CN114807646B - 镍基合金板坯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种镍基合金板坯及其制备方法。本发明的镍基合金板坯制备方法，包括：(1)采用真空感应炉或者电炉冶炼合金，模铸浇注成铸锭；(2)将所述铸锭放入EB炉进行冶炼，经连铸得到板坯；(3)对所述板坯进行均质化热处理及修磨处理。本发明的镍基合金板坯制备方法，可以缩短制备流程及生产周期，提高全工序成材率，增加板坯锭重。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种镍基合金板坯及其制备方法。
背景技术
镍基合金由于具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性能，在石油化工、关键装备等领域广泛应用，是经济建设和国防军工不可或缺的一类极其重要的材料。对于镍基合金板材及卷材，目前的生产工艺流程为：真空感应炉(电炉)+电渣重熔(真空自耗)圆锭+锻造开坯扁锭+板材(卷材)轧制；或者真空感应炉(电炉)+电渣重熔扁锭+开坯+板材(卷材)轧制。生产工艺流程长，并且在板坯制备时，需要多火次完成，时间长，全线成材率较低。并且为了保证产品的综合性能，镍基合金均采用双联工艺进行生产，单工序冶炼产品的综合质量无法达到双联的水平，只能用于低端用途。并且受钢种特性及装备条件制约，使得最终获得的扁锭重量一般均小于6吨，从而制约了后续卷材的卷重。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种镍基合金板坯及其制备方法。
具体的，本发明的镍基合金板坯制备方法，包括：
(1)采用真空感应炉或者电炉冶炼合金，模铸浇注成铸锭；
(2)将所述铸锭放入EB炉进行冶炼，经连铸得到板坯；
(3)对所述板坯进行均质化热处理及修磨处理。
上述的镍基合金板坯制备方法，所述EB炉的冶炼速度为550-700kg/h。
上述的镍基合金板坯制备方法，所述EB炉冶炼过程中，在金属液面上均匀加入钛粉。
上述的镍基合金板坯制备方法，所述钛粉的加入量为合金总冶炼重量的0.05％-0.1％。
上述的镍基合金板坯制备方法，所述均质化热处理包括：在1220-1240℃下保温48-56h，而后炉冷至900℃以下，空冷。
上述的镍基合金板坯制备方法，所述修磨处理的表面修磨率为2.5％-3.5％。
上述的镍基合金板坯制备方法，当镍基合金板坯中不含有W、Mo或Nb元素时，板坯侧面无需修磨；当镍基合金板坯中含有W、Mo或Nb元素时，板坯侧面修磨量为3-5mm。
上述的镍基合金板坯制备方法，所述铸锭放入EB炉进行冶炼前，将铸锭头部补缩帽口切除，并对表面进行修磨，露出金属光泽。
另一方面，本发明还提供了一种镍基合金板坯，其由上述的镍基合金板坯制备方法制备而成。
上述的镍基合金板坯，所述镍基合金板坯的钢种包括：N06625、N07718、N10276、N06600。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的镍基合金板坯制备方法，可以缩短制备流程及生产周期，提高全工序成材率，增加板坯锭重；
(2)由本发明的镍基合金板坯生产的板材的力学性能、腐蚀性能等与传统工艺相当，具备显著的竞争力。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
第一方面，本发明提供了一种镍基合金板坯制备方法，包括：
(1)采用真空感应炉或者电炉冶炼合金，模铸浇注成铸锭；
(2)将所述铸锭放入EB炉进行冶炼，经连铸得到板坯；
(3)对所述板坯进行均质化热处理及修磨处理。
本发明采用真空感应炉或者电炉+EB炉(即：真空电子束冷床炉)制备镍基合金板坯，与传统工艺相比，可实现大单重板坯(大于8吨)制备，并且“冶炼+制坯”工序成材率比传统工艺由大幅提升，缩短制备周期，可以实现大单重板材及卷材生产，所轧制产品的质量与传统工艺处于同一水平，具备显著竞争力。
在一些优选的实施方式中，本发明的镍基合金板坯制备方法，包括：
(1)采用真空感应炉或者电炉冶炼合金，模铸浇注成铸锭。
其中，铸锭的形状为圆形、扁形或者方形。
其中，真空感应炉或者电炉冶炼合金是第一次冶炼，将各种合金原料熔化为铸锭，为二次重熔做准备。
