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一种镍基合金铸锭及其制备方法

阅读:947发布:2020-05-17

专利汇可以提供一种镍基合金铸锭及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种镍基 合金 铸锭 的制备方法,将镍基合金 钢 水 浇注于铸模内,采用 电弧 装置加热该铸模内的 钢水 ,加热完毕后,冷却得铸锭;其中,电弧装置中的一对 电极 为非 自耗电极 ; 非自耗电极 位于铸模的顶部;铸模 底板 为一 冷却水 箱。该方法能够大大缩短生产周期,节省辅助材料,节约大量 能源 。本发明还公开了用该方法制备的镍基合金铸锭,其结晶状态良好、合金纯度高。,下面是一种镍基合金铸锭及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种镍基合金铸锭的制备方法,其包括下述步骤:
将镍基合金浇注于铸模内,采用电弧装置加热该铸模内的钢水,加热完毕后,冷却得铸锭,即可;其中,所述的电弧装置中的一对电极为非自耗电极;所述的非自耗电极位于该铸模的顶部;所述的铸模底板为一冷却水箱。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的镍基合金是化学组成中镍含量最高的合金;较佳地是牌号为Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SMO、Incoloy825或Hastelloy C276的镍基合金。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的镍基合金钢水的浇注温度
1500℃~1700℃。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的铸模由耐热温度高于800℃的耐热钢制成;较佳地由牌号为00Cr25Ni20、2Cr23Ni13、2Cr25Ni20、1Cr16Ni35、0Cr18Ni9或
0Cr23Ni13的耐热钢制成。
5.如权利要求1~4所述的制备方法,其特征在于,所述的非自耗电极位于所述铸模的上表面,并且相对于该上表面的中心呈中心对称。
6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述的电弧装置的加热功率为150KW~
500KW;较佳地为150KW~300KW;所述的电弧装置的加热时间为30~90分钟。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的铸模的体积为0.092立方米~
0.51立方米。
8.如权利要求1~7任一项所述的制备方法,其特征在于,将真空感应炉内精炼好的镍基合金钢水倒入于中间包内,从所述的中间包底部水口将所述镍基合金钢水浇注于所述铸模内,采用所述电弧装置加热该铸模内的钢水,加热完毕后,冷却得所述的铸锭;其中,所述的中间包内的温度较佳地为1500℃~1700℃。
9.一种镍基合金铸锭,其由权利要求1~8任一项所述的制备方法制得。
10.如权利要求9所述的镍基合金铸锭,其特征在于,所述的镍基合金铸锭是牌号为Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SMO、Incoloy825或Hastelloy C276的镍基合金铸锭。

说明书全文

一种镍基合金铸锭及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及合金铸锭领域,尤其涉及一种镍基合金铸锭及其制备方法。

