CN112267029B - 一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法 - Google Patents

一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，所述冶炼方法采用配比为CaF2 65~72%，Al2O3 12~15%，CaO 12~15%，TiO2 1~5%的四元渣系，优化了电渣重熔启动阶段、熔炼阶段和充填阶段的电制度，适合于成分为Co 13.0~16.0，Cr 10.0~16.0，W 4.0~6.0，Mo 2.0~4.0，Al 2.0~5.0，Ti 1.5~3.7，Nb 0.7~1.5，B 0.01~0.015，Zr 0.005~0.045，C 0.02~0.05，Ni为余量，直径为300~560mm的镍基高温合金电渣锭的冶炼。本发明所述的高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法能够有效解决电渣锭头尾的铝钛元素烧损问题。

Description

一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法
技术领域
本发明属于高温合金冶炼技术领域，具体涉及一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法。
背景技术
高温合金是指一类以Fe、Ni和Co为基体且能在600℃以上高温及一定应力作用下长期工作的金属材料，其具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。具体地，对于镍基高温合金，其是以Ni元素为基体，再加入Co、Cr、W、Mo、Al、Ti、Nb、B、C、Zr等元素，制备而成的一类高温合金。其中，Al和Ti元素是镍基高温合金中重要的合金元素，Al和Ti元素能与Ni元素形成一种化学组成为Ni3(Al，Ti)的强化相γ′相。对于沉淀强化型镍基高温合金而言，其主要依靠γ′相强化，这种强化效果与合金中的Al和Ti元素含量息息相关。电渣锭中Al和Ti元素出现明显烧损，一方面会造成部件的力学性能出现波动，无法满足技术指标要求，影响合格率；另一方面还会造成批次质量的稳定性，影响服役可靠性。因此，Al和Ti元素含量的控制对镍基高温合金(尤其是沉淀强化型镍基高温合金)的性能起着重要维系作用。
电渣重熔是高温合金一种重要的精炼工艺，是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法；其目的是提高金属纯度、去除夹杂物、脱除硫元素、改善铸锭结晶组织。航空航天用高质量高温合金直径300mm以下的铸锭，可以采用电渣重熔工艺制备成品铸锭。但是直径300mm以上的铸锭采用电渣重熔，更易出现Al和Ti元素的烧损。然而，高Al和Ti合金在电渣重熔过程中会发生一定程度的烧损，进而影响到合金的性能一致性和稳定性。这是由于Al和Ti是活泼的易氧化元素，而熔渣的主成分是还原性氧化物，在重熔过程中Al和Ti元素会与熔渣中的氧化物发生还原反应，造成钢锭沿纵向出现Al和Ti元素含量的梯度变化，这造成了力学性能波动、质量稳定性差等不良后果。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，能够有效解决电渣锭头尾的铝钛元素烧损问题。
本发明第一方面提供一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，所述冶炼方法采用四元渣系进行电渣重熔，所述四元渣系的组成和重量百分比为CaF2 65～72％，Al2O3 12～15％，CaO 12～15％，TiO2 1～5％；所述冶炼方法包括启动阶段、熔炼阶段和充填阶段。通过该技术手段，优化设计了四元渣系的配比，使渣系配比更适合于高铝钛的镍基高温合金电渣锭的冶炼，能够有效控制铝钛的元素烧损。
优选地，在电渣重熔炉中装入冶炼电极和所述四元渣系的渣料，通过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到高铝钛的镍基合金电渣锭；所述启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为5000～10000A，按照1000～3000A/min的速度提升电流，直至电流强度为12000～17000A之间，然后保持10～30min；按照100～300A/min的速度降低电流，至10000～14000A之间。通过该技术手段，优化了电渣锭冶炼启动阶段的电制度，设定较低的初始电流然后采用无级变速方式提升，提升至一定功率后再采用无级变速方式降低，达到适中的电流后进入熔炼阶段。采用本发明的电制度，能够提高电渣锭冶炼初始阶段功率的稳定性，有效避免铝钛元素的烧损。
优选地，所述熔炼阶段采用熔速控制，所述熔速为3.5～5.5kg/min，电极剩余300～550kg后开始降低熔速，0.5-1.5kg/min的速度调低熔速，至3.0～4.5kg/min后保持。通过该技术手段，优化了电渣锭冶炼熔炼阶段的电制度，采用熔速控制能够提升熔炼阶段的稳定性，在熔炼阶段的后期采用无级变速的方式降低熔速，能够避免进入充填阶段后再大幅降低熔速造成的功率大幅降低，进而避免铝钛元素的烧损。
