[发明专利]一种降低高温合金中氮含量的真空感应熔炼方法

说明书

一种降低高温合金中氮含量的真空感应熔炼方法，属于高温合金冶炼技术领域。将铌这种强氮化物形成元素在化料后期加入，而不是随炉加入，待合金熔体中的N大多已脱除后再加入，从而减少难于分解的氮化物夹杂核心的形成；Al、Ti等易烧损且与N有较强亲和力的元素在精炼后期加入。优点在于：该方法只需调整原材料加入顺序，操作简单，易于实现，可以显著提高实际工业生产中高温合金的冶金质量。

技术领域

本发明属于高温合金冶炼技术领域，特别涉及一种降低高温合金中氮含量的真空感应熔炼方法。

背景技术

高温合金一般使用在600℃以上高温，并且承受较大的复杂应力，使用环境极为苛刻。无论是铸造高温合金还是变形高温合金，其质量及工作性能主要取决于母合金的冶金质量，因此如何获得低杂质高纯净的母合金是极其重要的。高温合金中的N与O、H等被称为残余气体而归为有害元素，该三种有害元素的存在提高合金中夹杂物含量，对合金的性能产生显著的不利影响。

尽管高温合金真空冶炼过程中可以利用碳作为脱氧剂形成活性气泡脱氧和脱氮，但由于氮和高温合金中的主要沉淀强化元素(如Al、Ti和Nb等)具有很强的亲和力，去氮并非易事。通常通过严格筛选原材料、提高真空度等手段来降低高温合金中的N，可接受的N含量水平是20～40ppm。随着技术的发展，对合金的冶金质量要求越来越严格，N含量的控制目标是10～20ppm以下。高温合金中含N量随Cr含量提高而线性增加，高Cr的抗热腐蚀铸造高温合金和变形高温合金中往往N含量偏高，因此必须通过改进冶炼工艺来进一步降低合金中的N含量。在镍基高温合金溶体中，N以固溶状态和氮化物颗粒团簇形式存在，“金属中的氮”冶金工业出版社，1981；“Solubility of nitrogen in liquid nickel-based alloys”《Metall Mater Trans B》，2001,32(12):1103-1112等研究已证实，N在镍基合金溶体中的固溶度[N]遵循Sievert定律：

式中：为N2的分压，Pa；fN为镍基合金液中N的活度系数；K为平衡常数。

Nb、Al、Ti等与N亲和力较强的元素，降低N的活度系数fN，显著增加N在镍基高温合金液中的溶解度[N]，增加脱N困难。

高温合金传统的真空冶炼方法是将除Al、Ti、B等易烧损元素外的其他元素一起随炉加入，通过加入随炉碳的方法在熔炼过程中去气[专利：CN101994019A]，所需精炼温度高、精炼时间长，并且往往只对脱氧起作用，脱氮效果并不明显。而采用经脱气处理的高纯净度原料进行真空感应熔炼能够获得低杂质含量的母合金[专利：CN1552928A]，该方法工艺复杂，且极大提高了熔炼成本，降低产品的市场竞争力，因此，有必要需找一种简单可行、易于实现的降低高温合金中N含量的真空感应熔炼方法。

发明内容