电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法技术

本发明专利技术公开了一种电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法，所述方法工艺为：（1）所述电渣重熔用渣系成分及其质量分数为：CaF

【技术实现步骤摘要】
电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法


[0001]本专利技术涉及一种电渣重熔方法，尤其是一种电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法。

技术介绍

[0002]高温合金具有优异的使用性能，广泛用于飞机发动机、汽轮机、柴油机等机械设备的制造领域。高温合金的工作温度可达600～1300℃，在此条件下晶界强度是材料的最薄弱环节。据统计，晶界断裂贡献了高温合金失效的50%份额。所以，高温合金的发展逐渐形成两个方向：一是消除晶界，直接铸造成单晶高温合金，使用温度可达1300℃，一般作为发动机叶片材料，如第三代单晶高温合金CMSX
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10、Rene N6等；二是强化晶界，在多晶高温合金中加入C、Zr、Mg、B等元素，增加高温下晶界强度，这类材料一般是变形高温合金，是制作涡轮盘、燃烧室等部件的主要材料，如Astroloy、Haynes R
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41、Udimet 720等合金。
[0003]硼作为高温合金晶界强化元素应用比较广泛，几乎1/2的高温合金牌号都含有B，含硼高温合金的生产一般采用真空感应熔炼+真空自耗双联工艺，以防止硼的氧化。如使用电渣重熔工艺生产，B含量不易控制，收得率在20～70%之间，这显然是不可行的。
[0004]然而真空自耗生产含硼高温合金也存在问题，一是成本较高，相比电渣重熔增加约30%成本支出；二是表面质量差，进一步加工前需对钢锭扒皮处理。所以，一直以来，冶金工作者力图解决电渣炉稳定生产含硼高温合金的工艺难题。
[0005]专利CN201910467868.5公开了一种电渣重熔过程硼合金化的方法，该方法是在冶炼含硼钢时，间歇往渣中加入Al和B
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Fe，进行Al脱氧和B合金化；该方法很新颖，但因为B元素是间歇分批加入存在增铝和硼吸收率不均匀的可能。
[0006]专利CN201610357245.9公开了一种稳定提高含硼电渣钢硼收得率的冶炼方法，该方法为保证B元素的收得率，往渣中加入Al和Si
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Fe粉进行脱氧；该方法的弊端是Al、Si
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Fe加入量不好控制，过量加入会增铝增硅、欠量则烧B。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法，以提升并稳定B的收得率。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的方法工艺为：（1）所述电渣重熔用渣系成分及其质量分数为：CaF
2 40%～50%、MgF
2 2%～5%、CaO 25%～30%、Al2O
3 20%～25%、TiO
2 2%～5%，B2O
3 0.1%～0.5%、B
‑
Fe合金0.01%～0.04%和BN 0.1%～0.3%；所述B
‑
Fe合金中B质量分数为20%～30%；（2）固渣启动，整个冶炼过程均采用N2‑
Ar混合气体作为保护气体，化渣及重熔期氮的体积分数是合金中硼含量的150～300倍；（3）补缩期减少保护气体中氮的体积分数至重熔期的1/4～1/3，熔炼结束后，继续维持保护气体通入0.5～1h。
浓度，降低等式左边O2的分压。
[0018]以上是根据质量守恒定律得出的抑制条件，而从能量角度讲想要抑制反应的进行，需降低它们的生成吉布斯自由能，分析如下：所述反应式（A）是吸热反应，低温有利于降低吉布斯自由能的生成，所以电渣时尽量控制渣温不要太高，控制功率输入时倾向于适当降低电压。所述反应式（B）是放热反应，高温有利于降低吉布斯自由能的生成，要求渣温越高越好，需高电压操作，这就产生了矛盾。进一步分析，不难得出，反应式（A）是反应式（B）的前提条件，若无反应式（A），反应式（B）则不能进行，所以当这两个反应的条件相矛盾时，控制前一级反应是最为关键。