优选地，所述充填阶段采用熔速控制，所述熔速连续降低；电极剩余100～300kg后开始充填，充填过程按0.5-2.0kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，剩余15～45kg后停止熔炼。通过该技术手段，在充填阶段采用无级变速的方式降低熔速，能够避免充填阶段过程中熔速波动造成的铝钛元素的烧损。
优选地，所述高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比为：Co 13.0～16.0，Cr10.0～16.0，W 4.0～6.0，Mo 2.0～4.0，Al 2.0～5.0，Ti 1.5～3.7，Nb 0.7～1.5，B 0.01～0.015，Zr 0.005～0.045，C 0.02～0.05，Ni为余量。通过该技术手段，所述合金成分适合于本发明提供的渣系配比和冶炼方法，能够制备满足航空航天及燃气轮机用高性能的镍基高温合金电渣锭。
优选地，所述高铝钛的镍基高温合金电渣锭直径为300～560mm。通过该技术手段，所述合金电渣锭的直径适合于本发明提供的渣系配比和冶炼方法。能够制备电渣锭直径满足航空航天及燃气轮机用高性能镍基高温合金部件所需的电渣锭。
优选地，在采用所述的冶炼方法进行冶炼的过程中，Al元素的损失量为3～6％，Ti元素的增加量为1～10％。通过该技术手段，能够有效控制高铝钛的镍基高温合金电渣锭头尾的成分均匀性，保证采用电渣锭制成部件的质量稳定性。
本发明第二方面提供一种所述的冶炼方法制备的高铝钛的镍基合金。
本发明第三方面提供所述的高铝钛的镍基合金在航空航天和能源领域的应用。
本发明创造的有益效果：
本发明提供了一种优化后的四元渣系的电渣配比和冶炼方法，主要是通过调整电渣中Al2O3与TiO2的合理配比和冶炼工艺参数的优化，抑制300～560mm高铝钛的镍基合金电渣锭冶炼过程中Al和Ti元素的烧损，进而改善电渣锭的成分均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
]图1为电渣重熔过程的示意图；其中，1为电极，2为电渣锭充填端(头部)，3为电渣，4为电渣锭，5为电渣锭启动端(尾部)。
具体实施方式
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
可对本发明提到的特征或实施例提到的特征进行组合。本说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的冶炼电极包括但不限于将高铝钛的镍基高温合金组分通过真空感应熔炼制备得到的电极。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的冶炼电极的起始重量，包括但不限于1500～2500kg之间。
本专利针对高铝钛的镍基合金电渣锭重熔过程中的Al和Ti元素烧损问题，提出了一种电渣重熔冶炼方法，适合于冶炼高Ti和高Al的镍基高温合金，具体为适用于高铝钛的镍基高温合金直径为300～560mm的电渣锭。由于Ti和Al为易氧化元素，易于与电渣中的氧化物发生反应，见式(1)，从而导致元素的烧损。当TiO2含量过高时，式(1)会向右进行，出现烧Al增Ti的现象；当Al2O3含量过高时，式(1)会向左进行，反而会出现烧Ti增Al的现象。
4[Al]+3(TiO2)＝2(Al2O3)+3[Ti] 式(1)
针对本发明适用的合金的高铝钛的成分特点，本发明所述的冶炼方法对CaF2-Al2O3-CaO-TiO2四元渣系中Al2O3和TiO2的配比进行优化，结合对电渣重熔过程电制度的优化调整，有效控制合金电渣锭的Al和Ti元素烧损。
发明人经大量实验，设计了一种CaF2-Al2O3-CaO-TiO2四元渣，经大量的实验论证，发现该四元渣在冶炼中具有有以下技术特征：
(1)加入相对较高含量的CaF2，降低电渣熔点、粘度和表面张力，能够在启动阶段输入较小的电流，避免元素烧损；
(2)加入相对较低含量的CaO，避免造成电渣电阻率的降低，同时保证一定的脱S作用；
(3)加入适量的Al 2O 3降低电导率，提高比电阻，减少电耗，提高生产效率，过高加入不仅会造成熔点和粘度升高而且会导致烧Ti增Al；
(4)加入适量的TiO 2，能够起到避免Al和Ti元素烧损的作用，TiO 2过高会造成烧Al增Ti的现象，反之则造成烧Ti增Al。
发明人经进一步的实验论证发现，本发明采用的四元渣所适用的合金的组成和重量百分比例为：Co 13.0～16.0，Cr 10.0～16.0，W 4.0～6.0，Mo 2.0～4.0，Al 2.0～5.0，Ti 1.5～3.7，Nb 0.7～1.5，B 0.01～0.015，Zr 0.005～0.045，C 0.02～0.05，Ni为余量。合金中的Al、Ti含量高，电渣锭冶炼过程中易出现头尾的Al、Ti不均匀问题。本发明适用的电渣重熔冶炼情况为，冶炼电极起始重量为1500～2500kg，电渣锭直径为300～560mm。