其中，空感应炉或者电炉冶炼合金均可按照常规方法进行，本发明对此不做具体限定。
(2)将所述铸锭放入EB炉进行冶炼，经连铸得到板坯。
优选的，所述铸锭放入EB炉进行冶炼前，将铸锭头部补缩帽口切除，并对表面进行修磨，露出金属光泽。借此，除去铸锭凝固过程中，凝固在钢液表面及铸锭帽口处的夹杂物或者杂质。
其中，EB炉冶炼速度与合金成分体系复杂程度相关，合金成分体系越复杂，熔炼速度越低。优选的，所述EB炉的冶炼速度为550-700kg/h，真空度维持在≤5Pa。
为了进一步提升合金的纯净度，在所述EB炉冶炼过程中，于金属液面上均匀加入钛粉，以与钢液中的氧及氮进行反应，从而使合金更好的进行脱气。优选的，所述钛粉的加入量为合金总冶炼重量的0.05％-0.1％。
本发明尤其适用于成分体系复杂、合金含量高的镍基合金生产。
(3)对所述板坯进行均质化热处理及修磨处理。
其中，均质化热处理包括：在1220-1240℃下保温48-56h，而后炉冷至900℃以下，空冷。
板坯在凝固过程中，由于Mo、Nb等元素会产生元素偏析。本发明通过进行高温均质化热处理可以消除元素偏析，回溶有害相，从而提升板坯热塑性，防止锻造或者轧制开裂。
其中，所述修磨处理的表面修磨率为2.5％-3.5％，侧面是否需要修磨或者修磨量依据钢种决定。
优选的，当镍基合金板坯中不含有W、Mo或Nb元素时，板坯侧面无需修磨。
当镍基合金板坯中含有W、Mo或Nb元素时，由于W、Mo或Nb在冶炼时会在表面富集，形成脆硬层，为了防止轧制开裂，需要将偏析富集层修磨掉。优选的，板坯侧面修磨量为3-5mm。
优选的，对修磨后的铸坯边部倒角，以免在轧制时角部散热过快造成轧制开裂。
另一方面，本发明还提供了一种镍基合金板坯，其由上述的镍基合金板坯制备方法制备而成。
所述镍基合金板坯的钢种包括但不限于N06625、N07718、N10276、N06600。
在一个优选的实施方式中，以镍基合金为N06625例，标准成分控制范围为：
成分控制标准参照ASME SB-443或者ASME SB-446。
采用传统的工艺生产的N06625合金板材综合性能如下：
室温力学：屈服强度Rp0.2介于400-550MPa之间，抗拉强度Rm介于820-950MPa之间，伸长率介于40-65％之间。
高温力学(700℃)：屈服强度Rp0.2介于200-280MPa之间，抗拉强度Rm介于500-580MPa之间。
腐蚀性能：ASTM G48 A法(50℃-72h)腐蚀速率介于0.5-3.0g/m2(最低要求≤4g/m2)；ASTM A262 C法进行腐蚀，5周期腐蚀速率平均值介于0.03-0.06mm/月(最低要求≤0.06mm/月)；ASTM G28 A法腐蚀速率介于0.3-1.0mm/年(标准无特殊判定要求)。
按照本发明的镍基合金板坯制备方法制备的N06625合金板材性能测试结果如下：
(1)室温力学：屈服强度Rp0.2＝437-462MPa，抗拉强度Rm＝876-889MPa，伸长率＝62-59％；
(2)高温力学(700℃)：屈服强度Rp0.2＝235-240MPa，抗拉强度Rm＝534-550MPa；
(3)腐蚀性能：ASTM G48 A法(50℃-72h)＝0.8-0.9g/m2；ASTM A262 C法5周期腐蚀速率平均值0.02-0.03mm/月；ASTM G28 A法腐蚀速率＝0.4-0.5mm/年。
经对比可知，由本发明的镍基合金板坯生产的板材的力学性能、腐蚀性能等与传统工艺相当，具备显著的竞争力。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
采用真空感应炉冶炼方式冶炼N06625合金，成分如上表所示。铸锭表面进行修磨，漏出金属光泽，并切掉头部补缩帽口。将处理好的铸锭放置于EB炉熔炼室内，开始冶炼，冶炼速度610kg/h，真空度维持在≤5Pa。在冶炼过程全过程中金属液面上均匀加入钛粉，实际加入量为冶炼合金总冶炼重量的0.06％。控制获得板坯规格210mm×1050mm×5100mm，重量约9.4吨。板坯进行均质化热处理，制度为1220℃-48h。均质化后的板坯进行表面修磨，表面修磨率2.8％，板坯侧面进行修磨，实际修磨量4mm，修磨后的铸坯边部倒角。
板坯进行板材轧制、热处理，并进行性能测试。结果为：
室温力学：屈服强度Rp0.2＝462MPa，抗拉强度Rm＝889MPa，伸长率＝59％。
