[发明专利]精炼含氮金属合金的工艺

说明书

本发明涉及一种在炉中使用自耗电极的电弧重熔来精炼含氮金属合金的工艺，所述工艺包括如下步骤：提供所述金属合金的自耗电极；提供第二电极；在所述炉内提供受控气氛；在所述自耗电极和所述第二电极之间触发电弧，以熔化所述自耗电极，从而形成熔化的金属合金池；维持所述自耗电极与所述熔化的金属合金池之间的所述电弧；将所述熔化的金属合金输送到模具中，并且铸造精炼的金属合金锭，其中，提供受控气氛包括在1Pa至500Pa的Ar气压下使Ar气流动通过所述炉。

技术领域

本发明涉及一种使用自耗电极的电弧重熔来精炼含氮金属合金的工艺。

背景技术

真空电弧重熔(VAR)是一种用于精炼金属合金以获得更好的抗蠕变性和抗疲劳性的工艺。在VAR工艺中，将待精炼的金属合金的自耗电极放置在VAR炉的真空室中，在自耗电极的下方设置第二电极，并且在电极之间触发电弧。由此，自耗电极开始熔化，并且形成了熔化的金属合金池。在自耗电极和熔化的金属合金池之间维持电弧，熔化的金属合金被输送到模具中，并且铸造出了精炼的金属合金锭。US4578795公开了VAR工艺和VAR炉的示例。

特别地，VAR用于精炼如下金属合金，所述金属合金将用于例如航空航天应用中，或石油和天然气产业中，如不锈钢合金、基于铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni)的超合金以及高合金化的钢合金。在VAR工艺中，可以从金属合金中去除非金属夹杂物以及有害元素和挥发性元素。然而，在VAR工艺中，由于VAR炉内的低压，所以对金属合金有有益影响的挥发性元素也可能挥发和损失。例如，金属合金的含氮(N)量通常在VAR工艺期间降低。在很多情况下，不可能的是，在不超过金属合金的氮溶解度的情况下增加自耗电极的金属合金中的氮含量，从而形成气泡。气泡由于在炉室内引起振动和不稳定的真空压力而对VAR工艺产生负面影响。

对于一些合金，在炉内在例如30kPa的Ar气压的情况下进行电弧重熔，以减少氮的损失。然而，已经发现这会导致不稳定的电弧和大量的振动，这限制了可能产生的锭的尺寸。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种使用自耗电极的电弧重熔来精炼含氮金属合金的工艺，该工艺至少在一些方面克服了上述缺点。特别地，目的是提供一种可以通过其减少金属合金的氮含量下降的工艺，使得精炼的金属合金可以获得与精炼前的金属合金的氮含量接近的氮含量。

至少第一目的通过根据权利要求1的工艺来实现。在从属权利要求中公开了该工艺的有利实施方式。

通过使Ar气在1Pa至500Pa的相对低的压力下流动通过炉，防止了氮(N)的挥发，并且由此降低了电弧重熔工艺期间的金属合金中的N的减少。精炼的金属合金可以获得与自耗电极的未精炼的金属合金的N含量接近的N含量。

氩(Ar)压以及其它工艺参数(如自耗电极与熔化的金属合金池之间的电弧电压和电极间隙)应使得在自耗电极与熔化的金属合金池之间维持稳定且扩散的电弧。Ar气压应该足够低，使得不产生等离子体。等离子体可能导致电弧变窄，从而变得静止，致使自耗电极的不良熔化以及增加的氮挥发。通过使Ar气压保持足够低，电弧能够快速扫描自耗电极表面，从而使熔化工艺更容易被控制。

根据一个实施方式，Ar气压(P_Ar)＞2Pa。根据另一个实施方式，P_Ar≥5Pa。根据另一个实施方式，P_Ar≥10Pa。根据另一个实施方式，P_Ar≥20Pa，根据又一个实施方式，P_Ar≥50Pa。足够Ar气压的存在将保证实现目标的技术效果，即，显著防止金属合金中的N挥发。

如上所述，Ar气压不应太高。根据一个实施方式，P_Ar≤500Pa。根据一个实施方式，P_Ar≤400Pa。根据一个实施方式，P_Ar≤300Pa。根据一个实施方式，P_Ar≤200Pa。