CN114559001B - 一种高温合金双辊铸轧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温合金双辊铸轧工艺，本发明首次将双辊铸轧工艺用于高温合金制备，针对制备过程中出现的缺陷，从高温合金特点出发，从浇铸温度和冷却速度的配合研究入手，对铸轧工艺参数进行调整，避免了鼓肚、漏液以及组织不均匀等缺陷的发生，同时，通过对真空度的控制和周期检测，保证凝固过程的稳定性，最后，在合金液倒入烘烤过的中间包后静置一段时间，有利于合金液温度的均匀，且采用在中间包耐材内嵌入的电热丝对合金液进行加热，在提供热量的同时也不污染合金液。采用本发明调整后的工艺可以实现不同成分高温合金的铸轧生产，在保证产品质量要求的同时可以提高生产效率、降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金制备领域，具体涉及一种高温合金双辊铸轧工艺。
背景技术
高温合金由于具有良好的高温蠕变性能，优异的抗腐蚀性能和磨损性能，以及长期的组织稳定性和工艺性能，广泛应用于航空航天、核电站、发电厂等领域。传统的高温合金板带生产是将金属模铸后，再将铸锭进行锻造开坯、热轧、焊接、冷轧等方式进行加工，该生产工艺设备投资大、工序较多、表面质量差、裂纹多、成品率低，且生产效率低。为了提高生产质量、降低生产成本，迫切需求开发研制一种生产成本低、产品质量高的高温合金生产工艺。
双辊铸轧工艺是直接将金属熔体制成半成品或成品坯材。这种工艺的显著特点是其结晶器为两个带水冷***的旋转铸轧辊，熔体在轧辊冷却及挤压作用下经历浇注、冷却、结晶、凝固、轧制和出坯等系列的工艺过程，最终得到需要的板材，其具有生产流程简单、生产周期短、效率高、能源消耗低等优点。
中国专利(CN1486800A)公开一种块体非晶合金连续铸轧技术，在真空条件下，采用水冷轧辊铸轧制备块体非晶板带材、棒材等；中国专利(CN 109822067 A)使用双辊法连续制备镍基非晶合金薄带材的方法，利用普通工业原料，基于薄带铸轧工艺可以提供连续稳定凝固环境的特点，非晶形成过程流程短、冷速快且制备过程连续化。
然而，由于高温合金的工作条件对质量和性能有较高要求，现有制备工艺无法满足工业生产需要，且虽然铸轧工艺有诸多优势，但是将其用于高温合金还需要大量的研究和实验，现有技术中关于高温合金采用铸轧工艺进行生产加工的工艺也未见报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，通过查阅文献，对高温合金凝固工艺进行分析，由于高温合金浇铸温度较高，铸轧过程中液芯的存在会导致鼓肚、漏液等缺陷以及凝固组织不均匀现象的发生，为了克服所述缺陷，对双辊铸轧工艺进行改进，提供一种适合高温合金生产的铸轧工艺，包括如下步骤：
1)在真空熔炼炉内放入坩埚，将高温合金原料放入坩埚进行熔化，并保温一段时间，保证原料完全熔化；
2)将中间包、铸轧机组、冷却、剪切组件均置于真空保护罩中；将完全熔化后的合金液倒入烘烤过的中间包内，静置一段时间，中间包设置加热装置对中间包中合金液进行加热保温；
3)待合金液温度满足浇铸温度要求，将合金液铸入的铸轧机组的水冷轧辊，实现高温合金的铸轧成形；
4)对铸轧机组铸轧成形的产品进行冷却，实现液芯的控制，避免缺陷发生；
5)剪切，成品。
上述步骤1)中，熔化温度为合金熔点+(150-250)℃，保温时间5-10mi n。
上述步骤1)中，真空熔炼炉真空度保持在10-1pa以下，每隔30s对真空度进行一次检测；
上述步骤2)中，真空保护罩真空度保持在10-1pa以下，每隔30s对真空度进行一次检测；
上述步骤2)中，中间包加热装置为在中间包耐材内嵌入的电热丝，静置时间为3-5min；
上述步骤3)中，浇铸温度要求指合金液温度为合金熔点+(150-200)℃。
上述步骤3)中，水冷轧辊形状可根据产品进行调整。
上述步骤4)中，冷却采用水冷或气冷，冷却速度≥140℃/s。
上述工艺适用于各种高温合金，例如镍基、钴基、铁基。
轧制压力、浇铸速度等参数可根据产品进行调整。
本发明取得的技术效果：本发明首次将双辊铸轧工艺用于高温合金制备，针对制备过程中出现的缺陷，从高温合金特点出发，从浇铸温度和冷却速度的配合研究入手，对铸轧工艺参数进行调整，避免了鼓肚、漏液等缺陷以及凝固组织不均匀现象的发生，同时，通过对真空度的控制和周期检测，保证凝固过程的稳定性，最后，在合金液倒入烘烤过的中间包后静置一段时间，有利于合金液温度的均匀，且采用在中间包耐材内嵌入的电热丝对合金液进行加热，在提供热量的同时也不污染合金液。采用本发明调整后的工艺可以实现不同成分高温合金的铸轧生产，在保证产品质量要求的同时可以提高生产效率、降低生产成本。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