[0019]根据以上分析，本方法拟采用全新的技术方案解决上述两个问题，一是根据高温合金中硼相对含量设计适合冶炼特定成分的渣系，在“渣池
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熔滴
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熔池”的液相条件下有效抑制反应式（A）和反应式（B）的进行，提高B收得率；二是在冶炼过程中创造极低氧、适量氮的保护气氛，从“气相”条件有效抑制氮化硼分解和氮的烧损。
[0020]本电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法的渣系改进以熔炼合金的化学成分为基础，所述含硼高温合金的目标成分（质量分数）为：C 0.10%～0.20%，Si≤0.25%，Mn≤0.25%，P≤0.010%，S≤0.010%，Cr 13%～16%，Mo 4.5%～5.5%，Co 18.0%～22.0%，Al 4.5%～5.0%，Ti 1.2%～1.5%，B 0.005%～0.030%，Ni 余量。本方法所述渣系及熔炼工艺如下所述：（1）电渣用渣系主要成分为（wt）：CaF
2 40%～50%、MgF
2 2%～5%、CaO 25%～30%、Al2O
3 20%～25%、TiO
2 2%～5%；根据高温合金中的B含量多少，在渣中掺入质量分数为0.1～0.5%的B2O3、0.01～0.04%的B
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Fe合金和0.1～0.3%的BN；其中B
‑
Fe合金中B质量分数为20%～30%；所述渣系先经1400～1500℃预熔30～40min，冷却后破碎，使用前在400～600℃炉内烘烤6～8h；（2）冶炼用自耗电极经过打磨去除表面夹渣及氧化层，整个冶炼过程均采用N2‑
Ar混合气体作为保护气体，电渣过程气氛氧含量控制在0.01%以内；（3）结晶器中通入N2‑
Ar混合气体置换空气，待氧含量下降为0.01vol%及以下时起弧化渣；化渣期及重熔期N2‑
Ar混合气体中氮的体积分数是合金中目标硼含量的150～300倍；（4）进入重熔期，调整电压为D
结
+(10～15)V、电流为150D
结
+(500～1500)A，所述D
结
为结晶器直径，单位：cm；（5）补缩期逐步调整电流、电压至重熔期的1/3～1/2，N2‑
Ar混合气体中氮的体积分数逐步调整至重熔期的1/4～1/3。熔炼结束后，继续维持保护气体通入0.5～1h。
[0021]实施例1：本电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法具体如下所述。
[0022]自耗电极规格为Φ120
×
1800mm；成分见表1，余量为Ni。结晶器规格Φ160
×
1100mm。渣成分（wt）：CaF
2 40%、MgF
2 2%、CaO 30%、Al2O
3 23%、TiO
2 4.79%、B2O
3 0.1%、B
‑
Fe 0.01%、BN 0.1%，其中B
‑
Fe中B含量为30wt%；渣量6kg。
[0023]（1）自耗电极打磨光亮、焊接备用；所述渣料先经1400℃预熔35min，冷却后破碎，使用前放置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电渣重熔含硼高温合金精确控制硼的方法，其特征在于，所述方法工艺为：（1）所述电渣重熔用渣系成分及其质量分数为：CaF
2 40%～50%、MgF
2 2%～5%、CaO 25%～30%、Al2O
3 20%～25%、TiO
2 2%～5%，B2O
3 0.1%～0.5%、B
‑
Fe合金0.01%～0.04%和BN 0.1%～0.3%；所述B
‑
Fe合金中B质量分数为20%～30%；（2）固渣启动，整个冶炼过程均采用N2‑
Ar混合气体作为保护气体，化渣及重熔期氮的体积分数是合金中硼含量的150～300倍；（3）补缩期减少保护气体中氮的体积分数至重熔期的1/4～1/3，熔炼结束后，继续维持保护气体通入0.5～1h。2.根据权利要求1所述的电渣重熔含硼高温合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福利，侯自兵，王育飞，王傲，王博祥，张大伟，嵇爽，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：