一种GH2302合金电渣锭的制备方法与流程

一种gh2302合金电渣锭的制备方法
技术领域
1.本发明涉及合金电渣锭制造领域，具体涉及以真空感应炉熔炼后经电渣重熔成锭的gh2302铁基高温合金制造领域。


背景技术：

2.随着航空发动机和燃气轮机工业的快速发展，高温合金作为涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等热端部件使用材料被广泛应用。其中，gh2302合金是一种以cr、w、mo元素固溶强化，并用al、ti元素时效强化的fe-ni-cr基沉淀硬化变形的高温合金，其晶内普遍析出竹叶状的laves相。该合金可在700℃以下长期使用，在850℃短时间内使用，其合金性能稳定，具有良好的冷热加工成型特点，应用于航空领域时，常用于制造航空发动机加力燃烧室、燃气轮机叶片等。
3.由于gh2302合金含有一定的al、ti元素且含量变化较大，材料在经电渣重熔过程中会与空气进行接触，而al、ti两种元素自身活泼易与大气中的氧发生反应；随着电渣重熔整个过程的进行，电渣重熔各阶段金属熔池中氧化反应的情况不同，常会出现合金锭在经过电渣重熔后所形成的合金锭成分不均、内部结构不稳定、表面重皮的现象，进而影响合金锭的质量和使用寿命，不利于后续的热加工。
4.gh2302合金的成分标准如下表1所示。
5.表1元素成分wt％
6.