发明人经进一步的实验论证发现，开发了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，包括在电渣重熔炉中装入冶炼电极和所述四元渣系的渣料，通过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭，所述冶炼方法包括以下步骤：
步骤一、启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为5000～10000A，按照1000～3000A/min的速度提升电流，直至电流强度为12000～17000A之间，然后保持10～30min；按照100～300A/min的速度降低电流，至10000～14000A之间；启动阶段保持较低的电流和电流提升速度，以控制功率抑制烧Al增Ti。
步骤二、熔炼阶段采用熔速控制，所述熔速为3.5～5.5kg/min，冶炼电极剩余300～550kg后开始降低熔速(电极起始重量，包括但不限于1500～2500kg之间)，0.5-1.5kg/min的速度调低熔速，至3.0～4.5kg/min后保持；熔炼阶段按照熔速控制，能够提高熔炼过程的稳定性，改善电渣锭的冶金质量。
步骤三、充填阶段采用熔速控制，所述熔速连续降低；冶炼电极剩余100～300kg后开始充填，充填过程按0.5-2.0kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，冶炼电极剩余15～45kg后停止熔炼。
发明人通过大量的实验论证和研发分析发现，随着熔炼进行电极重量逐渐减少，电渣锭重量逐渐增大，为了避免进入充填阶段功率的大幅波动，所述的冶炼方法在熔炼阶段后期以恒定速度降低熔速至充填稳态熔速；在充填阶段也以恒定速度降低熔速至熔炼结束。采用本发明所述的冶炼方法，能够避免充填阶段冶炼功率的大幅变化，进而抑制充填阶段电渣锭的Al和Ti元素的烧损程度。
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明，但本发明包括但不限于这些实施例。
对比例1、一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法本对比例主要介绍了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)一种高铝钛的镍基高温合金，其组成和重量百分比为：
Ni为基体，Co 16.0，Cr 10.0，W 6.0，Mo 2.0，Al 5.0，Ti 1.5，Nb 1.5，B 0.01，Zr0.005，C0.05；根据高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体技术参数可参照CN111235434A)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极D1(电极的起始重量为2000kg)。
(2)电渣锭直径：510mm；
(3)电极直径：430mm；
(4)电极长度：2500mm；
(5)渣料采用五元渣：所述五元渣的组成和重量百分比为50％CaF2、22％Al2O3、20％CaO、5％MgO、3％TiO2；
(6)关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极D1和渣料，采用电流控制，电流分级降低：初始电流为6000A，0-5min设定熔速为12000A，5-10min设定熔速为10000A，10-20min设定熔速为9000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速不变：熔速为5.0kg/min；
3)充填阶段采用熔速控制，熔速分级降低：电极剩余200kg后开始充填，充填过程0-15min，熔速设为3.5kg/min，15-30min熔速设为2.0kg/min，剩余30kg后停止熔炼，得到电渣锭。
将对比例1所述冶炼方法中采用的电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表1所示的实测结果：由表1可看出，冶炼前电极D1中的Al元素含量为4.92％、Ti元素含量为1.48％；冶炼后对比例1电渣锭的启动端的Al元素发生了明显烧损，Al元素含量为4.65％；电渣锭的充填端的Al元素也发生烧损，Al元素含量为4.78％，且电渣锭的头尾Al元素含量差值达0.13％；按照本对比例的冶炼方法处理后的电渣锭的启动端的Ti元素含量发生了明显增加，Ti元素含量为1.62％；充填端的Ti元素含量略微增加，Ti元素含量为1.50％，电渣锭的头尾Ti元素含量的差值达0.12％。由此可看出，对比例1的渣系配比和冶炼方法并不理想，电渣锭重熔过程发生了明显的烧Al增Ti的产品缺陷，即Al元素和Ti元素的烧损问题。
表1.对比例1电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(D1) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
A1 4.92％ 4.65％ 4.78％
