一种GH3039合金电渣锭的制备方法与流程

一种gh3039合金电渣锭的制备方法
技术领域
1.本发明涉及合金电渣锭制造领域，具体涉及以真空感应炉熔炼后经电渣重熔成锭的gh3039镍基高温合金制造领域。


背景技术：

2.随着航空发动机和燃气轮机工业的快速发展，高温合金作为涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等热端部件使用材料被广泛应用。其中，gh3039合金是一种ni-cr基固溶强化变形高温合金，主要以cr、mo元素进行固溶强化，固溶状态为单相奥氏体，并含有少量ti(cn)、nbc及m23c6碳化物。该合金在800℃以下具有中等的热强性和良好的抗热疲劳性能，在1000℃以下抗氧化性能良好，长期使用组织稳定，还具有良好的冷成形性和焊接性能；适宜于850℃以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件。该合金可以生产板材、棒材、丝材、管材和锻件等。
3.由于gh3039合金含有一定的al、ti元素，材料在经电渣重熔过程中会与空气进行接触，而al、ti两种元素自身活泼易与大气中的氧发生反应；随着电渣重熔整个过程的进行，电渣重熔各阶段金属熔池中与氧反应的情况不同，常会出现合金锭在经过电渣重熔后所形成的合金锭成分不均、内部结构不稳定、表面重皮的现象，进而影响合金锭的质量和使用寿命，不利于后续的热加工。
4.gh3039合金的成分标准如下表1所示。
5.表1元素成分wt％
6.

