双真空熔炼GH3230高温合金工艺中La元素控制方法与流程

双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法
技术领域
1.本发明属于高温合金生产技术领域，具体地说是一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法。


背景技术：

2.gh3230是ni-cr基固溶强化型变形高温合金，使用温度范围700～1050℃。该合金具有较高的强度和抗冷热疲劳性能。同时合金具有优异的耐热腐蚀和抗氧化能力，适合制作航空发动机火焰筒、工业燃气轮机的燃烧室及热交换器等零件。
3.gh3230合金的制作工艺，一般采用vim(真空感应炉熔炼)+var(真空自耗炉熔炼)的双真空熔炼工艺路线。因为gh3230合金服役条件苛刻，要求合金具有优良的高温抗氧化性能。gh3230合金通过添加cr以及微量的la、mn、si来提高其抗氧化性能。相对于无la合金，添加la元素后，通过la的晶界和表面偏聚，可以实现gh3230合金高温抗氧化性能的优化；且温度越高，合金的氧化增重速率降低越显著。研究表明，不同温度下，la含量对合金氧化增重速率影响规律基本相同，即la元素含量低于0.02％时，随着la元素含量的增加，gh3230合金的氧化增重速率逐渐降低；当达到或高于0.02％时，其氧化增重速率基本趋于稳定，变化幅度减小。根据相关研究成果，通过vim+var的双真空熔炼后，希望var锭中的la元素控制0.01wt％～0.03wt％，以获得最优的gh3230合金高温抗氧化性能。因金属la的性质较为活泼，因此在vim及var熔炼gh3230合金时，化学成分控制难度极大。现有技术不能稳定控制合金中的la含量，就不能完全发挥出la在合金中的作用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，采用该方法可以稳定地控制gh3230高温合金冶炼过程中la元素在vim电极中的收得率以及在gh3230高温合金var锭中的质量含量。
5.按照本发明提供的技术方案，所述vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，该方法包括以下步骤：
6.s1、在vim炉熔炼gh3230高温合金出钢前，向vim炉中充入10000～15000pa的氩气；
7.s2、向vim炉中加入金属la，金属la的加入量控制在合金液质量的0.03％～0.06％；
8.s3、加入金属la后搅拌1～1.5分钟后出钢，出钢温度控制在1460～1480℃，出钢时间控制在5～6分钟，得到vim电极；
9.s4、将vim电极表面进行精整；
10.s5、将精整后的vim电极转入var炉中，var炉炉内抽真空至≤0.1pa；
11.s6、向var炉炉膛内充入10～13pa的氩气，var炉在充氩状态下起弧重熔，vim电极的熔化速度控制在3.5～4.0kg/min，熔化的合金液滴入结晶器内并经冷却得到gh3230高温合金var锭。
12.作为优选，步骤s2中，金属la的粒度在12～20mm。
13.作为优选，步骤s2中，金属la的加入量控制在合金液质量的0.04％～0.05％。
14.本发明具有以下技术效果：
15.本发明中，在加入金属la之前，先充入了10000～15000pa的氩气，增加了合金液面的压力，降低了镧在钢液中的挥发。
16.本发明的金属la粒度控制在了12～20mm。金属la在钢水中需要一定时间熔化，在此粒度下，保证1～1.5分钟内，金属la全部熔清。因为当金属la粒度小于12mm时，金属la未进入合金液深处就发生大量气化，直接挥发到合金液面上，la元素收得率较低；当金属la粒度存在大于20mm的占比时，la元素收得率会较高，从而造成不同炉次la元素收得率发生大的波动。而本发明对金属la的粒度控制在了12～20mm，可以避免了上述情况的发生。
17.本发明将出钢温度控制在1460～1480℃，出钢温度高于1480℃会造成镧气化加剧，而出钢温度低于1460℃会导致浇注过程中出现“冻钢”现象。
18.本发明对var炉膛内充氩气的压力严格控制在10～13pa，有效降低了la元素的损失，使la元素的收得率得到稳定控制。
19.本发明严格控制var过程中熔化速度在3.5～4.0kg/min，该熔速使熔池深度趋于浅平，la元素在合金中的分布均匀一致。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
21.实施例1
22.一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，该方法包括以下步骤：
23.s1、在1
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vim炉熔炼gh3230高温合金出钢前，炉内的真空度为5.25pa，向vim炉中充入10000～15000pa的氩气；
24.s2、向1
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vim炉中加入金属la，金属la的粒度在12～20mm，金属la的加入量控制在合金液质量的0.04％；
25.s3、金属la后搅拌1分钟23秒后出钢，出钢温度控制在1471℃，出钢时间总耗时在5分钟21秒，得到vim电极，对vim电极的头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表1；
26.s4、将vim电极表面进行精整；
27.s5、将精整后的vim电极转入1
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var炉中，1
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var炉炉内抽真空至≤0.1pa；
28.s6、向var炉炉膛内充入12.3pa的氩气，1
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var炉在充氩状态下起弧重熔，vim电极的熔化速度控制在3.75kg/min，熔化的合金液滴入结晶器内并经冷却得到gh3230高温合金var锭。熔炼结束后对gh3230高温合金var锭进行头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表2。
29.实施例2
30.一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，该方法包括以下步骤：
31.s1、在2
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vim炉熔炼gh3230高温合金出钢前，炉内的真空度为10pa，向2
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vim炉中充入10000～15000pa的氩气；
32.s2、向2
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vim炉中加入金属la，金属la的粒度在12～20mm，金属la的加入量控制在合金液质量的0.04％；
33.s3、金属la后搅拌1分钟30秒后出钢，出钢温度控制在1480℃，出钢时间总耗时在6分钟0秒，得到vim电极，对vim电极的头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表1；