Ti 1.48％ 1.62％ 1.50％
对比例2、一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法本对比例主要介绍了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)一种高铝钛的镍基高温合金，其组成和重量百分比为：
Ni基体，Co 13.0，Cr 16.0，W 4.0，Mo 4.0，Al 2.1，Ti 3.7，Nb 0.7，B 0.015，Zr0.045，C0.02；根据高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体技术参数可参照CN111235434A)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极D2(电极的起始重量为2000kg)。
(2)电渣锭直径：430mm；
(3)电极直径：340mm；
(4)电极长度：2500mm；
(2)电渣锭直径：510mm；
(3)电极直径：430mm；
(4)电极长度：2500mm；
(5)渣料采用五元渣：所述五元渣系的组成和重量百分比为50％CaF2、22％Al2O3、20％CaO、5％MgO、3％TiO2；
(6)关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极D2和渣料，采用电流控制，电流分级降低：初始电流为6000A，0-5min设定熔速为12000A，5-10min设定熔速为10000A，10-20min设定熔速为9000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速不变：熔速为5.0kg/min；
3)充填阶段采用熔速控制，熔速分级降低：电极剩余200kg后开始充填，充填过程0-15min，熔速设为3.5kg/min，15-30min熔速设为2.0kg/min，剩余30kg后停止熔炼，得到电渣锭。
将对比例2所述冶炼方法中采用的电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表2所示的实测结果：由表2可知，冶炼前电极D2中的Al元素含量为2.25％、Ti元素含量为3.68％；对比例2电渣锭的启动端的Al元素发生了明显烧损，Al元素含量降低至1.94％；电渣锭的充填端的Al也发生烧损，Al元素含量降低至2.14％，且电渣锭的头尾Al元素的差值达0.2％；对比例2电渣锭的启动端的Ti元素含量发生了明显增加，升高至3.8％；电渣锭充填端的Ti元素含量略微增加，升高至3.69％，电渣锭头尾差值元素含量达0.11％。因此，对比例2的渣系配比和冶炼方法并不理想，造成电渣锭重熔过程发生了明显的烧Al增Ti的产品缺陷，即Al和Ti元素的烧损问题。
表2.对比例2电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(D2) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 2.25％ 1.94％ 2.14％
Ti 3.68％ 3.80％ 3.69％
实施例1、一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法。图1为电渣重熔过程的示意图，电渣在电流的作用下产生渣阻热，将浸入其中的电极1熔化，熔化的金属汇集成熔滴滴落穿过电渣3这一层，进入结晶器中凝固成电渣锭4，电渣锭的底部为电渣锭启动端(尾部)5、头部为电渣锭充填端(头部)2，当电渣3(即本文提及的渣料)的渣系配比和冶炼工艺不合理时，电渣锭的头尾(即图中的2和5)的Ti、Al元素会出现较大的差异，不利于电渣锭4的成分均匀性。
一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)一种高铝钛的镍基高温合金，其组成和重量百分比为：
Ni基体，Co 16.0，Cr 10.0，W 6.0，Mo 2.0，Al 4.8，Ti 1.5，Nb 1.5，B 0.01，Zr0.005，C 0.05；根据高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体技术参数可参照CN111235434A)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极S1(电极的起始重量为2000kg)。
(2)电渣锭直径：430mm；
(3)电极直径：340mm；
(4)电极长度：2500mm；
