一种提高返回料使用比例的高温合金及冶炼工艺制造技术

本发明专利技术涉及高温合金冶炼技术领域，提供了一种提高返回料使用比例的高温合金及冶炼工艺，所述工艺使用真空感应炉冶炼，具体步骤包括：返回料熔化、返回料升温、夹杂物变性去除、新料添加、易氧化元素加入、浇注。采用本发明专利技术冶炼高温合金，可提高返回料的使用比例，减少返回料引入的氧化物、氮化物等夹杂物，从而得到细小均匀的晶粒，有效抑制了铸锭中缩孔、显微疏松、显微偏析等缺陷的生成。采用本发明专利技术提高了高温合金冶炼时返回料的使用比例，节省了冶炼成本，提高了材料的回收利用率，而且操作简便、灵活。灵活。灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种提高返回料使用比例的高温合金及冶炼工艺


[0001]本专利技术涉及高温合金冶炼
，特别涉及一种提高返回料使用比例的高温合金及冶炼工艺。

技术介绍

[0002]高温合金精铸件在生产过程中收得率往往仅为30%，在合金浇注过程中的浇道、冒口等，加工过程中产生的铁屑等以及报废零件所占的比例较大，这些废弃料统称为返回料。回收利用这些返回料可以提高合金的利用率，产生显著的经济效益。但在返回料中会存在一定量的氧化物、碳氮化物等夹杂。这些夹杂物大多在返回料的凝固过程中析出和形成，熔点较高，在返回料再次熔炼过程中难以分解，往往一直保留于合金液中。在合金液后续凝固过程中，这些高熔点夹杂物可以作为凝固异质形核核心，形成粗大的晶粒，加重了铸锭的缩孔、显微疏松、显微偏析缺陷。当返回料使用比例较低时，上述的这些缺陷较少，对铸锭的影响不明显。但是当返回料的使用比例较大时，上述的缺陷显著增强，这直接影响到铸锭的质量。
[0003]为了提高返回料的使用比例，有些使用双脱氧双冷置的冶炼工艺，即在冶炼过程中合金液需要两次冷却至凝固，然后送电使合金完全熔化，最后在合适的温度下进行浇注。采用这种纯净化冶炼工艺，可使高温合金的O、N含量降低至10ppm以下。但是这种方法的冶炼时间较长，成本较高。
[0004]有些在高温精炼过程中，在合金液表面加覆盖渣进行处理，该操作可以一定程度上提高合金液的洁净度。但是合金液需要进行真空水平连铸出坯。该方法对冶炼设备要求较高，连铸操作需要较大的空间，较高的真空度难以实现。
[0005]有些通过添加稀土元素，降低含稀土元素母合金重熔期间的浮渣含量，提高合金的纯度。但是在冶炼过程中稀土元素的添加有一定的难度，稀土类的夹杂物容易聚集，稀土元素的收得率不稳定。
[0006]有些利用氧化钇坩埚对高温合金返回料进行纯净化熔炼，氧化钇坩埚具有高的稳定性，高温下难以与熔炼返回料中含有的活泼金属Al、Ti、Hf、Ta、Zr、Re、B及稀土元素等发生反应，减少了氧化钇坩埚向熔炼返回料中供氧。但是高比例返回料高温合金冶炼的难点之一在于难以去除返回料中高含量的氧、氮等元素，较为关键的是制定合理的冶炼工艺。
[0007]有些通过将一种陶瓷过滤器预先放置在锭模或铸件壳型的帽口处，过滤去除合金液中的夹杂物，最终得到纯净化的合金液。过滤效率可达70%以上。但是陶瓷过滤网制作工艺复杂，成本较高， 操作性不强。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是至少克服现有技术的不足之一，提供了一种提高返回料使用比例的高温合金及冶炼工艺，能提高高温合金冶炼时返回料的使用比例，节省冶炼成本，提高材料的回收利用率，同时产品品质较高，具有较高推广价值。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种提高返回料使用比例的高温合金冶炼工艺，采用真空感应炉进行冶炼，冶炼原料包括返回料和新料；所述工艺包括：S1、返回料熔化：加入返回料，加热熔化；S2、返回料升温：返回料完全熔化后，将返回料合金液在一定真空度下升温至1650℃~1700℃，保持高温熔炼一定时间，去除碳氮化物类杂质；S3、夹杂物变性去除：在经过步骤S2处理过的返回料合金液中加入足量的铝，合金液温度控制在1550℃~1600℃，熔炼一定时间，去除氧化铝类杂质；S4、新料稳定元素添加：加入新料中的稳定元素以及C元素，熔清升温到1600℃以上后转入精炼期，精炼在高真空度下进行，精炼温度大于1450℃，精炼一定时间；S5、新料易氧化元素加入：降温至合金液面结膜，充Ar，然后加入新料易氧化元素，保温熔炼；S6、浇注：提高功率熔炼，达到目标浇注温度，浇注合金。
[0010]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中，对返回料首先低功率熔炼，功率小于400KW，真空压力小于10Pa；直至返回料完全变红后，高功率熔化，功率小于1000KW。提高感应炉炉衬寿命。
