电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法技术

本发明专利技术公开了一种电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法，采用下述方法工艺：（1）采用下述自耗电极熔炼：在自耗电极的中心沿长度方向穿有孔，在孔中填充有填料；所述填料成分及其与电极的重量比为：Ce

【技术实现步骤摘要】
电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法


[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铈高温合金精确控制铈的方法。

技术介绍

[0002]高温合金具有优良的使用性能，广泛用于航空航天、石油化工、电力等领域。高温合金的使用温度很高，达到650～1000℃，在此温度下长时间服役，要求材料具备一定的持久强度、蠕变强度、热疲劳强度和相应的韧性，这些高温强度指标与材料的组织形貌、晶界强度、析出物息息相关，尤其是晶界强度，据统计，高温合金断裂失效有一半的情况是晶界断裂。所以，提高高温合金晶界强度一直是冶金研究者最重要课题之一。国外高温合金中，多加入C、Zr、B等元素强化晶界，如Alloy 10、Haynes S、Nimonic 115、Udimet 720LI等合金，而国内的高温合金中，充分发挥稀土资源优势，有好多牌号加入Ce进行晶界强化，如GH1015、GH2035A、GH3652、GH4133等材料。
[0003]Ce作为高温合金晶界强化元素有两个优点，一是作为净化剂，起脱氧脱硫的作用，降低氧和硫在晶界的有害作用；二是作为微合金化元素偏聚于晶界，增加晶界结合力，起强化晶界的作用。
[0004]由于Ce具有极强的氧化性，含铈高温合金一般采用真空感应+真空自耗双联工艺生产，然而真空自耗本身的生产成本较高，铸锭表面质量也较差，生产规模和效率也较低，所以限制了这类材料的应用。近年来，我国冶金工作者寻求采用电渣炉稳定生产含铈高温合金的工艺路线，但收获甚微，目前，电渣重熔Ce的收得率在10～30%之间，很不理想。
[0005]专利CN202010133680.X公开了一种用于冶炼含稀土Ce的GH3625镍基合金的渣系及其电渣重熔冶炼方法，该方法渣系的成分为CaO 20～25％、Al2O
3 17～21％、NaF 5～7％、MgO 3～5％、TiO
2 1～2％、CeO
2 4～6％、SiO
2 1～2％、余量为CaF2。该方法渣系中加入CeO2是为抑制3Ce+2Al2O3=4Al+3CeO2这一反应，然而本申请专利技术人经过大量的实验发现，加入CeO2会发生C+2CeO2=Ce2O3+CO
↑
，从而造成铸锭中不可避免会有气泡，所以这一方法不可取。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种能有效地稳定铈收得率的电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用下述方法工艺：（1）采用下述自耗电极熔炼：在自耗电极的中心沿长度方向穿有孔，在孔中填充有填料；所述填料成分及其与电极的重量比为：Ce
‑
Fe合金0.01%～0.05%，MgO 0.1%～0.5%，Na2SiO
3 0.02%～0.04%；所述Ce
‑
Fe合金中Ce含量为20%～30wt%；（2）电渣重熔用渣系的成分及其质量分数为：CaF
2 44%～48%，BaF
2 15%～17.5％，TiO
2 1%～2％，CaO 20%～25%，Al2O
3 10%～15%，Ce2O
3 2%～5%；（3）整个熔炼过程均采用保护气体保护，控制保护罩内氧含量≤0.01vol%。
[0008]本专利技术所述孔的孔径为Φ1～3mm。
[0009]本专利技术所述自耗电极经450～550℃烧结3～4h。
[0010]本专利技术所述电渣重熔用渣系先在1500～1600℃预熔，冷却、破碎，再经650～750℃烘烤。
[0011]本专利技术所述含铈高温合金的目标成分及其质量分数为：C≤0.10%，Si≤0.35%，Mn≤0.35%，P≤0.010%，S≤0.010%，Cr 32%～35%，W 4.3%～5.3%，Mo 2.3%～3.3%，Al 0.5%～1.1%，Ti 0.5%～1.1%，Nb 0.5%～1.1%，Ce 0.005%～0.030%，Ni余量。