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为70％CaF2、14％Al2 O3、14％ CaO、2％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S1和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为6000A，按照2000A/min的速度提升电流，最高为15000A，然后保持20min；按照250A/min的速度降低电流，至10000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：熔速为5.0kg/min，电极S1剩余350kg后开始降低熔速，0.5kg/min的速度调低熔速，至3.5kg/min后保持；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极S1剩余200kg后开始充填，充填过程按1.5kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，电极S1剩余30kg后停止熔炼，得到高铝钛的镍基合金电渣锭。
将实施例1所述冶炼方法中的电极、高铝钛的镍基合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表3所示的实测结果：冶炼前电极S1中的Al元素的含量为4.92％、Ti元素的含量为1.48％；实施例1的冶炼方法处理后的高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Al元素的烧损较小，Al元素的含量为4.79％；处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的充填端的Al元素的烧损较小，Al元素的含量为4.78％；处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的头尾Al元素含量的差值为0.01％。实施例1的冶炼方法处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Ti元素含量的增加较小，Ti元素的含量为1.49％，处理后高铝钛的镍基合金电渣锭充填端的Ti元素含量的增加较小，Ti元素含量为1.50％，处理后高铝钛的镍基合金电渣锭头尾Ti元素含量的差值为0.01％。因此，实施例1通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低高铝钛的镍基合金电渣锭冶炼过程的烧Al增Ti的程度。
表3实施例1电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(S1) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 4.92％ 4.79％ 4.84％
Ti 1.48％ 1.49％ 1.51％
实施例2、一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法。图1为电渣重熔过程的示意图，电渣在电流的作用下产生渣阻热，将浸入其中的电极1熔化，熔化的金属汇集成熔滴滴落穿过电渣3这一层，进入结晶器中凝固成电渣锭4，电渣锭的底部为电渣锭启动端(尾部)5、头部为电渣锭充填端(头部)2，当电渣3(即本文提及的渣料)的渣系配比和冶炼工艺不合理时，电渣锭的头尾(即图中的2和5)的Ti、Al元素会出现较大的差异，不利于电渣锭4的成分均匀性。
一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)一种高铝钛的镍基高温合金，其组成和重量百分比为：
Ni基体，Co 13.0，Cr 16.0，W 4.0，Mo 4.0，Al 2.1，Ti 3.7，Nb 0.7，B 0.015，Zr0.045，C 0.02；根据高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体技术参数可参照CN111235434A)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极S1(电极的起始重量为2000kg)。
(2)电渣锭直径：430mm；
(3)电极直径：340mm；
(4)电极长度：2500mm；
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为70％CaF2、14％Al2O3、14％CaO、2％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S1和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S2和渣料，采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为6000A，按照2000A/min的速度提升电流，最高为15000A，然后保持20min；按照250A/min的速度降低电流，至10000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：熔速为5.0kg/min，电极S2剩余350kg后开始降低熔速，0.5kg/min的速度调低熔速，至3.5kg/min后保持；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极S2剩余200kg后开始充填，充填过程按1.5kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，电极S2剩余30kg后停止熔炼，得到高铝钛的镍基合金电渣锭。
