钛合金铸锭及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛合金铸锭及其制备方法，包括步骤：以含有易偏析元素的钛合金非成品锭作为自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼进行成品熔炼，所述成品熔炼包括依次进行的稳定熔炼阶段和补缩阶段；所述补缩阶段的熔炼电流逐级降低，且各级的熔炼电流降低速率依次为(0.02～0.5)KA/min

【技术实现步骤摘要】
钛合金铸锭及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钛合金
，特别是涉及一种钛合金铸锭及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金在真空自耗熔炼(VAR熔炼)时，钛合金锭从锭底部依顺序逐步向上凝固，由于钛合金中各合金元素的平衡分配系数K0(也称偏析度)的不同，使钛合金锭的一些合金元素在整锭各部位有规律的分布，产生分凝效应。平衡分配系数K0＞1的元素会富集于铸锭底部和边部，称为正偏析；平衡分配系数K0＜1的元素会富集于铸锭头部和心部，称为负偏析。K0偏离1越远，偏析倾向越大；同时，钛合金中的易偏析合金元素含量越高，偏析程度越大。常见的易偏析元素包括Cu、Fe、Cr、Mo、Nb，偏析度K0分别为0.27、0.3、0.56、1.83、1.58，其中Cu、Fe、Cr为负偏析元素，Mo、Nb为正偏析元素。
[0003]钛合金VAR熔炼末期通常采用逐级降电流方式降低铸锭头部的缩孔和疏松深度，电流降低速率逐渐减小，补缩时间一般占总熔炼时间的1/4～1/3。对于易偏析合金，由于冒口区为铸锭最后凝固部分，同时补缩过程电弧长时间加热铸锭头部中心熔池，为偏析元素的扩散和偏聚提供了充分的热力学和动力学条件，使得冒口区心部的负偏析元素偏聚和正偏析元素贫化现象加剧。当冒口区心部成分偏析达到一定程度，会导致不规则β斑的形成。
[0004]常规补缩方法通常在补缩前期快速降低电流，以实现快速降低热量输入、抬升缩孔，然而无法解决铸锭冒口区的成分偏析问题，其头部成分偏析在锯切缩孔后通常仍然无法完全消除，会导致后续棒材锻造中棒材头部组织性能变差以及β斑。为避免铸锭冒口区成分偏析对锻造棒材产生质量影响，通常需要确定最小锯切量并额外锯切冒口，如此将导致铸锭头部切除量大，成品率损失增加。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种钛合金铸锭及其制备方法，其可以改善易偏析钛合金铸锭冒口区心部成分偏析和β斑的问题。
[0006]一种钛合金铸锭的制备方法，包括如下步骤：
[0007]以含有易偏析元素的钛合金非成品锭作为自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼进行成品熔炼，所述成品熔炼包括依次进行的稳定熔炼阶段和补缩阶段；所述补缩阶段的熔炼电流逐级降低，且各级的熔炼电流降低速率依次为(0.02～0.5)KA/min
→
(0.02～0.2)KA/min
→
(0.2～2)KA/min
→
(0.02～0.2)KA/min。
[0008]在其中一些实施例中，所述稳定熔炼阶段的熔炼电流为7KA～25KA，熔炼电压为24V～36V，稳弧电流为AC 1A～20A，搅拌周期1s～20s。
[0009]在其中一些实施例中，所述补缩阶段的工艺KA/V/min为：
[0010](6～10)/(25～28)/(15～60)
→
(5～8)/(25～27)/(25～60)
→
(4～6)/(24～27)/(1～20)
→
(2.5～4)/(23～26)/(30～120)。
[0011]在其中一些实施例中，所述补缩阶段中的稳弧电流为AC 1A～15A，稳弧周期为1s
～20s；在所述补缩阶段中，所述稳弧电流随所述熔炼电流的逐级降低逐级减小。
[0012]在其中一些实施例中，所述补缩阶段中，在各级熔炼电流对应的稳弧电流的工艺为(6～14)A
→
(5～10)A
→
(4～8)A
→
(2～6)A。
[0013]在其中一些实施例中，所述制备方法还包括所述钛合金非成品锭的制备步骤：
[0014]将制备钛合金铸锭所需的原料制成电极块，将所述电极块作为自耗电极进行至少1次真空自耗电弧熔炼，得到所述钛或钛合金非成品锭。
[0015]在其中一些实施例中，在所述钛合金非成品锭的制备步骤中，所述真空自耗电弧熔炼的熔炼电流为11KA～25KA，熔炼电压29V～36V，稳弧电流为6A～18A，真空度在10.0Pa以下，熔炼后冷却时间不小于4小时。
