具有锻打高成材率的镍基合金及其冶炼工艺

摘要

本发明涉及一种具有锻打高成材率的镍基合金，其中以质量百分数计，所述的合金包括：铁为4.0％～7.0％，锰≤1.0％，碳≤0.01％，硅≤0.08％，硫≤0.03％，铬为14.5％～16.5％，钼为15.0％～17.0％，磷≤0.04％，钨为3.0％～4.5％，钴≤2.5％，钒为0.35％，钛微量，稀土元素微量，镧微量，余量为镍。本发明还涉及具有锻打高成材率的镍基合金的冶炼工艺。采用了本发明的具有锻打高成材率的镍基合金及其冶炼工艺，减少氧气、氢气等气体对冶炼过程的影响，在冶炼工艺的末期结束前5～10分钟温度为1450℃时，加入微量的金属钛和稀土元素，抑制加热锻打过程中奥氏体的形变再结晶，增强钢材热塑性和致密性，大大提高了C‑276的成材率。

权利要求

1.一种具有锻打高成材率的镍基合金的冶炼工艺，其特征在于，所述的冶炼工艺主要包括以下步骤：(1)烘烤原材料镍板、纯铁、金属铬、金属钼、金属钨、钴板和辅助材料铝板、金属锰、金属钛、混合稀土，在400℃的高温下烘烤3h，所述的烘烤的原材料的质量分别为镍板130kg、纯铁12kg、金属铬40kg、金属钼40kg、金属钨12kg、钴板8kg，烘烤的辅助材料的质量分别为铝板0.2kg、金属锰2kg、金属钛0.2kg、混合稀土0.2kg；

(2)将烘烤后的所述的原材料投入真空冶炼炉中，将所述的辅助材料中的铝板、金属锰投入所述的真空冶炼炉中的第一储存处，将所述的辅助材料中的金属钛、混合稀土投入所述的真空冶炼炉中的第二储存处，对所述的真空冶炼炉进行抽真空，至真空度达到10～

8Torr；

(3)通电，在2h内使冶炼炉升温至1400℃，进行熔炼和化料，所述的原材料由固态转化为液态；

(4)将作为还原剂用的所述的辅助材料铝板、金属锰从第一储存处加入真空冶炼炉中，保持冶炼炉温度为1200～1300℃，进行脱氧、脱硫、取气，保持1～2h；

(5)在冶炼结束前5～10分钟，温度为1450℃时，将所述的金属钛和混合稀土从第二储存处加入真空冶炼炉中，继续冶炼5～10分钟，即完成冶炼过程。

说明书

具有锻打高成材率的镍基合金及其冶炼工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及合金技术领域，特别涉及镍基合金的技术领域，具体是一种具有锻打高成材率的镍基合金及其冶炼工艺。

背景技术

[0002] Hastelloy C-276(以下简称c-276)是美国哈氏合金国际公司生产和研发的高温合金，主要用铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo、不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合，在国内外已广泛应用于航天、石油、化工、环保等诸多领域。但是，国外C-276的造价昂贵，起订量大，制造和运输周期长。所以国内只有少数的特殊场合才会使用。

[0003] 我国为了改变在高温合金领域的空白，在上世纪六、七十年代开始自主研发高温合金，其中又以C-276的耐蚀性能最具典型性。但是，C-276在锻打成形时经常出现横向或纵向裂痕，表面也容易出现细裂纹，严重降低了成材率和收得率。

[0004] 在国内冶炼C-276一般采用真空加电渣，成材率相对偏低。锻打之后经超声波探伤，完全合格的型材只有50％，稍高些也只有70％。而且后道加工做成成品之后很有可能表面依旧显现牛毛纹或表面光亮度粗糙，等同不合格，无形之中增加了用户的生产成本和周期。

发明内容

[0005] 本发明为了解决上述问题，提供一种增强钢材热塑性和致密性且大大提高合金的成材率的具有锻打高成材率的镍基合金及其冶炼工艺。

[0006] 为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种具有锻打高成材率的镍基合金，其主要特点是：

[0007] 以质量百分数计，所述的合金包括：铁为4.0％～7.0％，锰≤1.0％，碳≤0.01％，硅≤0.08％，硫≤0.03％，铬为14.5％～16.5％，钼为15.0％～17.0％，磷≤0.04％，钨为3.0％～4.5％，钴≤2.5％，钒为0.35％，钛微量，稀土元素微量，镧微量，余量为镍以及在冶炼过程中的不可避免的杂质元素。

[0008] 本发明还提供了一种具有锻打高成材率的镍基合金的冶炼工艺，其主要特点是，所述的冶炼工艺主要包括以下步骤：

[0009] (1)烘烤原材料镍板、纯铁、金属铬、金属钼、金属钨、钴板和辅助材料铝块、金属锰、金属钛、混合稀土，在400℃的高温下烘烤3h；

[0010] (2)将烘烤后的所述的原材料投入真空冶炼炉中，将所述的辅助材料中的铝块、金属锰投入所述的真空冶炼炉中的第一储存处，将所述的辅助材料中的金属钛、混合稀土投入所述的真空冶炼炉中的第二储存处，对所述的真空冶炼炉进行抽真空，至真空度达到10～8Torr；