将实施例2所述冶炼方法中的电极、高铝钛的镍基合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表4所示的实测结果：冶炼前电极S2中的Al元素含量为2.25％、Ti元素含量为3.68％。按照实施例2所述冶炼方法处理后，高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素的含量为2.11％，处理后高铝钛的镍基合金充填端的Al元素烧损较小，Al元素的含量为2.12％，处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的头尾Al元素含量的差值为0.01％；实施例2高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Ti元素增加较小，Ti元素的含量为3.80％；高铝钛的镍基合金电渣锭充填端的Ti元素增加较小，Ti元素的含量为3.78％，处理后高铝钛的镍基合金电渣锭头尾Ti元素含量的差值为0.02％。因此，实施例2通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低高铝钛的镍基合金电渣锭烧Al增Ti的程度。
表4.实施例2电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(S2) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 2.25％ 2.11％ 2.12％
Ti 3.68％ 3.80％ 3.78％
实施例3、一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法。图1为电渣重熔过程的示意图，电渣在电流的作用下产生渣阻热，将浸入其中的电极1熔化，熔化的金属汇集成熔滴滴落穿过电渣3这一层，进入结晶器中凝固成电渣锭4，电渣锭的底部为电渣锭启动端(尾部)5、头部为电渣锭充填端(头部)2，当电渣3(即本文提及的渣料)的渣系配比和冶炼工艺不合理时，电渣锭的头尾(即图中的2和5)的Ti、Al元素会出现较大的差异，不利于电渣锭4的成分均匀性。
一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)一种高铝钛的镍基高温合金，其组成和重量百分比为：
Ni基体，Co 14.0，Cr 12.0，W 5.0，Mo 3.0，Al 2.0，Ti 2.0，Nb 1.0，B 0.012，Zr0.015，C 0.03；根据高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体技术参数可参照CN111235434A)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极S3(电极的起始重量为2000kg)。
(2)电渣锭直径：300mm；
(3)电极直径：340mm；
(4)电极长度：2500mm；
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为65％CaF2、15％Al2O3、15％CaO、5％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S1和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S3和渣料，采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为5000A，按照3000A/min的速度提升电流，最高为12000A，然后保持30min；按照100A/min的速度降低电流，至10000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：熔速为3.5kg/min，电极S3剩余300kg后开始降低熔速，0.5kg/min的速度调低熔速，至3.0kg/min后保持；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极S3剩余100kg后开始充填，充填过程按0.5kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，电极S3剩余15kg后停止熔炼，得到高铝钛的镍基合金电渣锭。
将实施例3所述冶炼方法中的电极、高铝钛的镍基合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表5所示的实测结果：由表5可看出，电极S3中的Al元素含量为2.12％、Ti元素含量为1.95％；实施例3的冶炼方法处理的高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素含量为2.01％；处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的充填端的Al元素烧损较小为2.03％，高铝钛的镍基合金电渣锭头尾Al元素含量差值为0.02％；处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Ti元素增加较小，Ti元素含量为2.03％；处理后高铝钛的镍基合金电渣锭的充填端的Ti元素增加较小，Ti元素含量为2.01％，高铝钛的镍基合金电渣锭头尾Ti元素含量差值为0.01％。实施例3通过优化渣系配比和冶炼方法，能够明显降低高铝钛的镍基合金电渣锭烧Al增Ti的程度。