实施例1
针对Inconel 718合金，采用双辊铸轧工艺生产，具体步骤如下：1)取30kg的Inconel 718合金原料备用，放入真空熔炼炉内的坩埚中进行熔化，升温到1500℃保温5min；2)将中间包、铸轧机组、冷却、剪切组件均置于真空保护罩中；在步骤1)熔化合金原料的同时，对真空保护罩进行抽真空处理，保持真空度在10-1pa以下，随后将完全熔化后的合金液倒入烘烤过的置于真空保护罩中的中间包内，静置5min，静置的同时采用中间包加热装置对合金液进行加热保温；3)待合金液温度达到1500℃且静置时间达到要求，将合金液铸入铸轧机组的水冷轧辊，实现高温合金的铸轧成形；4)对铸轧机组铸轧成形的产品进行气冷，冷却速度为150℃/S；5)剪切，成品。
对比例1.1
对比例1.1与实施例1的区别仅在于冷却速度为100℃/S。
对比例1.2
对比例1.2与实施例1的区别仅在于合金液温度为1360℃时将合金液铸入铸轧机组的水冷轧辊。
实施例2
采用双辊铸轧工艺进行Inconel 625合金生产，具体操作为：1)在真空熔炼炉内放入坩埚，取25kg的Inconel 625合金原料放入坩埚中进行熔化，升温到1550℃保温5min；2)将中间包、铸轧机组、冷却、剪切组件均置于真空保护罩中；在步骤1)熔化合金原料的同时，对真空保护罩进行抽真空处理，保持真空度在10-1pa以下，随后将完全熔化后的合金液倒入烘烤过的置于真空保护罩中的中间包内，静置4min，静置的同时采用中间包加热装置对合金液进行加热保温；3)待合金液温度达到1520℃且静置时间达到要求，将合金液铸入铸轧机组的水冷轧辊，实现高温合金的铸轧成形；4)对铸轧机组铸轧成形的产品进行水冷，冷却速度为160℃/S；5)剪切，成品。
对比例2.1
对比例2.1与实施例2的区别仅在于冷却速度为120℃/S。
对比例2.2
对比例2.2与实施例2的区别仅在于合金液温度为1400℃时将合金液铸入铸轧机组的水冷轧辊。
对采用实施例1-2和对比例1.1-1.2、2.1-2.2制备得到高温合金样品进行测试分析检测，结果如表1所示。
由检测结果可以看出：采用本发明限定的合金液温度范围和冷却速度范围配合的双辊铸轧工艺，配合其它工艺及其参数制备的高温合金未出现鼓肚、漏液等缺陷，且凝固组织均匀，满足对高温合金的基本质量要求。而采用本发明限定的合金液温度范围、不采用本发明限定的冷却速度范围，或者不采用本发明限定的合金液温度范围、采用本发明限定的冷却速度范围，配合其它工艺及其参数制备的高温合金，会出现鼓肚、漏液等缺陷以及凝固组织分布不均匀的现象(如对比例1.1和2.1)，虽然有些对比例(如对比例1.2和2.2)未出现鼓肚、漏液等缺陷，但是由于浇铸温度与冷却速度的不匹配，导致高温合金不同部位凝固速度差异较大，造成凝固组织分布不均匀的现象，不满足对高温合金的基本质量要求。
表1本发明实施例和对比例制备工艺和性能
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种高温合金双辊铸轧工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)在真空熔炼炉内放入坩埚，将高温合金原料放入坩埚进行熔化，熔化温度为合金熔点+(150-250)℃，保温5-10min，保证原料完全熔化；真空熔炼炉真空度保持在10-1pa以下，每隔30s对真空度进行一次检测；
2)将中间包、铸轧机组、冷却、剪切组件均置于真空保护罩中；将完全熔化后的合金液倒入烘烤过的中间包内，静置3-5min，中间包设置加热装置对中间包中合金液进行加热保温；所述加热装置为在中间包耐材内嵌入的电热丝；真空保护罩真空度保持在10-1pa以下，每隔30s对真空度进行一次检测；
3)待合金液温度满足浇铸温度要求，将合金液铸入铸轧机组的水冷轧辊，实现高温合金的铸轧成形；所述浇铸温度要求指合金液温度为合金熔点+(150-200)℃；
4)对铸轧机组铸轧成形的产品进行冷却，冷却采用水冷或气冷，冷却速度≥140℃/s，实现对液芯的控制，避免缺陷发生；
5)剪切，成品。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤3)中，水冷轧辊形状可根据产品进行调整。
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| GR01 | Patent grant | ||
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