一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法技术

本发明专利技术公开了一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法，方法步骤为：1）将返回屑料清洗、干燥，压块处理，然后根据目标成分和新料进行配比；2）将配比后的返回屑料和新料进行真空感应熔炼，浇注为真空锭；3）所述真空锭进行电渣重熔，熔炼过程中，起弧时长控制在40～60min，稳态熔速在3～3.5kg/min，补缩重量控制在70～100kg，补缩时长≥25min；4）补缩完成以后，钢锭在炉内随炉冷却40～60min。本方法提高了生产效率，降低了生产成本，提高了材料利用率；所得高温合金主成分控制可达到目标设计成分要求，杂质元素控制水平与全新料制备的合金成分相当，实现了利用返回屑料的循环再利用。实现了利用返回屑料的循环再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法


[0001]本专利技术属于合金生产
，尤其是一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法。

技术介绍

[0002]高温合金具有优异的抗氧化、低周疲劳、抗蠕变性能，在燃气轮机、火箭发动机、核反应堆等领域应用广泛，是研制和生产新型航空发动机的关键材料。在高温合金生产、加工和使用过程中不可避免的产生料头、冒口、切屑、报废零件等废料，称为高温合金返回料。高温合金的化学成分一般含有稀贵金属元素，原材料成本相对较高，尤其是镍基、钴基高温合金。高温合金的高成本限制了其广泛应用，因此降低成本一直是该行业的目标，返回料的使用是降低稀贵原材料成本的重要途径。因此，为维护国家战略资源可持续应用和国家安全，有必要开展高温合金废料的再生循环利用研究，同时尽快推进其工程化应用。
[0003]真空级屑就是经过物理方法处理、不改变原有成分的、可直接加入真空感应炉熔炼的屑料，可直接用于真空冶炼成重熔合金锭；未经处理的屑料，由于其它金属材料屑料的混杂、含有大量的粉尘、切屑液等原因不能直接进入真空感应炉冶炼的。现有技术中，高温合金零部件制造过程中会有大量废料产生，一般交付重量与投料比为30%，屑料和边角等占70%，其中屑料又占废料的70%。而这些切屑表面粘附的油污多，还含有多种杂质，以往厂家都是通过降低登记或作为废料处理，造成资源的浪费。
[0004]将屑料经过物理处理，实现同牌号返回，相比湿法提纯，能减少能耗、减少“二次污染”。高温合金返回料的特点为杂质元素（O、N、S）、夹杂物（氮化物、氧化物）含量较高，处理难度较大。因此亟待一种利用返回屑料冶炼高纯净高温合金的方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法，以有效地利用返回屑料。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的方法步骤为：（1）将返回屑料清洗、干燥，压块处理，然后根据目标成分和新料进行配比；（2）将配比后的返回屑料和新料进行真空感应熔炼，浇注为真空锭；（3）所述真空锭进行电渣重熔，熔炼过程中，起弧时长控制在40～60min，稳态熔速在3～3.5kg/min，补缩重量控制在70～100kg，补缩时长≥25min；（4）补缩完成以后，钢锭在炉内随炉冷却40～60min，之后进行出钢。
[0007]本专利技术所述步骤（2）中，真空感应熔炼包括熔化期、精炼期、合金化期和浇注过程。
[0008]本专利技术所述精炼期：合金料全部熔清后，升温至1530～1550℃，抽真空至＜0.6Pa，进行精炼期，精炼时间控制在30～40min。
[0009]本专利技术所述合金化期：精炼结束后停电结膜，钢液面结膜后加入铝粒、钛棒、镍铌，化清后温度升至1480～1500℃，保温10～15min并进行搅拌。
[0010]本专利技术所述浇注过程：进行氩气回填，真空度达＞6000Pa，升温至1450℃～1500℃带电出钢。
[0011]本专利技术所述步骤（1）中，返回屑料的配比≤90%。
[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术采用清洗工艺加上一次真空熔炼以及电渣重熔精炼过程，可实现100%～10%新料+0%～90%经过清洗表面处理的返回屑料的GH4169合金生产，极大的提高了生产效率，大大的降低了生产成本，提高了材料利用率。同时采用本方法制备的高温合金，主成分控制可达到目标设计成分要求，杂质元素控制水平与全新料制备的合金成分相当，实现了利用返回屑料的循环再利用。
具体实施方式
