[发明专利]一种VAR熔炼大锭型GH4742合金的氦气冷却工艺

说明书

本发明涉及一种VAR熔炼大锭型GH4742合金的氦气冷却工艺，所述工艺包括在VAR熔炼的起弧阶段、稳定熔炼阶段、热封顶阶段对氦气通入量的控制。本发明通过在真空自耗熔炼的不同阶段合理控制氦气的流量和压强，从而达到降低合金偏析系数，提高表面质量的效果。本发明通过优化氦气控制工艺，保证了合金具有良好的冷却效果，降低偏析，提高合金的使用性能。

技术领域

本发明涉及合金熔炼技术领域，尤其涉及VAR熔炼大锭型GH4742合金的氦气冷却工艺。

背景技术

GH4742合金具有优异的高温强度，是燃气轮机动力涡轮的关键材料。随着大型燃气轮机的不断发展，对大锭型GH4742合金需求不断提高。然而，由于GH4742合金中含有大量的Al、Nb、Mo等元素，在合金熔炼过程中造成元素分布不均匀，影响合金的使用性能。目前，通常采用VIM+ESR+VAR或VIM+VAR熔炼工艺制备合金，真空电弧炉重熔（vacuum arcremelting, VAR）作为熔炼的最后环节，其冶炼质量直接决定合金的冶金质量。

VAR通过金属自耗电极在直流电弧的高温作用下熔化并在水冷结晶器内自下而上地逐层凝固成锭。熔炼与凝固同时进行，凝固期间因铸锭收缩使锭表皮离开结晶器壁，形成一定真空间隙。这时在真空间隙通过VAR自带的通气装置喷射高热导率的气体(氦气)，锭表面与结晶器壁就形成热传导方式冷却，锭排热速度大大加快，熔速随之提升。不同的氦气通入工艺，造成铸锭收缩间隙内的氦气压力不同，显著影响合金的冷却效果。过小的氦气压力，对铸锭的冷却效果不明显，合金偏析严重。过大的氦气压力，会冲破熔池，使得合金熔炼不稳定，造成冶金缺陷。目前，GH4742合金的真空自耗熔炼氦冷工艺仅通过经验设定一定的氦气压强，造成合金偏析严重，冶金质量较差。

因此，针对以上不足，需要提供一种真空自耗熔炼GH4742合金的氦气冷却工艺。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是目前GH4742合金的VAR氦气冷却工艺仅通过经验设定一定的氦气压强，造成合金偏析严重，冶金质量较差的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种VAR熔炼大锭型GH4742合金的氦气冷却工艺，所述工艺包括在VAR熔炼的起弧阶段、稳定熔炼阶段、热封顶阶段对氦气通入量的控制，所述起弧阶段包括起弧阶段的第一阶段和起弧阶段的第二阶段，具体氦气控制方案如下：

在起弧阶段的第一阶段通入氦气，氦气的流量按如下公式计算：

在起弧阶段的第二阶段氦气的流量按如下公式计算：

在稳定熔炼阶段对氦气通入量的控制采用压强控制，所述氦气压强的计算公式如下：

在热封顶阶段对氦气通入量的控制采用流量控制，所述氦气流量的计算公式如下：

其中，HR₀为起弧阶段的第一阶段氦气流量，mL/min；k₁为常数，取0.04~0.06；D为GH4742合金铸锭的直径，mm；HR₁为起弧阶段第二阶段不同时间的氦气流量，mL/min；L₁为常数，范围为0.007~0.009；t₁为起弧阶段的第二阶段的时间，min；HP为稳定熔炼阶段铸锭收缩间隙中的氦气压强，Pa；k₂为常数，范围为0.8~0.9，为常数，范围为40~43；v为稳定熔炼阶段的熔速，kg/min；HR₂为热封顶阶段的氦气流量，mL/min；L₂为常数，取0.2~0.5；t₂为热封顶时间，min。