[发明专利]一种铸造高温合金及其熔炼方法

说明书

本发明公开了一种铸造高温合金及其熔炼工艺，该铸造高温合金的化学成分按质量百分比为C 0.12‑0.16％，Mo 5.2‑5.6％，Nb 2.8‑3.0％，Cr 10.0‑12.0％，Al 4.5‑5.5％，Ti 1.2‑1.4％，B 0.013‑0.015％，O≤0.0010％，N≤0.0010％，S≤0.0015％，余量为Ni及不可避免的杂质元素。本发明公开的高温合金使用一台真空感应炉，采用两次熔炼进行生产。第一次熔炼通过加入一定量CaO的方法获得S含量低于10ppm的原料圆棒。第二次熔炼采用四次C合金化且第二次C合金化利用底吹氩搅拌、二次精炼等方法获得O、N含量均低于10ppm的成品圆棒。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及到一种铸造高温合金及其熔炼方法。

背景技术

铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金，镍基铸造高温合金是指含镍量大于50％的铸造高温合金。高温合金铸件成型主要采用两次熔炼的方法，第一次熔炼将原材料熔炼成铸造高温合金母合金锭，第二次熔炼将母合金快速重熔浇注成需要的铸件形状。第二次熔炼无钢液净化过程，因此第一次熔炼所获得的母合金锭质量决定着最终铸件的性能。

铸造高温合金中的O、N、S等被称为残余元素而归为有害元素，O、N、S含量的增加对高温合金高温拉伸强度、塑性、持久性能、蠕变等性能产生不利影响，通常要求第一次熔炼所获得的母合金锭中O、N、S含量越低越好。真空冶金过程中，除精选原材料外无法同时将O、N、S含量降低到较低水平。而精选原材料既会大大的提高生产成本，同时又会提高原料选购难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造高温合金及其熔炼方法，整个工艺过程在一台真空感应炉中完成，使用普通原材料，采用两次熔炼的方法。第一次熔炼通过加入一定量CaO的方法获得S含量低于10ppm的原料圆棒。第二次熔炼采用四次C合金化且第二次C合金化利用底吹氩搅拌、二次精炼等方法获得O、N含量均低于10ppm的成品圆棒。两次熔炼的浇注过程均使用具有挡渣功能的预制中间包，具有挡渣功能的预制中间包参见专利ZL201620940467.9，获得纯净度较高的合金材料。所得材料常温、650℃和760℃条件下铸态性能σ_b≥950MPa，σ_p0.2≥750Mpa，δ≥6％；980℃、152N/mm²条件下持久性能δ≥6％，时间≥35h。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铸造高温合金，化学成分为C 0.12-0.16％，Mo 5.2-5.6％，Nb 2.8-3.0％，Cr10.0-12.0％，Al 4.5-5.5％，Ti 1.2-1.4％，B 0.013-0.015％，O≤0.0010％，N≤0.0010％，S≤0.0015％，余量为Ni及不可避免的杂质元素。

上述铸造高温合金的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，采用二次熔炼的方法。

第一次熔炼的成分要求为Mo 5.2-5.6％，Nb 2.8-3.0％，Cr 10.0-12.0％，O≤0.010％，N≤0.0025％，S≤0.0010％，余量为Ni及不可避免的杂质元素。具体步骤包括：

(1)原料熔化：经过表面处理的金属Mo条、电解Ni板、金属Nb条，金属Cr和总投炉重量3-5％CaO粉末随炉加入，CaO放于炉底，合炉抽空后通电熔化随炉料，熔化速率为0.5-1kg/min，基本确保随炉料熔化后以液滴的方式通过CaO层；

(2)精炼：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1520-1540℃，精炼30-40min；

(3)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，带电浇注成直径40-70mm的圆棒，在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包，过滤掉CaO浮层，脱模后的圆棒经去头去尾和表面扒皮后备用。