[0013]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0014]实施例1
‑
6：本返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法采用下述工艺步骤：（1）返回屑料表面处理及成分检测：对GH4169高温合金返回屑料进行清洗处理，利用超声波、旋流、对流等方式在清洗液中，将高温合金碎屑表面残留切削液和附粘附的灰尘、固体颗粒杂质等清洗干净，最后用清水漂洗干净；然后将屑料放入电磁感应烘干炉，将清洗干净的高温合金碎屑表面烘干；最后将烘干的返回屑料装入压块机中进行压块处理，得到块状返回料。从块状返回料中随机抽取3～5块取样，用直读光谱仪对成分进行分析，成分分析结果应符合以下范围要求（wt）：C≤0.06%、Mn≤0.5%、Si≤0.5%、Cr 17%～21%、Mo≤3.5%、Co≤1%、Nb 4.75%～5.5%、Fe 17%～20%、Ni余量。各实施例块状返回料化学成分的平均值见表1。
[0015]表1：各实施例返回屑料成分的平均值（wt%）
[0016]表1中，成分的余量为Ni和不可避免的杂质。
[0017]（2）配料：将3～5个块状返回料化学成分分析结果按质量百分比取平均值，根据平均值按质量百分比为10%＜新料≤100%、0%＜返回屑料≤90%的方案进行配料；配比的目标成分按GH4169合金的成分要求设计；目标成分最好为（wt）：C 0.030%～0.040%、Mn 0.1%～0.2%、Si 0.1%～0.2%、Cr 18.00%、Mo 2.5%～3.5%、Co 0.2%～0.5%、Ti 0.5%～1.5%、Al 0.65%、Nb 5.0%～5.4%、Fe 17%～19%，Ni余量。各实施例采用上述目标成分进行配比。
[0018]（3）真空感应熔炼：按上述比例对新料和返回料进行真空感应熔炼；具体过程如下：Ⅰ、称重：按照配料单检查物料、称重，确认品种、数量无误；Ⅱ、布料：炉内首次布料炉底铺纯铁、块状返回料、1/2电解镍板、硅铁，一次加入金
属铬、钼，另外1/2电解镍与金属钴间隔加入，布料不超过线圈上部，剩余物料由上加料室加入；布料要求上松下紧，防止架桥；Ⅲ、熔化期：先抽真空至真空度＜3Pa，再开始供电，先使用小功率供电，后逐步加大功率；Ⅳ、精炼期：全部熔清后，升温至1530～1550℃，调至保温功率，并继续抽真空至真空度＜0.6Pa，进入精炼期，精炼时间控制在30～40min；
Ⅴ
、合金化期：精炼结束后停电结膜，钢液面结膜后加入铝粒、钛棒、镍铌，化清后升温至1480～1500℃，保温10～15min并进行搅拌；
Ⅵ
、取样分析：合金化结束以后，用球拍取样器进行取样，并用砂带机磨光，利用直读光谱仪对合金成分进行分析，成分要求按质量百分比为：C 0.02%～0.075%、Mn 0.1%～0.5%、Si≤0.5%、Cr 17%～21%、Mo 2.5%～3.5%、Co≤1%、Ti 0.5%～1.5%、Al 0.2%～0.8%、Nb 4.75%～5.5%、Fe 17%～20%、Ni余量；成分如符合上述要求，则转入浇注期；如个别元素不符合其成分范围要求，则尽快重新计算配料补加相应元素料，搅拌均匀后进入浇注期；
Ⅶ
、浇注：进行氩气回填，真空度达＞6000Pa，升温至1450℃～1500℃带电出钢。各实施例真空感应熔炼的工艺参数见表2，各实施例所浇注钢水成分见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法，其特征在于，其方法步骤为：（1）将返回屑料清洗、干燥，压块处理，然后根据目标成分和新料进行配比；（2）将配比后的返回屑料和新料进行真空感应熔炼，浇注为真空锭；（3）所述真空锭进行电渣重熔，熔炼过程中，起弧时长控制在40～60min，稳态熔速在3～3.5kg/min，补缩重量控制在70～100kg，补缩时长≥25min；（4）补缩完成以后，钢锭在炉内随炉冷却40～60min，之后进行出钢。2.根据权利要求1所述的一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，真空感应熔炼包括熔化期、精炼期、合金化期和浇注过程。3.根据权利要求2所述的一种返回屑料制备高纯高温合金GH4169的方法，其特征在于，所述精炼期：合金料全部熔清后，升温至1530～1550℃，抽真空至＜0.6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽峰，陈文，解磊鹏，赵英利，张震，吴迎飞，
申请(专利权)人：河钢集团有限公司河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：