一種鈷基高溫合金的電渣重熔渣系的製作方法

2023-05-07 16:00:16 1

本發明涉及鈷基高溫合金冶煉領域，特別涉及一種鈷基高溫合金的電渣重熔渣系。
背景技術：
：鈷基高溫合金是含鈷量40～65％的奧氏體高溫合金。在730～1100℃條件下具有一定的高溫強度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化能力，特別是在1000℃以上顯示出比其他高溫下優異的抗熱腐蝕性能。適於製作航空噴氣發動機、工業燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導向葉片和噴嘴導葉以及柴油機噴嘴等。鈷基高溫合金中含有稀土元素的如GH188合金，該合金中具有的微量稀土元素La，能提高合金的成形等工藝性能，且改善合金氧化皮的緻密性、連續性、穩定性及粘附力，從而提高GH188合金的高溫抗氧化性能，此外，微量元素La還可以提高GH188合金的高溫持久性能。目前高溫合金電渣重熔廣泛使用的渣系是CaF2-CaO-Al2O3三元渣系、CaF2-CaO-Al2O3四元渣系及CaF2-CaO-A12O3-MgO-SiO2五元渣系，這些渣系中均有一定量的CaO。渣系中加入CaO增大了渣系的鹼度，能提高脫硫效率，並降低渣的電導率。但是CaO吸水性強，熔煉過程中易帶入氧。採用上述渣系熔煉加工GH188合金時，一般是先將稀土金屬La加入電極棒中或將稀土金屬La塗在電極棒上，電渣重熔過程中稀土元素La在感應電極棒溶滴形成過程的合金溶滴/渣界面、溶滴形成後在渣液中過濾期間的合金溶滴/渣界面、以及鋼液溶池與渣液的鋼液/渣界面發生燒損，燒損率達到90％以上，使電渣鋼中稀土元素含量甚微，發揮不出稀土元素對鋼材性能的良好作用，造成GH188合金中稀土元素La的成分難以精確控制，而且還容易造成合金中成分波動、分布不均的問題。此外，由於渣系中氧含量增加，還造成氧化物夾雜物數量增多，影響合金的整體性能。因此，如何控制電渣重熔過程中渣系的氧含量、降低稀土元素La的燒損量是目前本領域技術人員亟待解決的問題。技術實現要素：本發明的目的是提供一種鈷基高溫合金的電渣重熔渣系，使用該渣系電渣重熔製備的鈷基高溫合金中的氧含量低、非金屬夾雜物少，稀土元素La的燒損率大幅下降，製備的鈷基高溫合金各成分均勻、稀土元素含量精確，有效保證了鈷基高溫合金的高溫抗氧化、高溫持久等性能。本發明的技術方案是：鈷基高溫合金的電渣重熔渣系，該渣系各組分的重量百分比為：上述鈷基高溫合金的電渣重熔渣系各組分的優選重量百分比為：上述雜質包含SiO2、MnO、TiO2、CaO、FeO，其中SiO2≤0.5％，MnO≤0.2％，TiO2≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％。本發明提供的電渣重熔渣系，組分MgO在渣池表面形成一層半凝固膜，防止渣池吸氧，並防止渣系中變價氧化物向金屬熔池內傳遞供氧，使冷卻得到的重熔電渣鋼錠氧含量降低。組分MgO形成的半凝固膜隔絕大氣中的氧後，易氧化元素(如稀土元素La)的燒損率大幅度降低，提高了重熔電渣鋼錠各成分的均勻性，電渣重熔過程中降低氧化夾雜物的效果明顯，組分MgO形成的半凝固膜還可減少渣系表面向大氣輻射的熱損失，提高電能利用率。若渣系中組分MgO含量過低則無法實現上述有益效果，若渣系中組分MgO含量過高會使熔渣的粘度升高，導致脫硫效果差等問題。故，鈷基高溫合金電渣重熔體系中組分MgO含量控制在10％以內。本發明提供的電渣重熔渣系的組分La2O3，可改善重熔電渣鋼錠的表面質量，自耗電極棒熔融形成的合金液滴穿過渣池的過程中，部分La2O3被還原成La進入合金液滴中，還可補充稀土元素La燒損造成的損失量，使稀土元素La在重熔電渣鋼錠中的含量穩定，保證重熔電渣鋼錠的高溫抗氧化性能和高溫持久性能。若渣系中組分La2O3含量過低則無法實現上述有益效果，若渣系中組分La2O3含量過高會影響重熔電渣鋼錠的電導率及熔點，從而導致重熔效率低及成分偏析等問題。故，鈷基高溫合金電渣重熔體系中組分La2O3含量控制在8％以內。相對於傳統渣系(如CaF2-CaO-Al2O3三元渣系、CaF2-CaO-Al2O3四元渣系及CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2五元渣系)，本發明提供的電渣重熔渣系具有以下優點：1)本發明提供的電渣重熔渣系不含有CaO組分，避免了傳統渣系易吸水、帶氧的缺陷，能有效降低重熔電渣鋼錠中氧元素的含量，保證重熔電渣鋼錠的表面質量良好。2)採用本發明的渣系熔煉鈷基高溫合金過程中，合金中稀土元素的燒損率顯著下降，使合金中的稀土元素成分及含量得到有效控制，提高合金的高溫持久性能。3)採用本發明的渣系熔煉製得的重熔電渣鋼錠中各成分均勻性良好，增強合金的高溫抗氧化等性能。本發明所用CaF2、Al2O3、MgO、La2O3均為純度為99.5％的市售產品。具體實施方式實施例11)自熔電極棒的製備取表1各組分，總重31kg，採用真空感應熔煉並澆注製備成φ100mm的GH188鈷基高溫合金鋼錠自熔電極棒。表1GH188高溫合金的成分配比表wt％CSiMnLaCrWNiCo0.0990.360.770.2122.2114.6622.27餘量2)配置電渣重熔渣系稱取CaF24.02kg、Al2O31.02kg、MgO0.6kg、La2O30.36kg，其中雜質總量小於1.5％，雜質為不可避免的雜質，包括MnO、TiO2、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO2≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％。