高温力学(700℃)：屈服强度Rp0.2＝240MPa，抗拉强度Rm＝550MPa。
腐蚀性能：ASTM G48 A法(50℃-72h)＝0.8g/m2；ASTM A262 C法5周期腐蚀速率平均值0.03mm/月；ASTM G28 A法腐蚀速率＝0.4mm/年。
实施例2
采用真空感应炉冶炼方式冶炼N06625合金，成分如上表所示。铸锭表面进行修磨，漏出金属光泽，并切掉头部补缩帽口。将处理好的铸锭放置于EB炉熔炼室内，开始冶炼，冶炼速度620kg/h，真空度维持在≤5Pa。在冶炼过程全过程中金属液面上均匀加入钛粉，实际加入量为冶炼合金总冶炼重量的0.05％。控制获得板坯规格210mm×1050mm×4980mm，重量约9.2吨。板坯进行均质化热处理，制度为1230℃-48h。均质化后的板坯进行表面修磨，表面修磨率2.5％，板坯侧面进行修磨，实际修磨量3mm，修磨后的铸坯边部倒角。
板坯进行板材轧制、热处理，并进行性能测试。结果为：
室温力学：屈服强度Rp0.2＝437MPa，抗拉强度Rm＝876MPa，伸长率＝62％。
高温力学(700℃)：屈服强度Rp0.2＝235MPa，抗拉强度Rm＝549MPa。
腐蚀性能：ASTM G48 A法(50℃-72h)＝0.9g/m2；ASTM A262 C法5周期腐蚀速率平均值0.03mm/月；ASTM G28 A法腐蚀速率＝0.5mm/年。
实施例3
采用真空感应炉冶炼方式冶炼N06625合金，成分如上表所示。铸锭表面进行修磨，漏出金属光泽，并切掉头部补缩帽口。将处理好的铸锭放置于EB炉熔炼室内，开始冶炼，冶炼速度650kg/h，真空度维持在≤5Pa。在冶炼过程全过程中金属液面上均匀加入钛粉，实际加入量为冶炼合金总冶炼重量的0.05％。控制获得板坯规格210mm×1550mm×4750mm，重量约13吨。板坯进行均质化热处理，制度为1230℃-50h。均质化后的板坯进行表面修磨，表面修磨率2.8％，板坯侧面进行修磨，实际修磨量5mm，修磨后的铸坯边部倒角。
板坯进行板材轧制、热处理，并进行性能测试。结果为：
室温力学：屈服强度Rp0.2＝455MPa，抗拉强度Rm＝897MPa，伸长率＝57％。
高温力学(700℃)：屈服强度Rp0.2＝239MPa，抗拉强度Rm＝534MPa。
腐蚀性能：ASTM G48 A法(50℃-72h)＝0.8g/m2；ASTM A262 C法5周期腐蚀速率平均值0.02mm/月；ASTM G28 A法腐蚀速率＝0.5mm/年。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种镍基合金板坯制备方法，其特征在于，包括：
（1）采用真空感应炉或者电炉冶炼合金，模铸浇注成铸锭；
（2）将所述铸锭放入EB炉进行冶炼，冶炼速度为550-700 kg/h，经连铸得到板坯；其中，所述EB炉冶炼全过程中，在金属液面上均匀加入钛粉，所述钛粉的加入量为合金总冶炼重量的0.05%-0.1%；
（3）对所述板坯进行均质化热处理及修磨处理；
其中，所述均质化热处理包括：在1220-1240℃下保温48-56 h，而后炉冷至900℃以下，空冷；
其中，所述镍基合金板坯的钢种包括：N06625、N07718、N10276、N06600。
2.根据权利要求1所述的镍基合金板坯制备方法，其特征在于，所述修磨处理的表面修磨率为2.5%-3.5%。
3. 根据权利要求1所述的镍基合金板坯制备方法，其特征在于，当镍基合金板坯中不含有W、Mo或Nb元素时，板坯侧面无需修磨；当镍基合金板坯中含有W、Mo或Nb元素时，板坯侧面修磨量为3-5 mm。
4.根据权利要求1所述的镍基合金板坯制备方法，其特征在于，所述铸锭放入EB炉进行冶炼前，将铸锭头部补缩帽口切除，并对表面进行修磨，露出金属光泽。
5.一种镍基合金板坯，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的镍基合金板坯制备方法制备而成。
6.根据权利要求5所述的镍基合金板坯，其特征在于，所述镍基合金板坯的钢种包括：N06625、N07718、N10276、N06600。
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