[0016]在其中一些实施例中，所述自耗电极的直径规格为Φ420mm～Φ820mm，制得的钛合金铸锭成品的直径规格为Φ500mm～Φ900mm，总重量为2000Kg～12000Kg；在所述成品熔炼剩余的未熔炼的自耗电极的重量为60Kg～600Kg时，开始进入所述补缩阶段。
[0017]在其中一些实施例中，所述含有易偏析元素的钛合金非成品锭，含有Cu≥0.5wt％或Fe≥1.0wt％或Cr≥2.0wt％或Mo≥5.0wt％或Nb≥8.0wt％或Cu+Fe≥0.7wt％或Cr+Fe≥2.0wt％或Cr+Cu≥1.5wt％或Mo+Nb≥7.0wt％。
[0018]一种钛合金铸锭，采用上述任一项所述的制备方法制得。
[0019]本专利技术在常规补缩工艺的基础上，大幅降低补缩阶段前期的电流降低速率，并控制各级的电流降低速率依次为(0.02～0.5)KA/min
→
(0.02～0.2)KA/min
→
(0.2～2)KA/min
→
(0.02～0.2)KA/min，如此实现缓慢抬升熔池、降低熔池深度，在降低缩孔深度的同时，减轻冒口区心部元素偏析倾向，从而改善冒口区成分偏析和β斑的问题，提高了补缩效果。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1～4和对比例1～4冒口区纵剖面取样示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例1的Φ680mm规格TC17冒口区纵剖面取样的成分检测结果图；
[0022]图3为本专利技术实施例1的Φ680mm规格TC17冒口区纵剖面经相变点以下25℃热处理后的低倍组织照片；
[0023]图4为本专利技术实施例2的Φ680mm规格TB6冒口区纵剖面取样的成分检测结果图；
[0024]图5为本专利技术实施例3的Φ780mm规格TC32铸锭冒口区纵剖面取样的成分检测结果图；
[0025]图6为本专利技术实施例4的Φ880mm规格TC32铸锭冒口区纵剖面取样的成分检测结果图；
[0026]图7为本专利技术对比例1的Φ680mm规格TC17冒口区纵剖面经相变点以下25℃热处理后的低倍组织照片。
具体实施方式
[0027]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻
全面。
[0028]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0029]本专利技术一实施方式提供了一种钛合金铸锭的制备方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以含有易偏析元素的钛合金非成品锭作为自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼进行成品熔炼，所述成品熔炼包括依次进行的稳定熔炼阶段和补缩阶段；所述补缩阶段的熔炼电流逐级降低，且各级的熔炼电流降低速率依次为(0.02～0.5)KA/min
→
(0.02～0.2)KA/min
→
(0.2～2)KA/min
→
(0.02～0.2)KA/min。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稳定熔炼阶段的熔炼电流为7KA～25KA，熔炼电压为24V～36V，稳弧电流为AC 1A～20A，搅拌周期1s～20s。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述补缩阶段的工艺KA/V/min为：(6～10)/(25～28)/(15～60)
→
(5～8)/(25～27)/(25～60)
→
(4～6)/(24～27)/(1～20)
→
(2.5～4)/(23～26)/(30～120)。4.如权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述补缩阶段中的稳弧电流为AC 1A～15A，稳弧周期为1s～20s；在所述补缩阶段中，所述稳弧电流随所述熔炼电流的逐级降低逐级减小。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述补缩阶段中，在各级熔炼电流对应的稳弧电流的工艺为(6～14...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖祥澳，李超，樊凯，潘艺夫，陈领，
申请(专利权)人：湖南金天钛业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：