背景技术

[0002] 现有技术中,生产镍基合金铸锭的方法有真空感应熔炼加电渣重熔和真空感应熔炼加真空自耗。二者均需熔炼浇注成自耗电极表面处理焊接后在冷态下进行二次重熔,而二次重熔浪费大量工时、消耗大量辅助材料和电能。前者在进行二次重熔时受空气污染使得合金纯度大大降低,受渣料的影响导致合金铸锭的化学成分不稳定,受电极间界面影响导致铸锭内部组织不均匀。后者进行二次重熔虽能保证合金铸锭的成分均匀,但合金中夹杂物得不到充分排除,铸锭结晶状态差、表面组织缺陷深,铸锭成材率低。
[0003] 如何能在节约能源、降低成本、缩短生产周期、简化生产过程的条件下,生产出高质量镍基合金铸锭是冶金工程技术人员急需解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明需要解决的技术问题是为了克服现有镍基合金制备铸锭技术中二次重熔浪费大量工时、消耗大量辅助材料和电能,合金铸锭的化学成分不稳定,内部组织不均匀或者铸锭结晶状态差、表面组织缺陷深,铸锭成材率低的缺陷,提供了一种结晶状态良好、合金纯度高的镍基合金铸锭及其制备方法,省略了二次重熔的步骤,能够大大缩短生产周期,节省辅助材料,节约大量能源。
[0005] 本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0006] 本发明提供了一种镍基合金铸锭的制备方法,其包括下述步骤:
[0007] 将镍基合金浇注于铸模内,采用电弧装置加热该铸模内的钢水,加热完毕后,冷却得铸锭,即可;其中,所述的电弧装置中的电极为一对非自耗电极;所述的非自耗电极位于该铸模的顶部;所述的铸模底板为一冷却水箱。
[0008] 本发明中所述的镍基合金为本领域中通常所指的镍基合金,具体是指在合金的各组分中镍含量最高的合金;较佳地,所述的镍基合金是牌号为Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SMO、Incoloy825或Hastelloy C276的镍基合金。
[0009] 其中,所述的镍基合金钢水的浇注温度为本领域的常规温度;较佳地,所述的镍基合金钢水的浇注温度为1500℃~1700℃。
[0010] 其中,所述的冷却水箱中供有温度为环境温度的循环冷却水。本发明中所述的环境温度为本领域中常规的环境温度范围,一般为5~50℃。
[0011] 其中,所述的铸模为本领域的常规铸模;较佳地,所述的铸模由耐热温度高于800℃的耐热钢制成;更佳地,所述的铸模由牌号为00Cr25Ni20、2Cr23Ni13、2Cr25Ni20、
1Cr16Ni35、0Cr18Ni9和0Cr23Ni13中的任一种耐热钢制成。
[0012] 其中,所述的铸模形状可为本领域铸模的各种常规形状,根据需要可为圆柱体或长方体。
[0013] 其中,所述的电弧装置一般包括一个电流发生装置和一对电极
[0014] 较佳地,所述的非自耗电极位于所述铸模的上表面,并且相对于该上表面的中心呈中心对称。
[0015] 较佳地,所述的电弧装置的加热功率为150KW~500KW;更佳地,所述的电弧装置的加热功率为150KW~300KW。
[0016] 较佳地,所述的电弧装置的加热时间为30~90分钟。
[0017] 其中,所述的铸模体积为本领域铸模的常规体积;较佳地,所述的铸模的体积为0.092立方米~0.51立方米。
[0018] 在本发明的一个较佳地实施方式中,所述的制备方法的具体操作步骤为:
[0019] 将真空感应炉内精炼好的镍基合金钢水倒入于中间包内,从所述的中间包底部水口将所述镍基合金钢水浇注于所述铸模内,采用所述电弧装置加热该铸模内的钢水,加热完毕后,冷却得所述的铸锭。
[0020] 较佳地,所述的中间包内的温度为1500℃~1700℃。
[0021] 本发明还提供了一种由上述方法制得的镍基合金铸锭。
[0022] 其中,所述的镍基合金铸锭较佳地是牌号为Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SMO、Incoloy825或Hastelloy C276的镍基合金铸锭。
[0023] 本发明中,上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合,即得本发明各较佳实施例
[0024] 本发明的原料和试剂皆市售可得。
[0025] 与现有技术相比,本发明的积极进步效果在于:
[0026] 1)避免了二次重熔,大大缩短生产周期,节省辅助材料,节约大量能源;
[0027] 2)避免了二次重熔时的合金受空气污染以及合金元素的烧损,从而使合金纯净度和铸锭成材率大幅提高;
[0028] 3)利用非自耗电极两端之间的电弧加热铸模内的钢水,同时利用铸模底部的冷却水箱实现对钢水自下而上的定向凝固,使得铸锭补缩充分,从而得到结晶状态良好的镍基合金铸锭。附图说明
[0029] 图1为镍基合金铸锭的制备方法示意图。
[0030] 图2为实施例1~7所制备镍基合金铸锭表面的照片。
[0031] 图3为传统直接浇注的铸锭端面的照片。
[0032] 图4为真空自耗重熔铸锭的表面的照片。

