RU2557438C1 - Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy - Google Patents

Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2557438C1
RU2557438C1 RU2014127274/02A RU2014127274A RU2557438C1 RU 2557438 C1 RU2557438 C1 RU 2557438C1 RU 2014127274/02 A RU2014127274/02 A RU 2014127274/02A RU 2014127274 A RU2014127274 A RU 2014127274A RU 2557438 C1 RU2557438 C1 RU 2557438C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
nickel
chrome
titanium
tungsten
Prior art date
Application number
RU2014127274/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Германович Береснев
Виктор Николаевич Бутрим
Валентин Николаевич Каширцев
Анатолий Матвеевич Адаскин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Композит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Композит" filed Critical Открытое акционерное общество "Композит"
Priority to RU2014127274/02A priority Critical patent/RU2557438C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2557438C1 publication Critical patent/RU2557438C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: heat resisting alloy is used which contains, wt %: nickel 31-33, tungsten 1-3, vanadium 0.1-0.4, titanium 0.05-0.3, aluminium + silicon no more than 0.2, oxygen no more than 0.08, nitrogen no more than 0.04, iron no more than 0.5, carbon no more than 0.08, chrome - the rest and having the structure in the cast state containing no eutectic. To provide high quality of the ingot from the named alloy and increase of output of good metal at the expense of exception of subcrustal bubbles on ingot surface and reduction of a shrinkage cavity, and also increased plasticity of the alloy at the subsequent hot plastic deformation the furnace charge consisting of pure initial materials is loaded into the vacuum electric furnace: Electrolytically refined chrome, nickel, tungsten, vanadium, titanium, microalloying additives for deacidification and modifying of the alloy, the furnace charge is melted and the obtained molten metal is poured into moulds at the temperature 1550-1570°C.
EFFECT: hot plasticity improvement.
2 cl, 4 tbl, 6 dwg, 1 ex

Description

Группа изобретений относится к области металлургии и может быть использована для изготовления деталей из жаропрочного сплава на основе хрома, работающего при высоких температурах и в агрессивных средах, и к специальной электрометаллургии, а именно к вакуумно-индукционной выплавке жаропрочного сплава.The group of inventions relates to the field of metallurgy and can be used for the manufacture of parts from a heat-resistant alloy based on chromium, operating at high temperatures and in aggressive environments, and to special electrometallurgy, namely, vacuum-induction smelting of a heat-resistant alloy.

Известен жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий, вольфрам, цирконий или гафний, титан, окисел лантаноида, марганец (RU 2236480 C1, С22С 27/06, 20.09.2004).A heat-resistant alloy based on chromium is known, containing tungsten, zirconium or hafnium, titanium, lanthanide oxide, manganese (RU 2236480 C1, C22C 27/06, 09/20/2004).

Наиболее близким аналогом изобретения является сплав на основе хрома, содержащий, мас. %: Ni - 32, W - 1,5, V 0,1-0,4, Ti 0,05-0,25, примеси не более: С 0,08, О2 0,03, N2 0,04, Cr - основа (Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник т. 3, «Специальные стали и сплавы», под ред. Химушина Ф.Ф., М., Машиностроение, 1968, с. 423).The closest analogue of the invention is an alloy based on chromium containing, by weight. %: Ni - 32, W - 1.5, V 0.1-0.4, Ti 0.05-0.25, impurities no more than: C 0.08, O 2 0.03, N 2 0.04 , Cr - basis (Materials in mechanical engineering. Selection and application. Handbook t. 3, “Special steels and alloys”, under the editorship of Himushin F.F., M., Engineering, 1968, p. 423).

Однако указанный состав не позволяет осуществлять производство реальных промышленных сплавов, поскольку в нем отсутствуют пределы содержаний никеля, вольфрама и соответственно хрома. Кроме того, недостаточность ограничений по содержанию примесей не позволяет получить сплав необходимой чистоты, это приводит к увеличению количества неметаллических включений и снижает технологическую пластичность сплава. Кроме того, не регламентированы требования к структуре сплава в литом состоянии, в частности к наличию или отсутствию эвтектики. Наличие в структуре эвтектики снижает пластичность сплава, затрудняя его пластическую деформацию.However, this composition does not allow the production of real industrial alloys, since there are no limits on the contents of nickel, tungsten and, accordingly, chromium. In addition, the lack of restrictions on the content of impurities does not allow to obtain an alloy of the required purity, this leads to an increase in the number of non-metallic inclusions and reduces the technological ductility of the alloy. In addition, the requirements for the structure of the alloy in a molten state, in particular for the presence or absence of a eutectic, are not regulated. The presence of a eutectic in the structure reduces the ductility of the alloy, complicating its plastic deformation.

Известен способ выплавки высокохромистого сплава, включающий загрузку шихты, содержащей электролитически нерафинированный хром, никель, шлакообразующие компоненты и раскислители, их расплавление и разливку в изложницы (RU 2070228 C1, С21С 5/52, 10.12.1996).A known method of smelting a high-chromium alloy, comprising loading a charge containing electrolytically unrefined chromium, nickel, slag-forming components and deoxidizers, their melting and casting into molds (RU 2070228 C1, C21C 5/52, 10.12.1996).

Отсутствие в известном способе регламентированной температуры разливки сплава, не позволяет стабильно получать качественные слитки, иметь высокий выход годного металла.The absence in the known method of a regulated temperature for casting the alloy does not allow to consistently obtain high-quality ingots, to have a high yield of metal.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является получение сплава, с малым количеством неметаллических включений и не содержащего в структуре эвтектики, что обеспечивает повышение технологических свойств сплава, а именно горячей пластичности, а также обеспечение качества слитка и повышения выхода годного металла за счет исключения подкорковых пузырей на поверхности слитка и уменьшения усадочной раковины.The technical result of the claimed group of inventions is to obtain an alloy with a small number of non-metallic inclusions and not containing a eutectic in the structure, which provides an increase in the technological properties of the alloy, namely hot ductility, as well as ensuring the quality of the ingot and increasing the yield of metal by eliminating subcortical bubbles on the surface ingot and shrinkage reduction.

Для достижения технического результата жаропрочный сплав на основе хрома, содержит никель, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, кремний, кислород, азот, железо, углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:To achieve a technical result, a heat-resistant alloy based on chromium contains nickel, tungsten, vanadium, titanium, aluminum, silicon, oxygen, nitrogen, iron, carbon in the following ratio of components, wt. %:

никельnickel 31-3331-33 вольфрамtungsten 1-31-3 ванадийvanadium 0,1-0,40.1-0.4 титанtitanium 0,05-0,30.05-0.3 алюминий + кремнийaluminum + silicon не более 0,2no more than 0.2 кислородoxygen не более 0.08no more than 0.08 азотnitrogen не более 0,04no more than 0,04 железоiron не более 0,5no more than 0.5 углеродcarbon не более 0,08no more than 0.08 хромchromium остальное,rest,

имеющий в литом состоянии структуру, не содержащую эвтектики.having a molten state structure that does not contain eutectics.

Ограничения по содержанию кремния, алюминия, железа уменьшает количество неметаллических включений; содержание никеля в сплаве не более 33 мас. % в соответствии с диаграммой состояния Ni-Cr (фиг.1) обеспечивает отсутствие эвтектики в структуре (табл. 1), все это приводит к повышению пластичности сплава - относительного удлинения (δ) и сужения (ψ).Limitations on the content of silicon, aluminum, iron reduces the number of non-metallic inclusions; the nickel content in the alloy is not more than 33 wt. % in accordance with the state diagram of Ni-Cr (Fig. 1) ensures the absence of a eutectic in the structure (Table 1), all this leads to an increase in the ductility of the alloy — elongation (δ) and narrowing (ψ).

В соответствии с диаграммой состояния Ni-Cr сплав с содержанием 35% масс. Ni содержит до 10% об. эвтектики (фиг. 2); при содержании 34% масс. Ni эвтектики быть не должно (фиг. 1). Однако вследствие ликвации в реальных сплавах образуется эвтектика в зонах, обогащенных никелем (фиг. 3).In accordance with the state diagram of Ni-Cr alloy with a content of 35% of the mass. Ni contains up to 10% vol. eutectic (Fig. 2); when the content of 34% of the mass. Ni eutectic should not be (Fig. 1). However, due to segregation in real alloys, a eutectic is formed in areas enriched with nickel (Fig. 3).

Особенно важно, что при повышенных температурах горячей пластической деформации показатели пластичности предлагаемого сплава выше в полтора-два раза (табл. 2) за счет изменения его химического состава.It is especially important that at elevated temperatures of hot plastic deformation, the ductility indicators of the proposed alloy are one and a half to two times higher (Table 2) due to a change in its chemical composition.

Таблица 1Table 1 Содержание Ni в сплаве, масс. %The Ni content in the alloy, mass. % Наличие эвтектики в структуреThe presence of eutectic in the structure 34,934.9 присутствует (см. фиг.2)present (see figure 2) 33,833.8 следы (см. фиг.3)traces (see figure 3) 33,033.0 отсутствуетabsent

Figure 00000001
Figure 00000001

Снижение содержания никеля в сплаве менее 31 масс. % приводит к повышению температуры солидус (см. фиг. 1), укрупнению зерна и снижению механических свойств и горячей пластичности.The decrease in the nickel content in the alloy is less than 31 mass. % leads to an increase in solidus temperature (see Fig. 1), enlargement of the grain and a decrease in mechanical properties and hot ductility.

