[发明专利]一种高铌高温合金大尺寸铸锭的冶炼工艺及高铌高温合金大尺寸铸锭

说明书

本发明公开了一种高铌高温合金大尺寸铸锭的冶炼工艺及高铌高温合金大尺寸铸锭，用于解决高铌高温合金大尺寸铸锭的直径或重量扩大后因偏析加剧形成黑斑和白斑冶金缺陷、因热应力大造成钢锭炸裂以及因真空感应熔炼设备吨位限制造成的钢锭重量无法增大的问题。冶炼工艺包括：真空感应熔炼，制得多支成分相同的真空感应锭，进而制得相同数量的电渣电极，进行交换电渣重熔，再利用所得电渣锭制得自耗电极，然后以该自耗电极为起始原料，进行多次真空自耗重熔。采用该工艺能够实现锭重15吨以上、直径800mm以上的高铌高温合金大尺寸铸锭的制备，最大限度地抑制黑斑和白斑冶金缺陷形成，降低元素偏析程度，有效预防钢锭炸裂。

技术领域

本发明涉及高铌高温合金大尺寸铸锭技术领域，更具体地说，它涉及一种高铌高温合金大尺寸铸锭的冶炼工艺及采用该冶炼工艺制得的高铌高温合金大尺寸铸锭。

背景技术

随着工燃气轮机热效率和功率的提升，200MW级以上的先进重型燃机的透平轮盘材料逐渐由合金钢升级为高温合金。与合金钢相比，高温合金500℃的屈服强度提升40%以上，550℃的100000h持久强度提升300%以上，可以显著提升重型燃机轮盘的高温强度和长时持久性能，有利于简化结构设计，提高可靠性和燃机热效率。

重型燃气轮机透平轮盘的尺寸普遍超过2000mm，所需锻件重量超过10吨，所需铸锭的重量则超过15吨。所制备的透平轮盘要在服役环境下长时可靠服役10万小时以上，对铸锭的冶金质量提出了很高的要求。

对于Nb含量超过3%的706和718合金，欧美生产10吨以上的高温大锭型普遍采用“真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔”的三联冶炼工艺。例如，专利US 20020170386A1给出了一种718及其它合金直径762mm以上大锭型的三联冶炼工艺。三联冶炼设备使用过程中，锭型和电极的直径需要进行匹配，专利中给出了几种锭型和电极的匹配例子。

对于重量超过15吨的高温合金自耗锭，考虑到三联冶炼环节间的损耗（电极车光和平头尾），真空感应锭的重量超过20吨，对真空感应炉和电渣重熔炉的设备能力要求更高。目前，国内生产15吨以上高温合金大锭型的主要技术瓶颈在于，没有公称容量大于20吨级的真空感应熔炼装备，无法制备20吨级以上的单支真空感应电极锭坯。为了解决此问题，适应国内设备情况，只能采用真空感应炉浇注2支10吨级的感应锭，再利用双支臂交换电极重熔，用两个小吨位的短电极制备大吨位的高温合金电渣锭，再通过锻制电极用于后续的真空自耗重熔。

由于706和718等合金的合金化程度高，对自耗重熔冶炼工艺参数十分敏感，参数波动极易产生黑斑、白斑等冶炼缺陷，因而对自耗重熔过程冶炼工艺参数的稳定性要求。然而，采用双支臂交换电极重熔的方法制备大尺寸电渣锭，在电极交换过程中容易形成接注、流钢、成分波动和夹杂等一系列的质量缺陷。即使通过后续的高温扩散退火和电极锻制也无法完全消除上述质量缺陷。在随后的真空自耗重熔过程中，当熔炼至电极接头处时，上述质量缺陷会造成自耗重熔工艺冶炼参数出现波动，进而影响自耗锭的冶金质量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高铌高温合金大尺寸铸锭的冶炼工艺，其能够有效解决高铌高温合金大尺寸铸锭的直径或重量扩大后因偏析加剧形成黑斑和白斑冶金缺陷问题，因热应力大造成的钢锭炸裂问题，以及因电渣重熔设备电极臂吨位限制造成的钢锭重量无法增大的问题，进而能够实现锭重15吨以上、直径800mm以上的高铌高温合金大尺寸铸锭的制备，最大限度地抑制黑斑和白斑冶金缺陷形成，降低元素偏析程度，有效预防钢锭炸裂。

本发明的第二个目的在于提供一种采用上述冶炼工艺制得的高铌高温合金大尺寸铸锭，所得铸锭重量至少可达15吨，未出现热裂，且无黑斑、白斑等冶金缺陷，Al、Ti元素无明显烧损，采用该铸锭所锻造的棒材，经无损探伤检验，发现电渣重熔接头处无异常信号。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高铌高温合金大尺寸铸锭的冶炼工艺，其包括以下步骤：