[发明专利]一种镍基高温合金脱氮的方法

说明书

本发明公开了一种镍基高温合金脱氮的方法，该方法包括精选冶炼原材料，采用ZG‑0.025型真空感应熔炼炉熔炼Inconel690合金铸锭，其工艺参数为：抽真空至0.01Pa，10～15kW：10～20min；20～25kW直到熔化；真空度≤0.05Pa，精炼10min，电磁搅拌；真空下降低功率冷冻放气，再升温，反复2‑3次；高真空充入高纯氩气，调整温度，加入脱氧元素硅、铝及易挥发元素锰，电磁搅拌后加入微合金化元素铌、钛和钼，电磁搅拌；降低功率，浇注，冷却取出铸锭，切除冒口。本发明工艺流程容易实现，安全稳定可靠，可获得的铸锭氮含量≤10ppm。

技术领域

本发明涉及镍基高温合金脱氮技术领域，具体是一种高真空感应熔炼+预制氧化钙坩埚+高纯金属铬的脱氮方法。

背景技术

镍基合金因具有优异的耐腐蚀和抗高温氧化性能，常常用于使用条件苛刻，安全性要求高的设备。随着我国经济的持续、高速发展，装备制造业已经成为国民经济的支柱产业，装备制造业发展的突出特征是：单机设备参数越来越高，使用条件越来越苛刻，对安全性要求越来越高。焊接作为现代工业的关键制造工艺，焊接接头质量是保证工业装备安全性的关键。为满足大型工业装备日益增加的性能要求，国内对镍基焊接材料的需求增长很快，目前，镍基焊接材料的需求量已经从十年前的300~400吨/年，增加到3000~4000吨/年，需求量增长了十倍。

焊接裂纹敏感性大、接头性能受微量元素影响大、焊接气孔敏感性强是镍基焊接材料的重要特点，也是材料研制的技术关键。解决这些技术难题的主要手段是严格控制焊接材料的气体含量和成分波动，严格限制杂质元素的含量，即研制高纯焊接材料，技术上常采用真空冶炼+精炼工艺(如AOD、VOD、ESR等)。由于需求量的原因，国内顶级钢铁企业虽具备生产镍基焊接材料的技术能力，但不关心镍基焊接材料的开发，也没有相关的产品；而少数小型企业，虽然关注镍基焊接材料的市场，但由于技术实力有限，难以研制出合格的特种镍基焊接材料，因此，现有镍基焊接材料基本依赖进口。

镍基焊接材料的另一个特点是接头质量和焊接工艺的稳定性密切相关，技术发展趋势是自动化焊接的比例越来越高，这不仅要求焊接材料（如焊丝）满足对应的成分要求，还要求焊丝具备优异的工艺性能，如焊丝表面状态、几何尺寸和物理性能的稳定性。这些要求对焊丝的制造工艺提出了更高的要求，在焊丝表面粗糙度控制，焊丝表面涂层和拉丝工艺等方面提出了新的要求。国际上少数大公司已掌握上述技术，使得其产品能够顺利地进入中国市场；国内尚无相关的生产经验，为使镍基焊接材料实现国产化，就必须通过开发、研制，掌握上述关键技术。

镍基合金中氮的危害主要体现在：钢液冷却过程中溶解的氮将以气体状态析出，并以气泡或疏松的形式存在于钢中，从而破坏了钢的致密性，造成低倍缺陷。氮在固态钢中能形成各种氮化物，如氮化铬、氮化铝、氮化钛及氮化锆，以及相应的氰化物等。这些氮化物的存在使合金的塑性下降，使之产生脆性。从而降低了金属的加工塑性和力学性能。这些氮化物是硬而脆的夹杂物，金属基体变形时它们不产生变形。因此，在氮化物周围很容易产生裂纹，这些裂纹发展下去将导致金属破断。氮在合金中能使强化相的形成数量减少，从而降低了金属的室温或高温强度。尤其是在含有铝、钛的镍基高温合金中主要强化相是Ni₃Al或Ni₃Ti，合金中的氮将使一部分铝和钛形成氮化铝和氮化钛，从而减少了强化相的数量，增加了夹杂物数量，最终导致金属的热强性下降。因此控制和减少氮元素的含量是真空冶炼相关技术是镍基焊接材料技术的关键，本发明方法就是针对这一技术难题进行的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种镍基高温合金脱氮的方法，该方法获得致密的含氮量超低的合金铸锭。

本发明是通过以下技术方案实现：一种镍基高温合金脱氮的方法，该方法包括：

（1）精选冶炼原材料，包括纯铁、金川镍、高纯金属铬、金属钼、硅、电解锰、金属铝、金属铌和钛，纯铁表面酸洗除锈，原材料烘干，钢锭模和保温冒及浇杯高温烘干；