表5.实施例3电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的实测结果
Figure GDA0003701435990000111
Figure GDA0003701435990000121
实施例4、一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法
本实施例主要介绍了一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法。图1为电渣重熔过程的示意图，电渣在电流的作用下产生渣阻热，将浸入其中的电极1熔化，熔化的金属汇集成熔滴滴落穿过电渣3这一层，进入结晶器中凝固成电渣锭4，电渣锭的底部为电渣锭启动端(尾部)5、头部为电渣锭充填端(头部)2，当电渣3(即本文提及的渣料)的渣系配比和冶炼工艺不合理时，电渣锭的头尾(即图中的2和5)的Ti、Al元素会出现较大的差异，不利于电渣锭4的成分均匀性。
一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其具体的冶炼方法和参数包括：
(1)一种高铝钛的镍基高温合金，其组成和重量百分比为：
Ni基体，Co 16.0，Cr 10.0，W 6.0，Mo 2.0，Al 5.0，Ti 1.5，Nb 1.5，B 0.01，Zr0.005，C 0.05；根据高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比，采用真空感应熔炼炉将金属原材料或返回料经熔炼、精炼处理后浇铸为真空感应锭(具体技术参数可参照CN111235434A)，再通过将真空感应锭表面机加工干净后制备得到电渣重熔的电极S4(电极的起始重量为2000kg)。
(2)电渣锭直径：560mm；
(3)电极直径：340mm；
(4)电极长度：2500mm
(5)渣料采用四元渣：所述四元渣系的组成和重量百分比为72％CaF2、12％Al2O3、12％CaO、4％TiO2；
(6)在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S1和渣料，经历启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到电渣锭；关键熔炼参数如下：
1)启动阶段，在电渣重熔炉中装入制备的电渣重熔的电极S4和渣料，采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为10000A，按照1000A/min的速度提升电流，最高为17000A，然后保持10min；按照300A/min的速度降低电流，至14000A；
2)熔炼阶段采用熔速控制，熔速提前降低：熔速为5.5kg/min，电极S4剩余550kg后开始降低熔速，1.5kg/min的速度调低熔速，至4.5kg/min后保持；
3)充填阶段采用熔速控制，熔炼连续降低：电极S4剩余300kg后开始充填，充填过程按2.0kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，剩余45kg后停止熔炼，得到高铝钛的镍基合金电渣锭。
将实施例4所述冶炼方法中采用的电极、高铝钛的镍基合金电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的进行实测，得到如表6所示的实测结果：由表6可看出，冶炼前电极S4中的Al元素含量为5.18％、Ti元素含量为1.38％；但是，实施例4的冶炼方法处理后的高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Al元素烧损较小，Al元素含量为5.01％；处理后高铝钛的镍基合金充填端的Al元素烧损较小，Al元素含量为5.04％，高铝钛的镍基合金电渣锭头尾的Al元素差值为0.03％；实施例4高铝钛的镍基合金电渣锭的启动端的Ti元素增加较小，Ti元素含量为1.55％；高铝钛的镍基合金电渣锭充填端的Ti增加较小，Ti元素含量为1.52％；电渣锭头尾的Ti元素差值为0.03％。因此，实施例4通过优化渣系配比和冶炼方法，明显降低高铝钛的镍基合金电渣锭烧Al增Ti的程度。
表6.实施例4电极、电渣锭启动端和充填端的Al和Ti元素含量的实测结果
元素 VIM电极(S4) 电渣锭启动端 电渣锭充填端
Al 5.18％ 5.01％ 5.04％
Ti 1.38％ 1.55％ 1.52％
