[发明专利]一种镍基高温合金GH4698大规格铸锭的三联冶炼工艺

摘要

一种镍基高温合金GH4698大规格铸锭的新型三联冶炼工艺，具体为：优化目前GH4698合金双联熔炼的传统工艺路线，采用真空感应熔炼（VIM）+保护性气氛电渣熔炼（ESR）+真空自耗熔炼（VAR）新型三联冶炼工艺生产大规格铸锭，通过对VIM电极增加保护性气氛电渣二次重熔，可大幅降低成品铸锭中的S含量，提高后续真空自耗成品熔炼过程的稳定性；采用本发明可以得到成分均匀性更好、杂质元素O、N、S含量更低的GH4698合金大规格铸锭。

主权项

1.一种镍基高温合金GH4698大规格铸锭的三联冶炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，真空感应熔炼VIM1）原材料：根据成分配比确定原材料种类和重量如下：镍板4288‑4420kg，真空脱气铬870‑948kg、钛锭155‑168kg、铝锭90‑105kg、钼条174‑186kg、镍铌中间合金185‑200kg，其中Nb元素质量分数为65%、镍硼中间合金1.50‑1.80kg，其中B元素质量分数为16%、镍镁中间合金6‑10kg，其中Mg元素质量分数为20%、镍铈中间合金0.8‑1.2kg，其中Ce元素质量分数为25%，海绵锆1.5‑3.0kg、石墨碳2.4‑3.6kg；采用规格为8t的坩埚；钢锭模规格为Φ470mm；投料量为6t；2）熔炼：真空感应熔炼可分为五个阶段：冷加料烘烤→第一精炼期→第二精炼期→添加易挥发易烧损原材料→浇钢；首先将原材料中的镍板、石墨碳、金属铬、钼条、镍铌中间合金进行开炉冷加料，按顺序由下向上依次平铺在坩埚底部，加料完成后封炉抽空，待真空度低于0.25mbar后，以100‑300kW低功率进行烘烤0.5‑2h，该阶段主要是将原材料表面及坩埚耐材的气体排出；缓慢增加功率至500‑800kW直至物料全部熔清进入第一精炼期，控制第一精炼期温度范围T₁=1510‑1560℃，精炼时间1‑3h，真空度≤0.1mbar，同时进行电磁搅拌，增强物料熔清速度同时可使钢液成分更均匀；降低功率至50‑100kw待钢液表面结膜后加入Al锭和Ti锭，然后以150‑300kw功率加热，物料全部熔清后进入第二精炼期，控制第二精炼期温度范围T₂=1410‑1480℃，精炼时间1‑2h，真空度≤0.1mbar，同时进行电磁搅拌；降低功率至30‑80kW保温，充入150‑300mba 压力的Ar气后加入NiB、NiMg、海绵Zr，10‑15min后进行测温，并调节功率至浇注温度T₃=1520‑1580℃后进行浇钢；步骤2，保护性气氛电渣熔炼ESR1）渣系：CaF₂:MgO:Al₂O₃:CaO=65%:5%:20%:10%；渣量：90‑120kg；选择规格为Φ580mm的铜结晶器；2）ESR熔炼：保护性气氛电渣熔炼可分为三个阶段：化渣阶段→稳态阶段→热封顶阶段；首先将渣料装入加渣仓，并设定加渣工艺参数，初始加渣量20‑50%，送电后2‑5min开始补给加渣，补给加渣时间15‑20min；化渣阶段采用功率+渣阻控制，化渣功率为300‑600kW，渣阻为3‑6mohm，功率和渣阻均采用先快速增加后缓慢降低的趋势，目的是快速形成渣池然后逐渐向稳态阶段过渡，化渣阶段总持续时间50‑80min；稳定熔炼阶段采用熔速+渣摆控制，熔速240‑360kg/h，渣摆0.15‑0.36mohm，并通入0.2bar压力的Ar气保护，避免熔炼过程中钢液与空气中的氧气和氮气接触；热封顶阶段采用功率+渣阻控制，功率从稳态功率缓慢降低至稳态的30‑45%，渣阻从稳态渣阻逐渐增加至稳态的160‑180%，热封顶起始重量180‑240kg，结束重量30‑50kg；步骤3，真空自耗熔炼VAR1）采用规格Φ660mm的铜结晶器；预真空<0.1Pa，漏率<0.5Pa/min；2）VAR熔炼：真空自耗熔炼可分为三个阶段：起弧阶段→稳态阶段→热封顶阶段；预真空和漏率达到要求后，设定工艺参数开始熔炼；起弧阶段采用电流+熔滴控制，电流3.0‑12kA，电压23.0‑24.2V，电流采用先快速增加后缓慢降低的趋势，起弧阶段时间为60‑80min；稳态阶段采用熔速+熔滴控制，熔速4.0‑4.8kg/min，熔滴4‑6 1/s，同时通入He气，压力控制为500‑1000Pa；热封顶阶段采用电流+熔滴控制，电流从稳态电流逐渐降低至1.4‑2.0kA，熔滴由稳态熔滴数增加到10‑16 1/s，热封顶起始重量300‑350kg，结束重量50‑80kg；获得大规格GH4698高温合金铸锭。