技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种gh3039合金电渣锭的制造方法，以克服现有技术中存在的不足，解决gh3039合金锭在经过电渣重熔后所形成的合金锭出现成分不均、内部结构不稳定、表面重皮的现象，进而影响合金锭的质量和使用寿命，不利于后续热加工的技术问题。
8.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明目的之一是提供一种gh3039合金电渣锭的制备方法。本发明目的之二是提供由所述gh3039合金电渣锭制造方法制备得到的gh3039合金电渣锭。
9.一方面，本发明提供一种gh3039合金电渣锭的制备方法，包括以下步骤：
10.1)控制gh3039合金的组分按质量百分比计为：c 0.045～0.055wt％、cr 20.0～20.5wt％、mo 2.00～2.25wt％、al 0.45～0.70wt％、ti 0.50～0.72wt％、nb 1.00～
1.20wt％、fe≤0.50wt％、mn≤0.05wt％、si≤0.10wt％、p≤0.010wt％、s≤0.002wt％、cu≤0.05wt％、余量为ni；
11.将c、cr、ni、mo、nb加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将al、ti加入坩埚进行精炼，充氩气，浇铸，得到铸锭；
12.2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔，得到电渣锭。
13.优选的，所述gh3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
14.优选的，所述gh3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)真空熔炼时将1/3～1/2c加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的c。
15.优选的，所述gh3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)全熔时间为20～30min，加入剩余c 20～30min后，加入nb，2～10min后，再加入al、ti进行精炼。
16.优选的，所述gh3039合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)精炼真空度为1～3pa，精炼时间为65～70min。
17.优选的，所述gh3039合金电渣锭的制备方法中，所述步骤1)充氩气的压力为3000～4000pa；浇铸温度为1470～1490℃。
18.优选的，所述gh2018合金电渣锭的制备方法中，所述步骤2)的熔渣包括69％～71％caf2、14.5％～15.5％al2o3、14.5％～15.5％cao；熔渣加入量为铸锭重量的7％～9％。
19.优选的，所述gh3039合金电渣锭的制备方法中，所述步骤2)电渣重熔前期造渣阶段加入5～12％的钛白粉，所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～8.5l/min。更优选的，造渣采用的电压为29-36v，冶炼50min后换为25-30v；冶炼电流为10000-12500a。
20.另一方面，本发明提供由上述任一项方法制备得到的gh3039合金电渣锭。
21.优选的，由本发明上述任一项方法制备得到的所述gh3039合金电渣锭，其组分按质量百分比计为：c 0.045～0.055wt％、cr 20.0～20.5wt％、mo 2.00～2.25wt％、al 0.45～0.70wt％、ti 0.50～0.72wt％、nb 1.00～1.20wt％、fe≤0.50wt％、mn≤0.05wt％、si≤0.10wt％、p≤0.010wt％、s≤0.002wt％、cu≤0.05wt％、余量为ni。
22.优选的，根据表1元素控制成分要求，对c、al、ti的配入量和控制范围进行优化调整，调整后元素控制范围如下表2所示。
23.表2元素成分wt％
[0024][0025]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0026]
1)严格控制原材料的质量，避免有害元素或杂质元素的带入；优化元素成分配比，精准控制真空感应熔炼后化学成分；降低材料中气体o、n元素的含量(o≤15ppm；n≤30ppm)。2)降低了al、ti元素的烧损，在提高al、ti元素稳定性的基础上，优化了铸锭整体元素含量的均匀枝晶分布。3)缩小了电渣重熔的熔炼参数波动范围，保证了电渣锭表面质量，延长了使用寿命。4)通过本发明所述方法制得的gh3039合金电渣锭相较于现有合金锭，不仅其中基本元素的含量符合标准，杂元素含量降低，且成分分布均匀、电渣锭表面良好易于热加工；经检测，电渣锭表面无典型重皮、保渣等缺陷；经锻造热加工后，在锻坯两端的横向低倍组织内无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷。
具体实施方式
[0027]
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0028]
根据上文表1元素控制成分的标准，对c、al、ti的配入量和控制范围进行优化调整，调整后元素控制范围如下表2所示。其中，所选用的金属镍ni、金属铬cr、金属铌nb、金属钼mo、金属铝al、金属钛ti、石墨碳的原材料或返回料表面均经过清洁和干燥、去除油污和氧化物，化学成分准确。
[0029]
表2元素成分wt％
[0030][0031]
实施例1：
[0032]
一种gh3039合金电渣锭的制造方法，按照如下步骤进行操作：
[0033]
1)控制gh3039合金的组分按质量百分比计为：c 0.045wt％、cr 20.0wt％、mo 2.00wt％、al 0.45wt％、ti 0.50wt％、nb 1.00wt％、余量为ni；
[0034]
将c、cr、ni、mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
[0035]
真空熔炼时将1/3的c加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的c。全熔时间为20min。加入剩余的c 20min后结膜，再加入nb，2min后，加入al，2min后加入ti进行精炼。精炼真空度1～3pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为3000pa，测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1482℃，得到铸锭。
[0036]
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为29-36v，冶炼50分钟后换为25-30v控制；同时控制冶炼电流为10000-12500a。
[0037]
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为69％caf2、15.5％al2o3和15.5％cao；熔渣加入量为铸锭重量的7％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入1％的钛白粉。在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0l/min，最后得到电渣锭。
[0038]
实施例2：
[0039]
一种gh3039合金电渣锭的制造方法，按照如下步骤进行操作：
[0040]
1)控制gh3039合金的组分按质量百分比计为：c 0.055wt％、cr 20.5wt％、mo 2.25wt％、al 0.70wt％、ti 0.72wt％、nb1.20wt％、余量为ni；
[0041]
将c、cr、ni、mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
[0042]
真空熔炼时将1/2的c加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的c。全熔时间为40min。加入剩余的c 20min后，加入ni，10min后，再加入al，2min后加入ti进行精炼。精炼真空度1～3pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为4000pa。测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1475℃，得到铸锭。