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高铝钛的镍基合金电渣锭控制元素烧损的冶炼方法，其特征在于，所述高铝钛的镍基高温合金的组成和重量百分比为：Co 13.0～16.0，Cr 10.0～16.0，W 4.0～6.0，Mo2.0～4.0，Al 2.0～5.0，Ti1.5～3.7，Nb 0.7～1.5，B 0.01～0.015，Zr 0.005～0.045，C0.02～0.05，Ni为余量；
所述冶炼方法采用四元渣系进行电渣重熔，所述四元渣系的渣料组成和重量百分比为CaF2 65～72％，Al2O3 12～15％，CaO 12～15％，TiO2 1～5％；所述冶炼方法包括启动阶段、熔炼阶段和充填阶段；
在电渣重熔炉中装入冶炼电极和所述四元渣系的渣料，通过所述启动阶段、熔炼阶段和充填阶段制备得到高铝钛的镍基合金电渣锭；所述启动阶段采用电流控制，所述电流控制采用无级变速方式提升电流强度：初始电流为5000～10000A，按照1000～3000A/min的速度提升电流，直至电流强度为12000～17000A之间，然后保持10～30min；按照100～300A/min的速度降低电流，至10000～14000A之间；
所述熔炼阶段采用熔速控制，初始的熔速为3.5～5.5kg/min，冶炼电极剩余300～550kg后开始降低熔速：以0.5-1.5kg/min的速度调低熔速，至3.0～4.5kg/min后保持；
所述充填阶段采用熔速控制，冶炼电极剩余100～300kg后开始将熔速连续降低，按0.5-2.0kg/min的速度调低熔速，至2.0kg/min后保持，冶炼电极剩余15～45kg后停止熔炼。
2.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述高铝钛的镍基高温合金电渣锭直径为300～560mm。
3.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，在采用所述的冶炼方法进行冶炼的过程中，Al元素的损失量为1～6％，Ti元素的增加量为1～10％。
4.根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼电极的制备方法包括：将权利要求1所述高铝钛的镍基高温合金的组成投入到真空感应熔炼炉中，进行熔炼和精炼处理。
5.一种根据权利要求1至4任一权项所述的冶炼方法制备得到的高铝钛的镍基高温合金。
6.根据权利要求5所述的高铝钛的镍基高温合金在航空航天和能源领域的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113444889A (zh) * 2021-05-19 2021-09-28 重庆材料研究院有限公司 一种使镍基合金电渣锭的铝钛分布均匀的方法
CN113249619B (zh) * 2021-06-24 2021-11-02 北京科技大学 δ相强化镍基高温合金的基体成分设计方法
CN114317996B (zh) * 2021-12-08 2023-04-28 抚顺特殊钢股份有限公司 一种低气体含量高钛低铝镍钴合金电渣重熔电极制造方法
CN115109937B (zh) * 2022-06-16 2023-09-05 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种有效控制n08810铝钛成分的电渣重熔方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09194962A (ja) * 1996-01-12 1997-07-29 Japan Steel Works Ltd:The Ｎｉ基超合金材のエレクトロスラグ再溶解用スラグおよび該超合金材のエレクトロスラグ再溶解方法
CN102719683A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种电渣炉冶炼镍基高温合金的方法
CN104561664A (zh) * 2014-12-09 2015-04-29 抚顺特殊钢股份有限公司 一种新型镍铁基高温合金gh4169d的冶炼工艺
CN109252084B (zh) * 2018-11-28 2020-08-04 陕西宝锐金属有限公司 一种高纯净gh825合金细晶板材的制备工艺
CN110106378B (zh) * 2019-05-15 2021-04-09 丹阳市华龙特钢有限公司 一种镍基高温合金的制备方法
CN111876649B (zh) * 2019-08-28 2022-05-24 北京钢研高纳科技股份有限公司 一种高铌高温合金大尺寸铸锭的冶炼工艺及高铌高温合金大尺寸铸锭
CN110938745A (zh) * 2019-11-19 2020-03-31 河南中原特钢装备制造有限公司 825镍基合金电渣重熔渣系及其制备方法
CN111155021B (zh) * 2020-01-21 2021-07-23 北京钢研高纳科技股份有限公司 高温合金锭坯及其制备方法和高温合金制件

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