【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料加工，特别是涉及一种残钛回收制备成分均匀稳定的钛合金铸锭的方法。
技术介绍
1、钛合金具有比强度高、耐腐蚀、耐高低温等优异性能，被广泛应用于航空、航天、船舶、化工等领域。由于钛材的加工特性，其最终的成材率一般低于50%，在整个生产过程中产生大量的残钛。因此，加大钛合金残料回收利用具有重大的社会和经济效益。
2、目前，最主流的钛合金残料回收工艺有两种：①将块状残钛合金进行酸碱洗并焊接成一整支电极，或将屑状残钛合金除油清洗并破碎后与海绵钛中间合金混合压制成电极块然后焊接成整支电极，将上述电极在真空自耗电弧熔炼炉中经过2次熔炼制备钛合金铸锭；②将块状残钛合金进行酸碱洗，或将屑状残钛合金除油清洗后直接压制成电极块，将上述块体（一般也会额外加入一部分由海绵钛和中间合金混合压制的电极块）放入电子束冷床炉、等离子束冷床炉或真空自耗电弧凝壳炉中熔炼成铸锭，然后再经过1-2次真空自耗电弧熔炼制备最终的钛合金铸锭。其中方案①的优点是设备简单，成本相对较低；方案②的优点是由于有冷床/凝壳的存在，可通过沉淀去除残钛中存在的高密度夹杂。因此，采用方案②才能消除顾客对于钛合金冶金缺陷的顾虑。通常，钛合金加工性较差，容易在加工中混入或者扎入破碎的硬质合金刀具等高密度夹杂，而这种夹杂是无法通过真空自耗电弧熔炼去除的，这种夹杂会成为钛合金零件中的重大隐患。需要进一步指出的是，方案②中的电子束冷床炉由于其设备结构相对简单且生产效率高，目前是最主流的钛合金熔炼回收方案；但是，电子束冷床炉的最大缺点就是相对于所有的熔炼其它方式，其熔炼
3、然而，上述两种主流方法都存在以下问题：
4、单批次铸锭内部的成分均匀性较差，并且多个铸锭批次间的成分稳定性非常差。这主要来自于单个铸锭熔炼所需的残钛原料数量多，而单块残钛的成分难以掌握，因此无法准确的进行整锭整体的成分配入设计而导致多批次成分稳定性非常差，也难以对单个铸锭不同熔炼部分进行均匀的布料设计而导致单锭成分均匀性较差。这主要有两个原因：一是残钛主要来自于钛合金铸锭的冒口、底片、表面屑，棒材、锻件的头、底、边角等处，其成分相对于其来源的母锭存在很大差异，且其自身在不同区域的成分波动也极大，难以各个或各处进行成分测试去把握其真实成分状况；二是残钛可来自于不同的锭号，甚至不同厂家的物料，但是残钛一般个体数量巨大但尺寸较小，难以进行追溯管理，因此难以通过溯源得知其真实成分，又因为数量巨大难以通过化学成分测试得知其真实的成分状况。另外，如果是采用电子束冷床熔炼回收路线，其电子束熔炼环境中极高的真空导致熔炼元素挥发高，加剧了成分控制难题；
5、作为废料主要来源的块状废料过度依赖碱酸洗处理。块体残钛的表面除了油污、一般都含有表面氧化物，通常需要酸洗和碱洗对残钛进行表面处理，否则，就无法得知残钛氧化物给回收铸锭带入的氧含量，会导致铸锭的氧含量可能超出该牌号在国标gb3620.1中规定的范围或客户期望的范围（注：氧元素本身就是钛合金的一种合金化元素，一般钛合金的氧含量都有一个范围，过高和过低都是不符合标准的）。然而，酸碱洗会带来环保的挑战，相关投资通常较难通过环评建厂，且装备系统投资大，这阻碍残钛的处理，进而阻碍了钛合金的回收利用。其实，由于海绵钛的氧含量很低，通常可以达到≤0.04 wt.%，而钛合金铸锭要求的氧含量一般为0.10-0. 20 wt.%，在生产钛合金的过程中，本身就会添加tio2氧化物作为原材料。因此，相对于块体基体来说，仅在热加工过程中在钛合金表面形成的一层相对较薄的表面氧化物其实际在物料中的总氧含量并不高，具有作为原材料配入合金铸锭的潜力。
6、因此，采用目前常用的方法进行残钛回收，不仅具有环保挑战，而且
7、每次熔炼时由于对于原材料成分无法完全掌握，或熔炼过程难以掌控（若采用电子束冷床熔炼），这种成分均匀性差与批次成分稳定性差的生产方式，严重加剧了客户对于钛合金回收产品的质量顾虑，降低了残钛回收的价值，明显阻碍了残钛回收事业的发展。
技术实现思路
1、针对上述现有技术在回收重熔钛合金中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种残钛回收制备钛合金铸锭的方法，该方法不仅环保，而且能够制备的钛合金铸锭成分均匀且稳定。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
4、步骤1）、收集牌号相同的钛合金残料，并对残钛进行表面清理；
5、步骤2）、采用电子束冷床炉或等离子束冷床炉或真空自耗电弧凝壳炉将步骤1）的残钛进行熔炼，然后凝固成圆形的钛合金铸棒；
6、步骤3）、对步骤2）得到的钛合金铸棒在纵向上距离其头部端面和距离底部端面300mm内的部位进行取样，在钛合金铸棒其余部位每隔200-1000mm进行取样，然后对取样的样品进行成分测试，通过线性插值法获得整个钛合金铸棒在纵向上的成分分布；
7、步骤4）、将海绵钛和中间合金按特殊设计的成分序列进行逐一称重、混合并压制成带圆形中心孔的电极块，然后将电极块按次序堆垛焊接固定，在焊接前或焊接后往电极块圆形中心孔内按预设的头底方向插入经步骤2）得到的钛合金铸棒，以形成同轴的复合电极；然后将复合电极装入真空自耗电弧熔炼炉中，使用相同牌号辅助电极与复合电极进行焊接固定，进行第一次真空自耗电弧熔炼，并在熔炼中采用直流搅拌电流；再将复合电极掉头进行第二次真空自耗电弧熔炼，并在熔炼中采用交流搅拌电流，最终获得钛合金铸锭；其中，特殊设计的成分序列需要满足：在复合电极的纵向上，以单个电极块长度为单元，每个单元所对应的钛合金铸棒部分的成分和电极块的成分进行加权平均后应为每个单元的成分，所有单元的成分应一致。即，整根复合电极平均成分c=任一单元平均成分ci=（任一电极块成分cblock-i×任一电极块重量mblock-i+该单元所对对应的铸棒部分的成分cbar-i×该铸棒部分的重量mbar-i）/（任一电极块重量mblock-i+该单元所对应的铸棒部分的重量mbar-i）。