34.s4、将vim电极表面进行精整；
35.s5、将精整后的vim电极转入2
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var炉中，2
#
var炉炉内抽真空至≤0.1pa；
36.s6、向2
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var炉炉膛内充入13pa的氩气，2
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var炉在充氩状态下起弧重熔，vim电极的熔化速度控制在3.75kg/min，熔化的合金液滴入结晶器内并经冷却得到gh3230高温合金var锭。熔炼结束后对gh3230高温合金var锭进行头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表2。
37.实施例3
38.一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，该方法包括以下步骤：
39.s1、在3
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vim炉熔炼gh3230高温合金出钢前，炉内的真空度为8.86pa，向3
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vim炉中充入10000～15000pa的氩气；
40.s2、向3
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vim炉中加入金属la，金属la的粒度在12～20mm，金属la的加入量控制在合金液质量的0.05％；
41.s3、金属la后搅拌1分钟2秒后出钢，出钢温度控制在1460℃，出钢时间总耗时在5分钟0秒，得到vim电极，对vim电极的头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表1；
42.s4、将vim电极表面进行精整；
43.s5、将精整后的vim电极转入3
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var炉中，3
#
var炉炉内抽真空至≤0.1pa；
44.s6、向3
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var炉炉膛内充入10pa的氩气，3
#
var炉在充氩状态下起弧重熔，vim电极的熔化速度控制在3.75kg/min，熔化的合金液滴入结晶器内并经冷却得到gh3230高温合金var锭。熔炼结束后对gh3230高温合金var锭进行头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表2。
45.实施例4
46.一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，该方法包括以下步骤：
47.s1、在4
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vim炉熔炼gh3230高温合金出钢前，炉内的真空度为2.86pa，向4
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vim炉中充入10000～15000pa的氩气；
48.s2、向4
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vim炉中加入金属la，金属la的粒度在12～20mm，金属la的加入量控制在合金液质量的0.05％；
49.s3、金属la后搅拌1分钟11秒后出钢，出钢温度控制在1470℃，出钢时间总耗时在5分钟38秒，得到vim电极，对vim电极的头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表1；
50.s4、将vim电极表面进行精整；
51.s5、将精整后的vim电极转入4
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var炉中，4
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var炉炉内抽真空至≤0.1pa；
52.s6、向4
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var炉炉膛内充入11.82pa的氩气，4
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var炉在充氩状态下起弧重熔，vim电极的熔化速度控制在3.75kg/min，熔化的合金液滴入结晶器内并经冷却得到gh3230高温合金var锭。熔炼结束后对gh3230高温合金var锭进行头、尾取样分析la元素含量，具体结果见
表2。
53.实施例5
54.一种vim+var双真空熔炼gh3230高温合金工艺中la元素控制方法，该方法包括以下步骤：
55.s1、在5
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vim炉熔炼gh3230高温合金出钢前，炉内的真空度为7.14pa，向5
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vim炉中充入10000～15000pa的氩气；
56.s2、向5
#
vim炉中加入金属la，金属la的粒度在12～20mm，金属la的加入量控制在合金液质量的0.05％；
57.s3、金属la后搅拌1分钟18秒后出钢，出钢温度控制在1477℃，出钢时间总耗时在5分钟54秒，得到vim电极，对vim电极的头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表1；
58.s4、将vim电极表面进行精整；
59.s5、将精整后的vim电极转入5
#
var炉中，5
#
var炉炉内抽真空至≤0.1pa；
60.s6、向5
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var炉炉膛内充入12.12pa的氩气，5
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var炉在充氩状态下起弧重熔，vim电极的熔化速度控制在3.75kg/min，熔化的合金液滴入结晶器内并经冷却得到gh3230高温合金var锭。熔炼结束后对gh3230高温合金var锭进行头、尾取样分析la元素含量，具体结果见表2。
61.分别在实施例1～5的gh3230合金vim电极的头、尾取样，检测化学成分。实验结果如表1所示。
62.表1
[0063][0064][0065]
从表1可以看出，实施例1～5的vim电极中，la元素收得率范围维持在60％～80％。
[0066]
分别在实施例1～5的gh3230高温合金var锭的头、尾取样，检测化学成分。实验结
果如表2所示。
[0067]
表2
[0068][0069]
从表2可以看出，在实施例1～5的gh3230高温合金var锭中，la元素的质量含量被很好地控制在0.01％～0.03％。
[0070]
综上所述，尽管为说明目的公开了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于具体实施方式所公开的内容。