[0043]
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为29-36v，冶炼50分钟后换为25-30v控制；同时控制冶炼电流为10000-12500a。
[0044]
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为70％caf2、14.5％al2o3和15.5％cao；熔渣加入量为铸锭重量的8％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入8％的钛白粉。在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8l/min，最后得到电渣锭。
[0045]
实施例3：
[0046]
1)控制gh3039合金的组分按质量百分比计为：c 0.052wt％、cr 20.3wt％、mo 2.15wt％、al 0.65wt％、ti 0.68wt％、nb1.15wt％、余量为ni；
[0047]
将c、cr、ni、mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。
[0048]
真空熔炼时将1/2的c加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的c。全熔时间为30min。加入剩余的c 30min后，加入ni，10min后，再加入al，2min后加入ti进行精炼。精炼真空度1～3pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为4000pa。测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1485℃，得到铸锭。
[0049]
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为29-36v，冶炼50分钟后换为25-30v控制；同时控制冶炼电流为10000-12500a。
[0050]
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为70％caf2、15.5％al2o3和14.5％cao；熔渣加入量为铸锭重量的8％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入8％的钛白粉。在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.5l/min，最后得到电渣锭。
[0051]
实施例1～3的性能测试结果如下:
[0052]
①
真空感应炉熔炼后的化学成分如下表3所示：
[0053]
表3真空感应炉熔炼元素成分wt％
[0054][0055]
②
电渣重熔后的化学成分如下表4所示：
[0056]
表4电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％
[0057][0058]
同时，由实施例1-3制备得到的gh3039合金电渣锭表面无典型重皮、保渣等冶金缺陷。经锻造热加工后，在锻坯两端取横向低倍组织，无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷。
[0059]
由上表3和4可知，通过本发明所述方法制备得到的gh3039合金电渣锭中基本元素含量符合标准，杂元素含量降低，其中al、ti元素成分略有不同，但并不影响各成分分布的均匀性，电渣锭表面质量良好，后期锻造热加工过程塑性良好，表明本发明具有很好的效果。
[0060]
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行适当修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）控制gh3039合金的组分按质量百分比计为：c 0.045～0.055wt%、cr 20.0～20.5wt%、mo 2.00～2.25wt%、al 0.45～0.70wt%、ti 0.50～0.72wt%、nb1.00～1.20wt%、fe≤0.50wt%、mn≤0.05wt%、si≤0.10wt%、p≤0.010wt%、s≤0.002wt%、cu≤0.05wt%、余量为ni；将c、cr、ni、mo、nb加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将al、ti加入坩埚进行精炼，充氩气，浇铸，得到铸锭；2）将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔，得到电渣锭。2.根据权利要求1所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1480～1500℃。3.根据权利要求1所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）真空熔炼时将1/3～1/2c 加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的c。4.根据权利要求1所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）全熔时间为20～30min，加入剩余c 20～30min后，加入nb，2～10min后，再加入al、ti进行精炼。5.根据权利要求1所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）精炼真空度为1～3pa，精炼时间为65～70min。6.根据权利要求1所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）充氩气的压力为3000～4000pa；浇铸温度为1470～1490℃。7.根据权利要求1所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的熔渣包括69%～71%caf2、14.5%～15.5%al2o3、14.5%～15.5%cao；熔渣加入量为铸锭重量的7%～9%。8.根据权利要求7所述的gh3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）电渣重熔前期造渣阶段加入5～12%的钛白粉，所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～8.5 l /min
；
造渣采用的电压为29-36v，冶炼50min后换为25-30v；冶炼电流为10000-12500a。9.由权利要求1-8任一项所述方法制备得到的gh3039合金电渣锭。10.权利要求9所述的gh3039合金电渣锭，其组分按质量百分比计为：c 0.045～0.055wt%、cr 20.0～20.5wt%、mo 2.00～2.25wt%、al 0.45～0.70wt%、ti 0.50～0.72wt%、nb1.00～1.20wt%、fe≤0.50wt%、mn≤0.05wt%、si≤0.10wt%、p≤0.010wt%、s≤0.002wt%、cu≤0.05wt%、余量为ni。

技术总结
本发明提供一种GH3039合金电渣锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）控制GH3039合金的组分质量百分比；将C、Cr、Ni、Mo加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，加入Nb继续熔炼、再分别将Al、Ti加入坩埚进行精炼，充氩气，浇铸，得到铸锭；2）将铸锭进行滚磨处理后加入渣池，加入熔渣进行电渣重熔，补充钛白粉并充氩气保护，得到电渣锭，该制得的GH3039合金电渣锭成分均匀且表面良好易于热加工。于热加工。


技术研发人员：李成龙 王志凯 钟裕国 王彦良 高剑凯 陈国玲 孙静茹 王植栋 宋彬 荣文凯 赵长虹 王世普 王洁莉 冷晓月 浦益龙
受保护的技术使用者：江苏隆达超合金航材有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/1