8、进一步，单个电极块的长度（即在复合电极纵向方向的长度）为200-600 mm。
9、进一步，上述第一次真空自耗电弧熔炼中，直流搅拌电流的设定值是由其产生的搅拌磁场强度决定的，其磁场强度为4-6mt；第二次真空自耗电弧熔炼时的交流搅拌磁场强度为1-3mt、搅拌周期为4-12s。
10、进一步，上述电极块的外形为圆形或正八边形。
11、进一步，上述步骤1）中的表面清理具体是采用常规的环保除油溶剂和水依次进行表面清洗。
12、进一步，上述电极块的中心孔直径为110-640 mm；且生产同一根铸锭时，所用铸棒的直径比电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，单个电极块的长度为200-600 mm。
3.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述第一次真空自耗电弧熔炼中，直流搅拌电流的设定值是由其产生的搅拌磁场强度决定的，其磁场强度为4-6mT；第二次真空自耗电弧熔炼时的交流搅拌磁场强度为1-3mT、搅拌周期为4-12s。
4.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述电极块的外形为圆形或正八边形。
5.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述步骤1）中的表面清理具体是采用常规的环保除油溶剂和水依次进行表面清洗。
6.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述电极块的中心孔直径为110-640 mm；且生产同一根铸锭时，所用铸棒的直径比电极块中心孔的直径小10-40 mm；铸棒长度为2000-6000mm，铸棒长度与电极块总长度之间的差值≤10 mm
7.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述电极块的外径为420-880 mm，电极块的压制密度为3.2-3.6 g/cm3。
8.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述复合电极中，其中铸棒的重量占整个复合电极重量的8-60 wt.%。
9.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述步骤2）中，所述的电子束冷床熔炼炉熔炼时单个电子枪功率为300-500 kW；等离子束冷床熔炼炉熔炼时单个等离子枪功率为300-800 kW；真空自耗电弧凝壳炉的熔炼电流/电压设定在25-55 kA / 25-40V，且熔炼时采用同牌号的与目标成分相近的自耗电极；上述步骤4）中，在第一次真空自耗电弧熔炼时熔炼电流/电压为12-20 kA / 22-28 V；在第二次真空自耗电弧熔炼时熔炼电流/电压为15-30 kA / 24-35 V。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述最终获得的钛合金铸锭的直径为600-1080 mm，重量为2000-12000Kg。
...【技术特征摘要】
1.一种残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，单个电极块的长度为200-600 mm。
3.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述第一次真空自耗电弧熔炼中，直流搅拌电流的设定值是由其产生的搅拌磁场强度决定的，其磁场强度为4-6mt；第二次真空自耗电弧熔炼时的交流搅拌磁场强度为1-3mt、搅拌周期为4-12s。
4.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述电极块的外形为圆形或正八边形。
5.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述步骤1）中的表面清理具体是采用常规的环保除油溶剂和水依次进行表面清洗。
6.根据权利要求1所述的残钛回收制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，上述电极块的中心孔直径为110-640 mm；且生产同一根铸锭时，所用铸棒的直径比电极块中心孔的直径小10-40 mm；铸棒长度为2000-6000mm，铸棒长度与电极块总长度之间的差值≤10 mm。
7.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄立清，樊凯，李超，丁永峰，黄德超，黄艳华，华培涛，詹孝冬，彭晖，
申请(专利权)人：湖南湘投金天钛业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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