技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种gh2302合金电渣锭的制造方法，以克服现有技术中存在的不足，解决gh2302合金锭在经过电渣重熔后所形成的合金锭成分不均、内部结构不稳定、表面重皮的现象，进而影响合金锭的质量和使用寿命，不利于后续热加工的技术问题。
8.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明目的之一是提供一种gh2302合金电渣锭的制备方法。本发明目的之二是提供由所述gh2302合金电渣锭制造方法制备得到的gh2302合金电渣锭。
9.一方面，本发明提供一种gh2302合金电渣锭的制备方法，包括以下步骤：
10.1)控制gh2302合金的组分按质量百分比计为：c 0.050～0.065wt％、cr 13.5～
14.5wt％、ni 39.5～40.5wt％、al 2.10～2.30wt％、ti 2.50～2.65wt％、w 3.60～4.00wt％、mo 1.75～2.25wt％、ce 0.002～0.02wt％、b 0.001～0.01wt％、zr 0.005～0.05wt％、余量为fe；
11.将c、cr、ni、w、mo、fe加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将al、ti加入坩埚进行精炼，充氩气，然后加入b、ce、zr，浇铸，得到铸锭；
12.2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔，得到电渣锭。
13.优选的，所述gh2302合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1500～1520℃。
14.优选的，所述gh2302合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)真空熔炼时将1/3～1/2c加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的c。
15.优选的，所述gh2302合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)全熔时间为20～40min，加入剩余c15～30min后再加入al、ti进行精炼。
16.优选的，所述gh2302合金电渣锭的制备方法中：所述步骤1)精炼真空度为1～3pa，精炼时间为65～70min。
17.优选的，所述gh2302合金电渣锭的制备方法中，所述步骤1)充氩气的压力为3000～4000pa；浇铸温度为1440～1460℃。
18.优选的，所述gh2018合金电渣锭的制备方法中，所述步骤2)熔渣包括69％～71％caf2、14.5％～15.5％al2o3、14.5％～15.5％cao；熔渣加入量为铸锭重量的7％～9％。
19.优选的，所述gh2302合金电渣锭的制备方法中，所述步骤2)电渣重熔前期造渣阶段加入15～25％的铝粉，中期和后期熔炼中分别加入50～80％的铝粉；所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～9.0l/min。
20.另一方面，本发明提供由上述任一项方法制备得到的gh2302合金电渣锭。
21.优选的，由本发明上述任一项方法制备得到的所述gh2302合金电渣锭，其组分按质量百分比计为：c 0.050～0.065wt％、cr 13.5～14.5wt％、ni 39.5～40.5wt％、al 2.10～2.30wt％、ti 2.50～2.65wt％、w 3.60～4.00wt％、mo 1.75～2.25wt％、mn≤0.01wt％、ce 0.002～0.02wt％、si≤0.05wt％、p≤0.003wt％、s≤0.001wt％、b 0.001～0.01wt％、zr 0.005～0.05wt％、余量为fe。
22.优选的，根据表1元素控制成分要求，对c、al、ti的配入量和控制范围进行优化调整，调整后元素控制范围如下表2所示。
23.表2元素成分wt％
[0024][0025]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0026]
1)严格控制原材料的质量，避免有害元素或杂质元素的带入；优化元素成分配比，精准控制真空感应熔炼后化学成分；降低材料中气体o、n元素的含量(o≤15ppm；n≤30ppm)。2)降低了al、ti元素的烧损，在提高al、ti元素稳定性的基础上，优化了铸锭整体元素含量的均匀枝晶分布，优化了铸态组织中w、mo元素的微观偏析倾向，提高了电渣锭成分的均匀性。3)缩小了电渣重熔的熔炼参数波动范围，保证了电渣锭表面质量，延长了使用寿命。4)通过本发明所述方法制得的gh2302合金电渣锭相较于现有合金锭，不仅其中基本元素的含量符合标准，杂元素含量降低，且成分分布均匀、电渣锭表面良好易于热加工；经检测，电渣锭表面无典型重皮、保渣等缺陷；经锻造热加工后，在锻坯两端的横向低倍组织内无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷。
附图说明
[0027]
图1为本发明实施例3所制备得到的gh2302合金电渣锭产品实物图。
具体实施方式
[0028]
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0029]
根据上文表1元素控制成分的标准，对c、al、ti的配入量和控制范围进行优化调整，调整后元素控制范围如下表2所示。其中，所选用的金属镍ni、金属铬cr、金属锰mn、金属钨w、金属钼mo、金属铝al、金属钛ti、金属铈ce、b-fe、海锦锆的原材料和返回料表面均经过清洁和干燥、去除油污和氧化物，化学成分准确。
[0030]
表2元素成分wt％
[0031][0032]
实施例1：
[0033]
一种gh2302合金电渣锭的制造方法，按照如下步骤进行操作：
[0034]
1)控制gh2302合金的组分按质量百分比计为：c 0.050wt％、cr 13.5wt％、ni 39.5wt％、al 2.10wt％、ti 2.50wt％、w 3.60wt％、mo 1.75wt％、ce 0.002wt％、b 0.001wt％、zr 0.005wt％、余量为fe；
[0035]
将c、cr、ni、w、mo、fe加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1500～1520℃。
[0036]
真空熔炼时将1/3的c加入坩埚进行真空熔炼至全熔，再加入剩余的c。全熔时间为20min。加入剩余的c15min后结膜，再加入al，2min后加入ti％进行精炼。精炼真空度1～3pa，精炼时间为65～70min。充入氩气，充氩气的压力为3000pa，然后加入b、ce和zr。测温取样后，进行浇铸，浇铸温度为1451℃，得到铸锭。
[0037]
2)将上述步骤1)获得的铸锭进行滚磨处理，表面磨光量3-5mm，使得其表面无重皮、飞刺等。然后将铸锭加入渣池，电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，以保证电渣重熔过程中电流和熔化速率的稳定性。其中控制冶炼电压，造渣采用的电压为60-64v，冶炼50分钟后换为56-63v控制；同时控制冶炼电流为7000-8000a。
[0038]
电渣重熔过程中加入熔渣，所述熔渣为69％caf2、15.5％al2o3和15.5％cao；熔渣加入量为铸锭重量的5.4％。在电渣重熔的前期造渣阶段，渣料中加入15％的铝粉，中期和后期熔炼中分别加入50％的铝粉，在电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为9.0l/min，最后得到电渣锭。
[0039]
实施例2：
[0040]
一种gh2302合金电渣锭的制造方法，按照如下步骤进行操作：
[0041]
1)控制gh2302合金的组分按质量百分比计为：c 0.065wt％、cr 14.5wt％、ni 40.5wt％、al 2.30wt％、ti 2.65wt％、w 4.00wt％、mo 2.25wt％、ce 0.02wt％、b 0.01wt％、zr 0.05wt％、余量为fe；