具体实施方式

[0033] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。其中,各实施例中镍基合金铸锭的制备方法如图1所示。
[0034] 下述实施例中,电弧装置中的电流发生装置是莱特电设备有限公司生产的型号为LEC-30000A的大电流发生器。
[0035] 实施例1 生产镍基合金Inconel718铸锭
[0036] 将1吨真空感应炉1内精炼好的Inconel718钢水2倒入中间包3内,其温度控制在1580℃。接通铸模底板循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向00Cr25Ni20制作成规格为Φ360*1600mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在300KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水2,钢水2自下而上定向凝固形成铸锭,并且使铸锭补缩充分。电弧加热时间为55分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的镍基合金Inconel718铸锭,见图1。
[0037] 实施例2 生产GH3128镍基合金铸锭
[0038] 将1.5吨真空感应炉1内精炼好的GH3128钢水2倒入中间包3内,控制温度在1600℃。接通铸模底板循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成规格为Φ320*1300mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在
200KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水2,钢水2自下而上定向凝固形成铸锭,并使铸锭补缩充分。电弧加热时间为40分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的GH3128高温合金铸锭,同图1。
[0039] 实施例3 生产镍基合金NC30Fe(Inconel690)铸锭
[0040] 将1吨真空感应炉1内精炼好的NC30Fe(Inconel690)钢水2倒入中间包3内,其温度控制在1700℃。接通铸模底板的循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成规格为Φ360*1600mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在280KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水,钢水
2自下而上定向凝固形成铸锭,并使铸锭补缩充分。电弧加热时间为70分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的镍基合金NC30Fe(Inconel690)铸锭,同图
1。
[0041] 实施例4 生产镍基合金Inconel625铸锭
[0042] 将1吨真空感应炉1内精炼好的Inconel625钢水2倒入中间包3内,其温度控制在1600℃。接通铸模底板循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成规格为Φ360*1600mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在220KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水2,钢水2自下而上定向凝固形成铸锭,并使铸锭补缩充分。电弧加热时间为60分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的镍基合金Inconel625铸锭,同图1。
[0043] 实施例5 生产镍基合金Inconel600铸锭
[0044] 将1吨真空感应炉1内精炼好的Inconel600钢水2倒入中间包3内,其温度控制在1620℃。接通铸模底板循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向00Cr25Ni20制作成规格为Φ360*1600mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在260KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水2,钢水2自下而上定向凝固形成铸锭,并且使铸锭补缩充分。电弧加热时间为55分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的镍基合金Inconel600铸锭,同图1。
[0045] 实施例6 生产GH3030镍基合金铸锭
[0046] 将1.5吨真空感应炉1内精炼好的GH3030钢水2倒入中间包3内,控制温度在1650℃。接通铸模底板循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成规格为Φ600*1800mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在
300KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水2,钢水2自下自上定向凝固形成铸锭,并使铸锭补缩充分。电弧加热时间为90分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的GH3030高温合金铸锭,同图1。
[0047] 实施例7 生产Hastelloy C276镍基合金铸锭
[0048] 将1.5吨真空感应炉1内精炼好的Hastelloy C276钢水2倒入中间包3内,控制温度在1500℃。接通铸模底板循环冷却水箱6,钢水2由中间包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成规格为Φ300*1300mm的铸模5内浇注,浇注完毕后开启电弧装置并将功率保持在150KW,通过铸模顶部的非自耗电极4两端之间的电弧加热铸模内的钢水2,钢水2自下而上定向凝固形成铸锭,并使铸锭补缩充分。电弧加热时间为30分钟。关闭电弧装置,待铸锭冷却后脱模,制得无表面组织缺陷的Hastelloy C276高温合金铸锭,同图1。
[0049] 效果实施例1
[0050] 将实施例1~7所得的铸锭与现有技术中传统浇注法和真空自耗重熔法制得的铸锭进行比较,见图2~4。由图2可见,本发明所制备的铸锭表面无组织缺陷,传统浇注法制得的铸锭表面有明显的粗大缩孔(图3),真空自耗重熔法制得的铸锭表面有很深的组织缺陷(图4)。由此证明,本发明的镍基合金铸锭制备方法能够在克服现有镍基合金制备铸锭技术中二次重熔浪费大量工时、消耗大量辅助材料和电能等缺陷的情况下,制备出结晶状态良好、无表面组织缺陷的镍基合金铸锭。
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