[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术在电极中穿孔加入Ce
‑
Fe，可完全抵消电渣过程中Ce的氧化，在填料中加入粘结剂Na2SiO3和MgO，通过高温烧结使粉状料固化，在熔炼时不发生掉块、掉粉现象，可精确控制Ce的加入量；本专利技术渣系中加入低熔点的BaF2，有利于控制渣温，提高铸锭表面质量；本专利技术在渣系中加入一定量的Ce2O3（加入Ce2O3而不是CeO2），能有效抑制Ce的氧化，也可避免C+2CeO2=Ce2O3+CO
↑
反应的发生，从而有效地避免铸锭中出现气泡。
[0013]采用本专利技术生产的电渣含铈高温合金，铈的收得率稳定在95%以上，Al、Ti等易氧化元素收得率也在95%以上，其他元素基本无烧损，完全满足工艺要求。
附图说明
[0014]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0015]图1是本专利技术所述自耗电极的结构示意图。
[0016]图中：1—辅助电极；2—填料；3—自耗电极；4—合金封板。
具体实施方式
[0017]本电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法的技术构思以及工艺如下所示：如何保证并稳定铈的收得率，应首先分析Ce的化学性质和电渣工艺的特性。由于Ce是易氧化元素，在高温下遇空气极易氧化，所以应考虑在电渣重熔时采用氩气保护，尽可能减少气氛中氧含量。另一方面，应考虑补偿电渣过程中不可避免被氧化Ce的量，即加入适量Ce抵消Ce的烧损，而且这种补偿应准确、均匀。经过分析，可以得出，电渣含Ce高温合金首先应最大限度减少Ce的氧化，其次是准确、均匀补偿Ce氧化量，达到烧损补偿的动态平衡。
[0018]基于上述技术构思，本电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法采用下述方法工艺：（1）采用下述自耗电极熔炼：自耗电极打磨光亮，图1所示，所述自耗电极3沿长度方向穿有穿过中心的Φ1～3mm孔，即自耗电极3的中心轴的位置沿轴向穿有孔；所述孔内填充填料2，所述填料2的成分为Ce
‑
Fe合金、MgO和Na2SiO3，所述Ce
‑
Fe合金重量为自耗电极（不包括填料）重量的0.01%～0.05%、MgO重量为自耗电极（不包括填料）重量的0.1%～0.5%、Na2SiO3重量为自耗电极（不包括填料）重量的0.02%～0.04%，所述Ce
‑
Fe合金中Ce质量分数为20%～30%；将上述粉状的各成分混匀、压实，即可得到填料。
[0019]（2）图1所示，所述自耗电极顶端焊接有辅助电极1，底端焊接与自耗电极3母材相同成分的3～5mm厚的合金封板4进行封口；所述自耗电极经450～550℃烧结3～4h，再用以熔炼。
[0020]（3）电渣重熔用渣系的成分为（wt）：CaF
2 44%～48%，BaF
2 15%～17.5％，TiO
2 1%～
2％，CaO 20%～25%，Al2O
3 10%～15%，Ce2O<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电渣重熔含铈高温合金精确控制铈的方法，其特征在于，采用下述方法工艺：（1）采用下述自耗电极熔炼：在自耗电极的中心沿长度方向穿有孔，在孔中填充有填料；所述填料成分及其与电极的重量比为：Ce
‑
Fe合金0.01%～0.05%，MgO 0.1%～0.5%，Na2SiO
3 0.02%～0.04%；所述Ce
‑
Fe合金中Ce含量为20%～30wt%；（2）电渣重熔用渣系的成分及其质量分数为：CaF
2 44%～48%，BaF
2 15%～17.5％，TiO
2 1%～2％，CaO 20%～25%，Al2O
3 10%～15%，Ce2O
3 2%～5%；（3）整个熔炼过程均采用保护气体保护，控制保护罩内氧含量≤0.01vol%。2.根据权利要求1所述的电渣重熔含铈...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福利，侯自兵，刘强，徐于斌，赵培义，鞠丹，吕达，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：