,12 0,01-0,1
    W
    Co 15-28 3-7 12-15 19-21 01. Mrz
    Y
    La
    B -0,02 -0,008 0,003-0,01 -0,005 -0,006
    Hf
    Ta
    Ce
    O -0,02
    Pb -0,002
    Sn
    Zn
    Se
    Bi
    Sb
    Cd
    Hg
    H
    As
    Nb + Ta 4-6
    VDM Alloy K-500 Alloy X-750
    Alloy K-500 Alloy X-750
    N07750
    2.4669
    Masse% min - max min - max
    C -0,18 -0,08
    S -0,01 -0,01
    N
    Cr 14-17
    Ni 63-70 70-77,5
    Mn -1,5 -1
    Si -0,5 -0,5
    Mo
    Ti 0,35-0,85 2,25-2,75
    Nb 0,7-1,2
    Cu 27-33 -0,5
    Fe 0,5-2 5-9
    P -0,02
    Al 2,3-3,15 0,4-1
    Mg
    Ca
    SE
    v
    Zr
    W
    Co -1
    Y
    La
    B
    Hf
    Ta
    Ce
    O
    Pb -0,006
    Sn -0,006
    Zn -0,02
    Se
    Bi
    Sb
    Cd
    Hg
    H
    As
    Nb + Ta 0,7-1,2
    • Begriffserläuterungen
    • VIM
    Vaccum Induction Melting (Vakuum Induktions Erschmelzung)
    VOD
    Vaccum Oxygen Decarburization (Vakuum Sauerstoff Entkohlung)
    VLF
    Vaccum Ladle Furnace (Vakkum Pfannen Ofen)
    ESU
    Elektro Schlacke Umschmelzung
    VAR
    Vacuum Arc Remelting (Vakuum Lichtbogen Umschmelzung

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Basislegierung, indem
    - eine Elektrode durch VIM, VOF oder VLF erzeugt wird,
    - die Elektrode in einem Ofen zur Reduzierung von Spannungen und Überalterung einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1300°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird, wobei mindestens 10 Stunden und maximal 48 Stunden im Temperaturbereich von 1000°C bis 1300°C wärmebehandelt wird.
    - die Elektrode an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    - die abgekühlte Elektrode anschließend durch ESU mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute zu einem ESU-Block umgeschmolzen wird,
    - der ESU-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    - der ESU-Block erneut mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute Und einer Schwankungsbreite der Umschmelzrate von weniger als 15% %, besser noch 10%, idealerweise 5%, mittels VAR umgeschmolzen wird,
    - der umgeschmolzene VAR-Block einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird,
    - der VAR-Block anschließend durch Warm- und/oder Kaltformgebung an die gewünschte Produktform und Abmessung gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode vor ihrer ESU-Umschmelzung einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ESU-Block vor seiner VAR-Umschmelzung einer Oberflächenbearbeitung unterzogen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
    - eine Elektrode durch VIM erzeugt wird,
    - falls die Ni-Basislegierung Gamma-Strich Phase bildet: die Elektrode in einen Ofen verbracht wird, bevor sie kälter als 200°C, idealerweise bevor sie kälter als 250°C ist,
    - die Elektrode in einem Ofen zur Reduzierung von Spannungen und Überalterung einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C über einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden, unterzogen wird,
    - die Elektrode an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    - die Oberfläche der Elektrode zur Entfernung von Fehlern und zur Säuberung (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen, etc.) bearbeitet wird,
    - die abgekühlte Elektrode anschließend durch ESU mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute zu einem ESU-Block mit 400 bis 1500 mm Durchmesser umgeschmolzen wird,
    - der ESU-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird,
    - ggf. die Oberfläche des ESU-Blocks zur Entfernung von Fehlern und zur Säuberung (z.B. durch Bürsten, Schleifen, Beizen, Trennen, Schälen, etc.) bearbeitet wird,
    - der abgekühlte ESU-Block einer weiteren Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird,
    - der ESU-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 870°C abgekühlt wird,
    - der ESU-Block mittels VAR erneut mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute und einer Schwankungsbreite der Umschmelzrate von weniger als 15% %, besser noch 10% idealerweise 5% zu einem VAR-Block mit 400 bis 1500mm Durchmesser umgeschmolzen wird,
    - falls die Ni-Basislegierung Gamma-Strich Phase bildet: der VAR-Block in einen Ofen verbracht wird, bevor dieser im Kopfbereich nicht kälter als 200°C, idealerweise bevor diese kälter als 250°C ist,
    - der umgeschmolzene VAR-Block einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1250°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird,
    - der VAR-Block an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900°C abgekühlt wird, oder heiß mit mehr als 850°C an einen Warmformprozess übergeben wird.
    - der VAR-Block anschließend durch Warm- und/oder Kaltformgebung (z.B. Schmieden, Walzen, Ziehen,) an die gewünschte Produktform (z.B. Block, Stange, Draht, Blech, Band, Folie) und Abmessung gebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der VAR-Block in weiteren VAR-Umschmelzschritten mit einer Umschmelzrate von 3,0 bis 10 kg/Minute umgeschmolzen und im Anschluss einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 1300°C für einen Zeitraum von 10 bis 336 Stunden unterzogen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der VAR-Block nach der letzten Wärmebehandlung an Luft oder im Ofen auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und kleiner 900.°C abgekühlt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der VAR-Block nach der letzten Wärmebehandlung heiß in eine Warmformgebung bei einer Temperatur von mehr als 800°C überführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung folgender Zusammensetzung eingesetzt wird (in Gew.- %): C max. 0,25 % S max. 0,03% Cr 17 - 32% Ni 33 - 72% Mn max. 1 % Si max. 1 % Mo 0 - 10 % Ti bis 3,25% Nb bis 5,5 % Cu bis 0,5% Fe bis 25 % P max. 0,03% AI bis 3,15% V max. 0,6 % Zr max. 0,1 % Co bis 35% B max. 0,02 %
    und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung folgender Zusammensetzung eingesetzt wird (in Gew.-%): C max. 0,08 S max. 0,015 Cr 17-21 Ni 50-55 Mn max. 0,35 Si max. 0,35 Mo 2,8-3,3 Ti 0,65-1,15 Nb 4,75-5,5 Cu max. 0,3 Fe 6-25 P max. 0,015 AI 0,2-0,8 Co max. 1 B max. 0,006 Pb max. 0,001 Se max. 0,0005 Bi max. 0,00005 Nb+Ta 4,75 bis 5,5%
    und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung folgender Zusammensetzung eingesetzt wird (in Gew.-%): C max. 0,1 S max. 0,015 N max. 0,03 Cr 16-20 Ni 26-62 Mn max. 0,5 Si max. 0,3 Mo 2-4 Ti 0,1-1 Cu max. 0,5 Fe max. 10 P max. 0,03 AI 1-3 Mg max. 0,01 Ca max. 0,01 Zr max. 0,05 Co 15-28 B max. 0,02 O max. 0,02 Nb + Ta 4-6
    und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Durchmesser des erzeugten VAR-Blocks >450mm ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Durchmesser des erzeugten VAR-Blocks >500mm ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Erzeugte Block frei von Umschmelzdefekten ist und im Ultraschall eine Vergleichsfehlergröße von <0,8mm aufweisst..
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei dem die Wärmebehandlung des VIM-Blocks für mindestens 10 Stunden und maximal 48 Stunden im Temperaturbereich von 1000°C bis 1300°C erfolgt.
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