Для достижения технического результата способ выплавки сплава на основе хрома включает загрузку в вакуумную электоропечь шихты, состоящей из чистых исходных материалов: электролитически рафинированного хрома, никеля вольфрама, ванадия, титана, микролегирующих добавок в виде церия и лигатуры никель-магний-церий для раскисления и модифицирования сплава, их расплавление и разливку расплава в изложницы при температуре 1550-1570°С.To achieve a technical result, a method for smelting a chromium-based alloy involves loading a charge into a vacuum electric furnace consisting of pure starting materials: electrolytically refined chromium, nickel tungsten, vanadium, titanium, microalloying additives in the form of cerium and a nickel-magnesium-cerium alloy for deoxidation and modification alloy, their melting and casting of the melt into the molds at a temperature of 1550-1570 ° C.

Пример реализации способаAn example implementation of the method

Осуществляли выплавку высокохромистого сплава. Для выплавки сплава использовали следующие шихтовые чистые исходные материалы: электролитический рафинированный хром марки ЭРХ, никель, вольфрам, ванадий, титан. Использование чистых исходных материалов связано с необходимостью обеспечения высоких требований по ограничению содержания в сплаве газовых примесей и примесей железа, углерода, кремния и алюминия. Для раскисления и модифицирования сплава в качестве микролегирующих добавок использовали церий и лигатуру никель-магний-церий. High-chromium alloy was smelted. For alloy smelting, the following pure charge starting materials were used: refined electrolytic refined chromium of the ERX grade, nickel, tungsten, vanadium, and titanium. The use of pure starting materials is associated with the need to ensure high requirements for limiting the content of gas impurities and impurities of iron, carbon, silicon and aluminum in the alloy. For deoxidation and modification of the alloy, cerium and a nickel-magnesium-cerium alloy were used as microalloying additives.

Использование для раскисления и модифицирования сплава микролегирующих добавок в количестве 0,123 (табл.3) не влияют на окончательный состав сплава.The use of microalloying additives in the amount of 0.123 (Table 3) for deoxidation and modification of the alloy does not affect the final composition of the alloy.

Расчетное содержание легирующих элементов и пример шихтовки сплава приведен в табл. 3.The calculated content of alloying elements and an example of alloy blending are given in table. 3.

Figure 00000002
Figure 00000002

Шихтовые материалы загружают в тигель печи. Часть хрома укладывают в корзину печи для введения в тигель после расплавления основной части шихты. Титан, ванадий и микродобавки размещают в ячейках дозатора.The charge materials are loaded into the crucible of the furnace. Part of the chromium is placed in the basket of the furnace for introduction into the crucible after the main part of the charge is melted. Titanium, vanadium and microadditives are placed in the cells of the dispenser.

После размещения шихты камеру печи герметизируют и вакуумируют до давления 10-3 мм.рт. ст., выдерживают при этом давлении в течение 10-15 мин для дегазации шихты, а затем в камеру напускают нейтральный газ аргон повышенной чистоты и включают источник питания - преобразователь высокой частоты для нагрева и расплавления шихты.After placing the charge, the furnace chamber is sealed and vacuum to a pressure of 10 -3 mm Hg. Art., maintained at this pressure for 10-15 minutes to degass the charge, and then neutral argon gas of high purity is introduced into the chamber and a power source is turned on - a high-frequency converter for heating and melting the charge.

Шихту нагревают до температуры 1600-1620°С до полного расплавления, выдерживают при этой температуре 5-10 мин, а затем снижают температуру до 1550-1570°С и вводят в расплав ванадий и титан, а через 1-2 мин - церий и лигатуру, после чего разливают в кокильные изложницы диаметром 90 мм. Из одной плавки сплава массой ~120 кг изготавливают 3 слитка массой ~40 кг (с прибыльной частью) каждый.The mixture is heated to a temperature of 1600-1620 ° C until it is completely melted, kept at this temperature for 5-10 minutes, and then the temperature is reduced to 1550-1570 ° C and vanadium and titanium are introduced into the melt, and cerium and ligature in 1-2 minutes and then poured into molds with a diameter of 90 mm. From one melting of an alloy weighing ~ 120 kg, 3 ingots weighing ~ 40 kg (with a profitable part) each are made.