2.022.212.61余0.0050.0040.002 [0057]
②
电渣重熔后的化学成分如下表4所示：
[0058]
表4电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％
[0059]
cmnsispnicrw0.058/0.0590.01/0.010.05/0.050.001/0.0010.003/0.00340.25/40.2013.98/14.013.72/3.76moaltifebzrce 2.03/2.022.19/2.222.58/2.62余0.005/0.0050.001/0.0010.001/0.001 [0060]
实施例2：
[0061]
①
真空感应炉熔炼后化学成分如下表5所示：
[0062]
表5真空感应炉熔炼元素成分wt％
[0063]
cmnsispnicrw0.0580.010.060.0010.00340.0814.013.71moaltifebzrce 2.002.182.61余0.0050.0040.002 [0064]
②
电渣重熔后后化学成分如下表6所示：
[0065]
表6电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％
[0066]
cmnsispnicrw0.058/0.0590.01/0.010.05/0.050.001/0.0010.003/0.00340.25/40.2013.98/14.013.72/3.76moaltifebzrce 2.03/2.022.19/2.222.58/2.62余0.005/0.0050.001/0.0010.001/0.001 [0067]
实施例3：
[0068]
①
真空感应炉熔炼后化学成分如下表7所示：
[0069]
表7真空感应炉熔炼元素成分wt％
[0070]
cmnsispnicrw0.0590.010.060.0010.00340.2213.993.73moaltifebzrce 2.012..202.59余0.0050.0040.002 [0071]
②
电渣重熔后后化学成分如下表8所示：
[0072]
表8电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％
[0073]
cmnsispnicrw0.058/0.0590.01/0.010.05/0.050.001/0.0010.003/0.00340.28/40.2113.96/14.03.71/3.75moaltifebzrce 2.01/2.032.18/2.212.57/2.61余0.005/0.0050.001/0.0010.001/0.001 [0074]
同时，由实施例1-3制备得到的gh2302合金电渣锭表面无典型重皮、保渣等冶金缺陷。经锻造热加工后，在锻坯两端取横向低倍组织，无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷。
[0075]
由上表3-8可知，通过本发明所述方法制备得到的gh2302合金电渣锭中基本元素含量符合标准，杂元素含量降低，其中al、ti元素成分略有不同，但并不影响各成分分布的均匀性，电渣锭表面质量良好，后期锻造热加工过程塑性良好，表明本发明具有很好的效果。
[0076]
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行适当修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）控制gh2302合金的组分按质量百分比计为：c 0.050～0.065wt%、cr 13.5～14.5wt%、ni 39.5～40.5wt%、al 2.10～2.30wt%、ti 2.50～2.65wt%、w 3.60～4.00wt%、mo 1.75～2.25wt%、ce 0.002～0.02wt%、b 0.001～0.01wt%、zr 0.005～0.05wt%、余量为fe；将c、cr、ni、w、mo、fe加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将al、ti加入坩埚进行精炼，充氩气，然后加入b、ce、zr，浇铸，得到铸锭；2）将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔，得到电渣锭。2.根据权利要求1所述的gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）真空熔炼时的工作真空度≤10pa；所述原料熔化温度为1500～1520℃。3.根据权利要求1所述的gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）真空熔炼时将1/3～1/2c 加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的c。4.根据权利要求1所述的gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）全熔时间为20～40min，加入剩余c 15～30min后再加入al、ti进行精炼。5.根据权利要求1所述的gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）精炼真空度为1～3pa，精炼时间为65～70min。6.根据权利要求1所述的gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）充氩气的压力为3000～4000pa；浇铸温度为1440～1460℃。7.根据权利要求1所述的gh2018合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）的熔渣包括69%～71%caf2、14.5%～15.5%al2o3、14.5%～15.5%cao；熔渣加入量为铸锭重量的7%～9%。8.根据权利要求7所述的gh2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）电渣重熔前期造渣阶段加入15～25%的铝粉，中期和后期熔炼中分别加入50～80%的铝粉；所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～9.0 l /min。9.由权利要求1-9任一项所述方法制备得到的gh2302合金电渣锭。10.权利要求9所述的gh2302合金电渣锭，其组分按质量百分比计为：c 0.050～0.065wt%、cr 13.5～14.5wt%、ni 39.5～40.5wt%、al 2.10～2.30wt%、ti 2.50～2.65wt%、w 3.60～4.00wt%、mo 1.75～2.25wt%、mn≤0.01wt%、ce 0.002～0.02wt%、si≤0.05wt%、p ≤0.003wt%、s ≤0.001wt%、b 0.001～0.01wt%、zr 0.005～0.05wt%、余量为fe。

技术总结
本发明提供一种GH2302合金电渣锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）控制GH2302合金的组分质量百分比；将C、Cr、Ni、W、Mo、Fe加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至全熔，进行真空熔炼，分别将Al、Ti加入坩埚进行精炼，充氩气，然后加入B、Ce、Zr，浇铸，得到铸锭；2）将铸锭进行滚磨处理后加入渣池，加入熔渣进行电渣重熔，补充铝粉并充氩气保护，得到电渣锭，该制得的GH2302合金电渣锭成分均匀且表面良好易于热加工。热加工。热加工。


技术研发人员：李成龙 王志凯 陈思敏 熊兰兰 钟裕国 李晴 苏萍 宋彬 荣文凯 宁新伟 王世普 赵长虹 王洁莉 冷晓月 浦益龙
受保护的技术使用者：江苏隆达超合金航材有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/8/4