[0011]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中，真空压力小于1Pa，保持高温熔炼15min~35min。
[0012]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，铝为铝粒或者铝锭，加入铝的量满足最终合金成分要求的总铝加入量；真空压力小于10Pa，熔炼时间为20min~30min，保证氧化铝类夹杂有充足时间上浮去除。
[0013]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S4中，真空压力小于1Pa，精炼时间40min以上，保证合金液中的氧、氮在高真空条件下有充足时间去除。
[0014]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S5中，充Ar至20000Pa~30000Pa，加入新料易氧化元素后保温熔炼10min~20min。
[0015]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，新料稳定元素包括Ni、Cr、Mo、Co、Nb、W和Fe，步骤S4中添加的新料稳定元素为Ni、Cr、Mo、Co、Nb、W和Fe中的一种、两种或多种；新料易氧化元素包括Ti、B、Ta、Zr和稀土元素，步骤S5中添加的新料易氧化元素为Ti、B、Ta、Zr和稀土元素中的一种、两种或多种。
[0016]如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，返回料在最终合金中的重量占比达到40%~60%。
[0017]另一方面，本专利技术还提供了一种提高返回料使用比例的高温合金，采用上述的提高返回料使用比例的高温合金冶炼工艺得到。
[0018]本专利技术与传统熔炼方法的主要区别在于：
①
把返回料和新合金料分开添加：首先添加返回料，然后添加新合金料；
②
改变加Al的方法：传统的冶炼方法，Al元素在精炼后期或者合金浇注前加入，本专利技术Al元素在冶炼前期加入；
③
加Al量：传统的冶炼方法在冶炼后期一次性或者分批次加入合金成分要求的Al的质量，本专利技术在冶炼前期一次性加入合金成分要求的总Al加入量。
[0019]关于本专利技术涉及原理的几点说明：1、步骤S2中，返回料升温到1650℃~1700℃，高于传统熔炼温度1600℃，碳氮化物具有高熔点及高稳定性，在传统熔炼温度1600℃时，部分碳氮化物仍保持稳态。而在本专利技术的返回料熔炼温度1650℃~1700℃下，碳氮化物稳定性破坏，转化为原子态（例如，碳氮化钛在1650℃~1700℃下转化为碳原子、氮原子和钛原子，其中碳原子、钛原子作为合金成分留在合金液中，氮原子则在真空条件下以氮气的方式被排出，实现了碳氮化钛杂质的去除），易于实现碳氮化物的去除。
[0020]2、本专利技术的铝加入时机选择在冶炼前期（步骤S3的返回料夹杂物变性去除期），和传统冶炼的精炼后期或者合金浇注前加入铝不同。本专利技术加入铝时仅有返回料（新料尚未加入），足量的铝（满足最终合金成分要求的铝含量）加入提高了返回料合金液中铝的百分含量，破坏了返回料合金液中的铝氧平衡，可以有效降低返回料合金液中的氧含量，去除合金液中的氧化物。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高返回料使用比例的高温合金冶炼工艺，其特征在于，所述工艺采用真空感应炉进行冶炼，冶炼原料包括返回料和新料；所述工艺包括：S1、返回料熔化：加入返回料，加热熔化；S2、返回料升温：返回料完全熔化后，将返回料合金液在一定真空度下升温至1650℃~1700℃，保持高温熔炼一定时间，去除碳氮化物类杂质；S3、夹杂物变性去除：在经过步骤S2处理过的返回料合金液中加入足量的铝，合金液温度控制在1550℃~1600℃，熔炼一定时间，去除氧化铝类杂质；S4、新料稳定元素添加：加入新料中的稳定元素以及C元素，熔清升温到1600℃以上后转入精炼，精炼在高真空度下进行，精炼温度大于1450℃，精炼一定时间；S5、新料易氧化元素加入：降温至合金液面结膜，充Ar，然后加入新料易氧化元素，保温熔炼；S6、浇注：达到目标浇注温度，浇注合金。2.如权利要求1所述的提高返回料使用比例的高温合金冶炼工艺，其特征在于，步骤S1中，对返回料首先低功率熔炼，功率小于400KW，真空压力小于10Pa；直至返回料完全变红后，提高功率熔化。3.如权利要求1所述的提高返回料使用比例的高温合金冶炼工艺，其特征在于，步骤S2中，真空压力小于1Pa，保持高温熔炼15min~35min。4.如权利要求1所述的提高返回料使...

【专利技术属性】
技术研发人员：成国光，张涛，黄宇，张国磊，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：