[0011] (3)通电，在2h内使冶炼炉升温至1400℃，进行熔炼和化料，所述的原材料由固态转化为液态；

[0012] (4)将作为还原剂用的辅助材料铝板、金属锰从第一储存处加入钢液中，保持冶炼炉温度为1200～1300℃，进行脱氧、脱硫、取气，保持1～2h；

[0013] (5)在冶炼结束前5～10分钟，温度为1450℃时，将所述的金属钛和稀土元素从第二储存处加入钢液中，继续冶炼5～10分钟，即完成冶炼过程。

[0014] 较佳地，所述的步骤(1)中烘烤的原材料的质量分别为镍板130Kg、纯铁12Kg、金属铬40kg、金属钼40kg、金属钨12kg、钴板8kg，烘烤的辅助材料的质量分别为铝板0.2Kg、金属锰2kg、金属钛0.2kg、混合稀土0.2kg。

[0015] 本发明的应用有益效果在于：与传统的冶炼工艺相比，本发明提供的冶炼方法将冶炼炉的真空度抽到10～8Torr，减少氧气、氢气等气体对冶炼过程的影响；在锻造温度和时间上控制严格，在冶炼工艺的末期结束前5～10分钟温度为1450℃时，加入微量的金属钛和稀土元素，使金属钛和稀土元素更好的熔化，加入金属钛为了抑制在加热锻打过程中奥氏体的形变再结晶，并阻止其晶粒扩大化，对钢起到强化沉淀的作用；稀土可以强化晶界，增强了钢材热塑性和致密性，细化了晶粒度，大大降低了气体和夹杂物对钢材的影响，且本发明采用分层次加入还原剂和金属钛、稀土，使其更好地与钢液接触并作用，和同类相比较，采用了本发明的冶炼工艺锻打的成材率达到90％，甚至更高，大大提高了C-276的成材率。

附图说明

[0016] 图1为本发明的具有锻打高成材率的镍基合金中加入钛和未加钛晶项排列对比图。

[0017] 图2为本发明的具有锻打高成材率的镍基合金中加入稀土和未加稀土晶项组织对比图。

[0018] 图3为本发明的具有锻打高成材率的镍基合金冶炼工艺流程的示意图。

具体实施方式

[0019] 为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

[0020] 本发明的具有锻打高成材率的镍基合金，其中以质量百分数计，所述的合金包括：铁为4.0％～7.0％，锰≤1.0％，碳≤0.01％，硅≤0.08％，硫≤0.03％，铬为14.5％～
16.5％，钼为15.0％～17.0％，磷≤0.04％，钨为3.0％～4.5％，钴≤2.5％，钒为0.35％，钛微量，稀土元素微量，镧微量，余量为镍以及在冶炼过程中的不可避免的杂质元素。

[0021] 本发明的具有锻打高成材率的镍基合金的冶炼工艺，其中所述的冶炼工艺主要包括以下步骤：

[0022] (1)烘烤原材料镍板、纯铁、金属铬、金属钼、金属钨、钴板和辅助材料铝块、金属锰、金属钛、混合稀土，在400℃的高温下烘烤3h；

[0023] (2)将烘烤后的所述的原材料投入真空冶炼炉中，将所述的辅助材料中的铝块、金属锰投入所述的真空冶炼炉中的第一储存处，将所述的辅助材料中的金属钛、混合稀土投入所述的真空冶炼炉中的第二储存处，对所述的真空冶炼炉进行抽真空，至真空度达到10～8Torr；

[0024] (3)通电，在2h内使冶炼炉升温至1400℃，进行熔炼和化料，所述的原材料由固态转化为液态；

[0025] (4)将作为还原剂用的辅助材料铝板、金属锰从第一储存处加入钢液中，保持冶炼炉温度为1200～1300℃，进行脱氧、脱硫、取气，保持1～2h；

[0026] (5)在冶炼结束前5～10分钟，温度为1450℃时，将所述的金属钛和稀土元素从第二储存处加入钢液中，继续冶炼5～10分钟，即完成冶炼过程。

[0027] 其中所述的步骤(1)中烘烤的原材料的质量分别为镍板130kg、纯铁12kg、金属铬40kg、金属钼40kg、金属钨12kg、钴板8kg，烘烤的辅助材料的质量分别为铝板0.2kg、金属锰
2kg、金属钛0.2kg、混合稀土0.2kg。

[0028] 图1的左上图a为未加钛时合金颗粒增大，右上图b为加入钛时抑制了颗粒化的增长，左下图c为未加钛的晶项排列，为纵向，右下图d为加入钛的晶项排列，为横向。

[0029] 图2的左图为未加稀土时，晶项组织松散，右图为加入稀土时，晶项组织致密。

[0030] 本发明的目的是解决现有技术中高温合金表面显现牛毛纹或表面光亮度粗糙，增加生产成本和周期，严重降低了成材率和收得率的问题。

[0031] 本发明的应用有益效果在于：与传统的冶炼工艺相比，本发明提供的冶炼方法将冶炼炉的真空度抽到10～8Torr，减少氧气、氢气等气体对冶炼过程的影响；在锻造温度和时间上控制严格，在冶炼工艺的末期结束前5～10分钟温度为1450℃时，加入微量的金属钛和稀土元素，使金属钛和稀土元素更好的熔化，加入金属钛为了抑制在加热锻打过程中奥氏体的形变再结晶，并阻止其晶粒扩大化，对钢起到强化沉淀的作用；稀土可以强化晶界，增强了钢材热塑性和致密性，细化了晶粒度，大大降低了气体和夹杂物对钢材的影响，且本发明采用分层次加入还原剂和金属钛、稀土，使其更好地与钢液接触并作用，和同类相比较，采用了本发明的冶炼工艺锻打的成材率达到90％，甚至更高，大大提高了C-276的成材率。

[0032] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。