Всего было выплавлено 4 плавки, отлито 12 слитков сплава, их состав, приведенный в табл. 4, соответствовал ТУ 1-809-321-87.A total of 4 melts were smelted, 12 alloy ingots were cast, their composition is given in table. 4, corresponded to TU 1-809-321-87.

Figure 00000003
Figure 00000003

При отработке параметров процесса на отдельных плавках варьировали температуру разливки.When working out the process parameters on individual melts, the casting temperature was varied.

Параметром, существенно влияющим на качество слитка, является температура разливки металла.A parameter that significantly affects the quality of the ingot is the temperature of the metal casting.

Для исследования влияния температуры разливки на качество слитка были проведены плавки с температурой металла перед разливкой 1600-1620°С, 1550-1570°С, 1500-1520°С.To study the effect of casting temperature on the quality of the ingot, melts were performed with the metal temperature before casting 1600-1620 ° C, 1550-1570 ° C, 1500-1520 ° C.

Температура расплава свыше 1600°С надежно обеспечивает разливку всей плавки в три изложницы без захолаживания металла в плавильном тигле. Однако, в этом случае наблюдали сильное разбрызгивание металла в изложнице. Капли металла застывали на поверхности изложницы и приводили к образованию неровной, пористой поверхности слитка и подкорковых пузырей (фиг. 4).The melt temperature above 1600 ° C reliably ensures the casting of all the heat in three molds without cooling the metal in the melting crucible. However, in this case, strong spatter of the metal in the mold was observed. Drops of metal froze on the surface of the mold and led to the formation of an uneven, porous surface of the ingot and subcortical bubbles (Fig. 4).

Такие дефекты снижают коэффициент использования металла и увеличивают затраты на механическую обработку слитков для дальнейшего передела.Such defects reduce the utilization of metal and increase the cost of machining the ingots for further processing.

При разливке металла с температурой ниже 1520°С наблюдали ускоренную кристаллизацию металла в изложнице и прибыльной надставке, что приводит к увеличению глубины залегания усадочной раковины до 1/3 высоты слитка и снижению выхода годного металла (фиг. 5).When casting a metal with a temperature below 1520 ° C, accelerated crystallization of the metal in the mold and a profitable extension was observed, which leads to an increase in the depth of the shrink shell to 1/3 of the ingot height and a decrease in the yield of metal (Fig. 5).

Удовлетворительное качество поверхности слитка и образование малой усадочной раковины на глубине не более 50 мм от прибыльной части обеспечивается при разливке металла в изложницы с температурой расплава 1550-1570°С (фиг. 6).The satisfactory quality of the surface of the ingot and the formation of a small shrink shell at a depth of not more than 50 mm from the profitable part are ensured when casting metal into molds with a melt temperature of 1550-1570 ° C (Fig. 6).

Claims (2)

1. Жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, кремний, кислород, азот, железо, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
никель 31-33 вольфрам 1-3 ванадий 0,1-0,4 титан 0,05-0,3 алюминий + кремний не более 0,2 кислород не более 0,08 азот не более 0,04 железо не более 0,5 углерод не более 0,08 хром остальное,

который имеет в литом состоянии структуру, не содержащую эвтектики.
1. A heat-resistant chromium-based alloy containing nickel, tungsten, vanadium, titanium, aluminum, silicon, oxygen, nitrogen, iron, carbon, in the following ratio, wt.%:
nickel 31-33 tungsten 1-3 vanadium 0.1-0.4 titanium 0.05-0.3 aluminum + silicon no more than 0.2 oxygen no more than 0.08 nitrogen no more than 0,04 iron no more than 0.5 carbon no more than 0.08 chromium rest,

which has a molten state structure that does not contain eutectics.
2. Способ выплавки жаропрочного сплава по п. 1, включающий загрузку в вакуумную электоропечь шихты, состоящей из чистых исходных материалов, включающих электролитически рафинированный хром, никель и вольфрам, нагрев шихты до температуры 1600-1620°С до ее полного расплавления, выдержку 5-10 минут, снижение температуры до 1550-1570°С и ввод в расплав ванадия и титана, а через 1-2 минуты для раскисления и модифицирования - микролегирующих добавок, после чего разливают расплав в изложницы при температуре 1550-1570°С с обеспечением получения в литом состоянии сплава структуры, не содержащей эвтектики. 2. A method of smelting a heat-resistant alloy according to claim 1, comprising loading a charge into a vacuum electric furnace, consisting of pure starting materials, including electrolytically refined chromium, nickel and tungsten, heating the mixture to a temperature of 1600-1620 ° C until it is completely melted, holding for 5- 10 minutes, lowering the temperature to 1550-1570 ° C and introducing vanadium and titanium into the melt, and after 1-2 minutes for deoxidation and modification - microalloying additives, after which the melt is poured into the molds at a temperature of 1550-1570 ° C to ensure that cast condition eutectic-free alloy structure.
RU2014127274/02A 2014-07-04 2014-07-04 Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy RU2557438C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127274/02A RU2557438C1 (en) 2014-07-04 2014-07-04 Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127274/02A RU2557438C1 (en) 2014-07-04 2014-07-04 Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2557438C1 true RU2557438C1 (en) 2015-07-20