配置成總重為6kg的電渣重熔渣系。3)電渣重熔將配置好的電渣重熔渣料混合均勻，在800℃條件下烘烤4小時後，用石墨電極棒化渣，至渣料熔融狀態後倒入直徑為160mm的結晶器中。採用單立柱單臂電渣爐，將真空感應熔煉製得的GH188鈷基高溫合金鋼錠自熔電極棒插入熔融的渣料中，通電起弧，調整熔煉電壓38-43V，電流3000-3500A。自熔電極棒受電阻熱作用緩慢下降並熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料，在結晶器底部重新結晶得重熔電渣鋼錠，熔煉完畢前，熱補縮4次，製備得到φ160mm電渣重熔鋼錠。製備得到的電渣重熔鋼錠經測試，氧含量為0.0016％，稀土元素La的含量為0.034％，電渣重熔鋼錠不同部位中La含量差異小於0.003％，電渣重熔鋼錠表面質量良好。與採用傳統CaF2-CaO-Al2O3三元渣系及CaF2-CaO-Al2O3-MgO四元渣系製備得到的電渣重熔鋼錠相比，實施例1製備的電渣重熔鋼錠中的氧含量從0.0032％降低到為0.0016％；稀土元素La從0.0074％提高到為0.034％。實施例1製備的電渣重熔鋼錠具有更優的高溫抗氧化性能和高溫持久性能。實施例21)自熔電極棒的製備取表2各組分，總重31kg，採用真空感應熔煉並澆注製備成φ100mm的GH188鈷基高溫合金鋼錠自熔電極棒。表2GH188高溫合金的成分配比表wt％CSiMnLaCrWNiCo0.0990.360.770.2122.2114.6622.27餘量2)配置電渣重熔渣系稱取CaF24.14kg、Al2O31.2kg、MgO0.42kg、La2O30.24kg，其中雜質總量小於1.5％，雜質為不可避免的雜質，包括MnO、TiO2、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO2≤0.2％，CaO≤0.1％，FeO≤0.3％。配置成總重為6kg的電渣重熔渣系。3)電渣重熔將配置好的電渣重熔渣料混合均勻，在800℃條件下烘烤4小時後，用石墨電極棒化渣，至渣料熔融狀態後倒入直徑為160mm的結晶器中。採用單立柱單臂電渣爐，將真空感應熔煉製得的GH188鈷基高溫合金鋼錠自熔電極棒插入熔融的渣料中，通電起弧，調整熔煉電壓38-43V，電流3000-3500A。自熔電極棒受電阻熱作用緩慢下降並熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料，在結晶器底部重新結晶得重熔電渣鋼錠，熔煉完畢前，熱補縮4次，製備得到φ160mm電渣重熔鋼錠。製備得到的電渣重熔鋼錠經測試，氧含量為0.0014％，稀土元素La的含量為0.038％，電渣重熔鋼錠不同部位中La含量差異小於0.004％，電渣重熔鋼錠表面質量良好。與採用傳統CaF2-CaO-Al2O3三元渣系及CaF2-CaO-Al2O３-MgO四元渣系製備得到的電渣重熔鋼錠相比，實施例2製備的電渣重熔鋼錠中的氧含量從0.0031％降低到為0.0014％；稀土元素La從0.0067％提高到為0.038％。實施例2製備的電渣重熔鋼錠具有更優的高溫抗氧化性能和高溫持久性能。實施例31)自熔電極棒的製備取表3各組分，總重31kg，採用真空感應熔煉並澆注製備成φ100mm的GH188鈷基高溫合金鋼錠自熔電極棒。表3GH188高溫合金的成分配比表wt％CSiMnLaCrWNiCo0.0990.360.770.2122.2114.6622.27餘量2)配置電渣重熔渣系稱取CaF24.2kg、Al2O31.08kg、MgO0.54kg、La2O30.18kg，其中雜質總量小於1.5％，雜質為不可避免的雜質，包括MnO、TiO2、CaO、FeO，其中MnO≤0.2％，TiO2≤0.2％，CaO≤0.1％，Fe0≤0.3％。配置成總重為6kg的電渣重熔渣系。3)電渣重熔將配置好的電渣重熔渣料混合均勻，在800℃條件下烘烤4小時後，用石墨電極棒化渣，至渣料熔融狀態後倒入直徑為160mm的結晶器中。採用單立柱單臂電渣爐，將真空感應熔煉製得的GH188鈷基高溫合金鋼錠自熔電極棒插入熔融的渣料中，通電起弧，調整熔煉電壓38-43V，電流3000-3500A。自熔電極棒受電阻熱作用緩慢下降並熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料，在結晶器底部重新結晶得重熔電渣鋼錠，熔煉完畢前，熱補縮4次，製備得到φ160mm電渣重熔鋼錠。製備得到的電渣重熔鋼錠經測試，氧含量為0.0015％，稀土元素La的含量為0.036％，電渣重熔鋼錠不同部位中La含量差異小於0.004％，電渣重熔鋼錠表面質量良好。與採用傳統CaF2-CaO-Al2O3三元渣系及CaF2-CaO-Al2O3-MgO四元渣系製備得到的電渣重熔鋼錠相比，實施例3製備的電渣重熔鋼錠中的氧含量從0.0033％降低到為0.0015％；稀土元素La從0.0065％提高到為0.036％。實施例3製備的電渣重熔鋼錠具有更優的高溫抗氧化性能和高溫持久性能。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp