本发明属于冶金
技术领域：
，具体涉及到一种铸造高温合金及其熔炼方法。
背景技术：
：铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金，镍基铸造高温合金是指含镍量大于50％的铸造高温合金。高温合金铸件成型主要采用两次熔炼的方法，第一次熔炼将原材料熔炼成铸造高温合金母合金锭，第二次熔炼将母合金快速重熔浇注成需要的铸件形状。第二次熔炼无钢液净化过程，因此第一次熔炼所获得的母合金锭质量决定着最终铸件的性能。铸造高温合金中的o、n、s等被称为残余元素而归为有害元素，o、n、s含量的增加对高温合金高温拉伸强度、塑性、持久性能、蠕变等性能产生不利影响，通常要求第一次熔炼所获得的母合金锭中o、n、s含量越低越好。真空冶金过程中，除精选原材料外无法同时将o、n、s含量降低到较低水平。而精选原材料既会大大的提高生产成本，同时又会提高原料选购难度。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种铸造高温合金及其熔炼方法，整个工艺过程在一台真空感应炉中完成，使用普通原材料，采用两次熔炼的方法。第一次熔炼通过加入一定量cao的方法获得s含量低于10ppm的原料圆棒。第二次熔炼采用四次c合金化且第二次c合金化利用底吹氩搅拌、二次精炼等方法获得o、n含量均低于10ppm的成品圆棒。两次熔炼的浇注过程均使用具有挡渣功能的预制中间包，具有挡渣功能的预制中间包参见专利zl201620940467.9，获得纯净度较高的合金材料。所得材料常温、650℃和760℃条件下铸态性能σb≥950mpa，σp0.2≥750mpa，δ≥6％；980℃、152n/mm2条件下持久性能δ≥6％，时间≥35h。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种铸造高温合金，化学成分为c0.12-0.16％，mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，al4.5-5.5％，ti1.2-1.4％，b0.013-0.015％，o≤0.0010％，n≤0.0010％，s≤0.0015％，余量为ni及不可避免的杂质元素。上述铸造高温合金的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，采用二次熔炼的方法。第一次熔炼的成分要求为mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，o≤0.010％，n≤0.0025％，s≤0.0010％，余量为ni及不可避免的杂质元素。具体步骤包括：(1)原料熔化：经过表面处理的金属mo条、电解ni板、金属nb条，金属cr和总投炉重量3-5％cao粉末随炉加入，cao放于炉底，合炉抽空后通电熔化随炉料，熔化速率为0.5-1kg/min，基本确保随炉料熔化后以液滴的方式通过cao层；(2)精炼：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1520-1540℃，精炼30-40min；(3)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，带电浇注成直径40-70mm的圆棒，在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包，过滤掉cao浮层，脱模后的圆棒经去头去尾和表面扒皮后备用。第二次熔炼的成分要求为最终成分要求，按质量百分比化学成分为c0.12-0.16％，mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，al4.5-5.5％，ti1.2-1.4％，b0.013-0.015％，o≤0.0010％，n≤0.0010％，s≤0.0015％，余量为ni及不可避免的杂质元素，具体熔炼步骤包括：(1)原料熔化：第一次熔炼获得的圆棒和0.06-0.08％c随炉加入，c放于炉底，合炉抽空后通电熔化随炉料，熔化速率为1-2kg/min；(2)钢液除气：全熔后加入0.02-0.04％c，并以底吹的方式向钢液中通入氩气，流量为1-2l/min，在通入氩气的过程中保持真空系统全开，确保炉内压力≤20pa；(3)一次精炼：钢液除气后，加入0.02-0.04％c并将钢液温度提高到1500-1520℃，精炼15-20min；(4)合金化：停电降温至钢液结膜，按顺序分批加入全部的al粒、海绵ti和b-fe合金，待每种合金全熔后2-3min再加入下一种合金；(5)二次精炼：合金化完成后，加入0.01-0.02％c将钢液温度提高到1500-1520℃，精炼5-10min；(6)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，带电浇注成直径50mm的圆棒，在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包。进一步，所述浇注中钢液温度为1570-1590℃后带电浇注，浇注前倾倒坩埚至20-25°角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的3/4-4/5处，后续浇注速度保持4-5kg/s至浇注结束。与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：(1)通过两次熔炼的方法，在使用普通原材料、无大量增加生产成本的情况下，使o、n、s含量同时降低到较低水平；(2)两次熔炼的浇注过程均使用同时具有挡渣功能的预制中间包，获得纯净度较高的合金材料；(3)所得材料常温、650℃和760℃条件下铸态性能σb≥950mpa，σp0.2≥750mpa，δ≥6％；980℃、152n/mm2条件下持久性能δ≥6％，时间≥35h，材料性能好。具体实施方式以下对本发明做进一步描述：一种铸造高温合金，化学成分为c0.12-0.16％，mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，al4.5-5.5％，ti1.2-1.4％，b0.013-0.015％，o≤0.0010％，n≤0.0010％，s≤0.0015％，余量为ni及不可避免的杂质元素。上述铸造高温合金的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，采用两次熔炼的方法。第一次熔炼的成分要求为mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，o≤0.010％，n≤0.0025％，s≤0.0010％，余量为ni及不可避免的杂质元素。具体步骤包括(1)原料熔化：经过表面处理的金属mo条、电解ni板、金属nb条，金属cr和总投炉重量3-5％cao粉末随炉加入。cao放于炉底，cao上面铺一层ni板(ni板总重量的1/4-1/3)，之后摆放金属cr、金属nb条、金属mo条，剩下的ni板放于坩埚的最上面。合炉抽空使炉内压力达到30pa以内后通电熔化随炉料，熔化速率为0.5-1kg/min，基本确保随炉料熔化后以液滴的方式通过cao层，液滴与cao充分接触；(2)精炼：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1520-1540℃，保持炉内压力小于20pa，精炼30-40min，在进一步脱硫使钢液中硫含量降低到10ppm以内的同时，使钢液充分排气，使钢液中氧含量降低到100ppm以内、氮含量降低到25ppm以内；(3)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1570-1590℃后真空条件下带电浇注成直径40-70mm的圆棒，浇注前倾倒坩埚至20-25°角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的3/4-4/5处，后续浇注速度保持4-5kg/s至浇注结束。在浇注过程中，采用具有挡渣的预制中间包，过滤掉cao浮层，脱模后的圆棒经去头去尾和表面扒皮后备用。第二次熔炼的成分要求为最终成分要求。具体步骤包括：(1)原料熔化：第一次熔炼获得的圆棒和0.06-0.08％c随炉加入，c放于炉底，合炉抽空使炉内压力达30pa以内后通电熔化随炉料，熔化速率为1-2kg/min，初步除气，使钢液中的氧含量降低到40ppm以内、氮含量降低到18ppm以内；(2)钢液除气：全熔后加入0.02-0.04％c，提高钢液温度至1460-1480℃，并以底吹的方式向钢液中通入氩气，流量为1-2l/min，在通入氩气的过程中保持真空系统全开，确保炉内压力≤20pa，进一步除气，使钢液中的氧含量降低到30ppm以内、氮含量降低到13ppm以内。(3)一次精炼：钢液除气后，加入0.02-0.04％c并将钢液温度提高到1500-1520℃，精炼15-20min，使钢液中的氧含量降低到25ppm以内、氮含量降低到10ppm以内；(4)合金化：停电降温至钢液结膜，按顺序分批加入全部的al粒、海绵ti和b-fe合金，待每种合金全熔后2-3min再加入下一种合金，合金全熔后90％额定功率搅拌3-5min。(5)二次精炼：合金化完成后，加入0.01-0.02％c并将钢液温度提高到1500-1520℃，确保炉内压力≤20pa，精炼5-10min，确保钢液中的氧含量降低到10ppm以内、氮含量降低到10ppm以内；(6)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1570-1590℃后真空条件下带电浇注成直径50mm的圆棒，浇注前倾倒坩埚至20-25°角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的3/4-4/5处，后续浇注速度保持4-5kg/s至浇注结束。在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包。以下较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。以使用150kg真空感应炉生产12只直径50mm的铸造高温合金母合金圆棒为例。铸造高温合金的化学成分为c0.12-0.16％，mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，al4.5-5.5％，ti1.2-1.4％，b0.013-0.015％，o≤0.0010％，n≤0.0010％，s≤0.0015％，余量为ni及不可避免的杂质元素。上述铸造高温合金的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，采用两次熔炼的方法。实施例1第一次熔炼的成分要求为mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，o≤0.010％，n≤0.0025％，s≤0.0010％，余量为ni及不可避免的杂质元素。具体步骤包括(1)原料熔化：经过表面处理的全部金属mo条、电解ni板、金属nb条，金属cr和总投炉重量5％cao粉末随炉加入。cao放于炉底，cao上面铺一层ni板(ni板总重量的1/3)，之后摆放金属cr、金属nb条、金属mo条，剩下的ni板放于坩埚的最上面。合炉抽空使炉内压力达到30pa以内后通电熔化随炉料，熔化速率为0.5kg/min，基本确保随炉料熔化后以液滴的方式通过cao层，液滴与cao充分接触；(2)精炼：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1540℃，保持炉内压力小于20pa，精炼30min。(3)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1590℃后真空条件下带电浇注成直径50mm的圆棒，浇注前倾倒坩埚至25°角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的4/5处，后续浇注速度保持5kg/s至浇注结束。在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包，过滤掉cao浮层，脱模后的圆棒经去头去尾和表面扒皮后备用。脱模后，取钢锭样测成分见下表1：表1钢锭化学成分及含量元素monbcronsni成分/wt.％5.422.9111.030.00980.00240.0007余量第二次熔炼的成分要求为最终成分要求。具体步骤包括：(1)原料熔化：第一次熔炼获得的圆棒和0.08％c随炉加入，c放于炉底，合炉抽空使炉内压力达30pa以内后通电熔化随炉料，熔化速率为2kg/min。(2)钢液除气：全熔后加入0.03％c，提高钢液温度至1480℃，并以底吹的方式向钢液中通入氩气，流量为1.5l/min，在通入氩气的过程中保持真空系统全开，确保炉内压力≤20pa。(3)一次精炼：钢液除气后，加入0.02％c并将钢液温度提高到1520℃，精炼20min。(4)合金化：停电降温至钢液结膜，按顺序分批加入全部的al粒、海绵ti和b-fe合金，待每种合金全熔后2min再加入下一种合金，合金全熔后90％额定功率搅拌4min。(5)二次精炼：合金化完成后，加入0.02％c并将钢液温度提高到1510℃，确保炉内压力≤20pa，精炼10min。(6)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1590℃后真空条件下带电浇注成直径50mm的圆棒，浇注前倾倒坩埚至25°角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的3/4处，后续浇注速度保持5kg/s至浇注结束。在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包。脱模后，取钢锭样测成分见下表2：表2钢锭化学成分及含量元素monbcronscaltibni成分/wt.％5.382.9210.900.00070.00090.00120.135.101.290.014余量实施例2第一次熔炼的成分要求为mo5.2-5.6％，nb2.8-3.0％，cr10.0-12.0％，o≤0.010％，n≤0.0025％，s≤0.0010％，余量为ni及不可避免的杂质元素。具体步骤包括(1)原料熔化：经过表面处理的金属mo条、电解ni板、金属nb条，金属cr和总投炉重量4％cao粉末随炉加入。cao放于炉底，cao上面铺一层ni板(ni板总重量的1/4)，之后摆放金属cr、金属nb条、金属mo条，剩下的ni板放于坩埚的最上面。合炉抽空使炉内压力达到30pa以内后通电熔化随炉料，熔化速率为1kg/min，基本确保随炉料熔化后以液滴的方式通过cao层，液滴与cao充分接触；(2)精炼：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1530℃，保持炉内压力小于20pa，精炼35min。(3)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1570℃后真空条件下带电浇注成直径50mm的圆棒，浇注前倾倒坩埚至20o角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的4/5处，后续浇注速度保持4kg/s至浇注结束。在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包，过滤掉cao浮层，脱模后的圆棒经去头去尾和表面扒皮后备用。脱模后，取钢锭样测成分见下表3：表3钢锭化学成分及含量元素monbcronsni成分/wt.％5.402.9010.990.00910.00220.0009余量第二次熔炼的成分要求为最终成分要求。具体步骤包括：(1)原料熔化：第一次熔炼获得的圆棒和0.07％c随炉加入，c放于炉底，合炉抽空使炉内压力达30pa以内后通电熔化随炉料，熔化速率为1kg/min。(2)钢液除气：全熔后加入0.04％c，提高钢液温度至1460℃，并以底吹的方式向钢液中通入氩气，流量为1l/min，在通入氩气的过程中保持真空系统全开，确保炉内压力≤20pa。(3)一次精炼：钢液除气后，加入0.03％c并将钢液温度提高到1520℃，精炼20min。(4)合金化：停电降温至钢液结膜，按顺序分批加入全部的al粒、海绵ti和b-fe合金，待每种合金全熔后3min再加入下一种合金，合金全熔后90％额定功率搅拌5min。(5)二次精炼：合金化完成后，加入0.01％c并将钢液温度提高到1520℃，确保炉内压力≤20pa，精炼8min。(6)浇注：取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1570℃后真空条件下带电浇注成直径50mm的圆棒，浇注前倾倒坩埚至20o角并保持30s，浇注开始3s内使中间包中挡渣板前面钢液高度至中间包高度的4/5处，后续浇注速度保持4kg/s至浇注结束。在浇注过程中，采用具有挡渣功能的预制中间包。脱模后，取钢锭样测成分见下表4：表4钢锭化学成分及含量元素monbcronscaltibni成分/wt.％5.362.8910.950.00060.00070.00140.145.131.310.014余量本发明通过两次熔炼的方法，在使用普通原材料、无大量增加生产成本的情况下，使o、n含量降低到10ppm以内，s含量降低到15ppm以内。两次熔炼的浇注过程均使用同时具有挡渣功能的预制中间包，获得纯净度较高的合金材料。所得材料常温、650℃和760℃条件下铸态性能σb≥950mpa，σp0.2≥750mpa，δ≥6％；980℃、152n/mm2条件下持久性能δ≥6％，时间≥35h。本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。当前第1页12