Family

ID=53611835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014127274/02A RU2557438C1 (en) 2014-07-04 2014-07-04 Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2557438C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2620405C1 (en) * 2016-03-24 2017-05-25 Открытое акционерное общество "Композит" Chromating alloy and method of alloy melting

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1608123U (en) * 1950-04-03 1950-06-15 Carl Hirnstein & Cie DUST COLLECTION DEVICE.
DE3620167A1 (en) * 1986-06-14 1987-12-17 Bayer Ag USE OF A CHROME ALLOY
RU2060289C1 (en) * 1993-10-11 1996-05-20 Научно-производственное предприятие "Блеск" Alloy on the base of chromium
RU2070228C1 (en) * 1991-05-16 1996-12-10 Электрометаллургический завод "Электросталь" им.И.Ф.Тевосяна Method of smelting highly chromium nickel alloy
RU2350677C1 (en) * 2007-06-08 2009-03-27 Зиатдинов Мансур Хузиахметович Alloy on basis of chrome

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1608123U (en) * 1950-04-03 1950-06-15 Carl Hirnstein & Cie DUST COLLECTION DEVICE.
DE3620167A1 (en) * 1986-06-14 1987-12-17 Bayer Ag USE OF A CHROME ALLOY
RU2070228C1 (en) * 1991-05-16 1996-12-10 Электрометаллургический завод "Электросталь" им.И.Ф.Тевосяна Method of smelting highly chromium nickel alloy
RU2060289C1 (en) * 1993-10-11 1996-05-20 Научно-производственное предприятие "Блеск" Alloy on the base of chromium
RU2350677C1 (en) * 2007-06-08 2009-03-27 Зиатдинов Мансур Хузиахметович Alloy on basis of chrome

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2620405C1 (en) * 2016-03-24 2017-05-25 Открытое акционерное общество "Композит" Chromating alloy and method of alloy melting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110408803B (en) Purification smelting method for nickel-based high-temperature alloy master alloy
CN108396204B (en) Hypoeutectic aluminum-silicon alloy casting and process method for improving performance thereof
KR102616983B1 (en) Processes for producing low nitrogen, essentially nitride-free chromium and chromium plus niobium-containing nickel-based alloys and the resulting chromium and nickel-based alloys
CN110578073B (en) Smelting method of GH4169 nickel-based alloy
CN104959393A (en) Production method of aluminium alloy hot extrusion bar used for high-quality aviation blade
CN110029252B (en) High-strength high-toughness oxidation-resistant aluminum magnesium alloy material for 5G mobile phone middle plate and preparation method thereof
CN101705397A (en) Al-Si-Mg-Er rare earth casting aluminium alloy
CN106756081A (en) The preparation method of big specification Ti Al Nb series alloy fines crystalline substance ingot casting
CN110616341A (en) CoCrNiNbxEutectic medium entropy alloy and preparation method thereof
RU2618038C2 (en) Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium
TWI518183B (en) Corrosion resistant high nickel alloy and its manufacturing method
CN114231802A (en) Rare earth aluminum alloy bar for forging aluminum alloy hub and preparation method thereof
EA035488B1 (en) Method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
Bian et al. Influence of yttrium and vacuum degree on the purification of K417 superalloy
CN108950273B (en) Intermediate alloy and preparation method and application thereof
RU2398905C1 (en) Procedure for production of heat resistant nickel alloys by metal wastes processing
CN105002397A (en) K418 cast superalloy purification smelting method
JP2012241230A (en) Manufacturing method of ingot
RU2557438C1 (en) Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy
AU2015312896A1 (en) Method for deoxidizing Ti-Al alloy
CN106544532B (en) Vacuum induction controls the method for content of magnesium and the method for preparing nickel base superalloy in nickel base superalloy in smelting
CN115418535A (en) Aluminum alloy material, preparation method and application thereof, and aluminum alloy product
RU2469117C1 (en) Melting method of carbon-free heat-resistant steel
RU2392338C1 (en) Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment
RU2344186C2 (en) Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions)