專利名稱：一種鎳基合金鑄錠及其制備方法
技術領域：
本發明涉及合金鑄錠領域，尤其涉及一種鎳基合金鑄錠及其制備方法。
背景技術：
現有技術中，生產鎳基合金鑄錠的方法有真空感應熔煉加電渣重熔和真空感應熔煉加真空自耗。二者均需熔煉澆注成自耗電極經表面處理和焊接后在冷態下進行二次重熔，而二次重熔浪費大量工時、消耗大量輔助材料和電能。前者在進行二次重熔時受空氣污染使得合金純度大大降低，受渣料的影響導致合金鑄錠的化學成分不穩定，受電極間界面影響導致鑄錠內部組織不均勻。后者進行二次重熔雖能保證合金鑄錠的成分均勻，但合金中夾雜物得不到充分排除，鑄錠結晶狀態差、表面組織缺陷深，鑄錠成材率低。如何能在節約能源、降低成本、縮短生產周期、簡化生產過程的條件下，生產出高 質量鎳基合金鑄錠是冶金工程技術人員急需解決的問題。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是為了克服現有鎳基合金制備鑄錠技術中二次重熔浪費大量工時、消耗大量輔助材料和電能，合金鑄錠的化學成分不穩定，內部組織不均勻或者鑄錠結晶狀態差、表面組織缺陷深，鑄錠成材率低的缺陷，提供了一種結晶狀態良好、合金純度高的鎳基合金鑄錠及其制備方法，省略了二次重熔的步驟，能夠大大縮短生產周期，節省輔助材料，節約大量能源。本發明通過以下技術方案解決上述技術問題。本發明提供了一種鎳基合金鑄錠的制備方法，其包括下述步驟將鎳基合金鋼水澆注于鑄模內，采用電弧裝置加熱該鑄模內的鋼水，加熱完畢后，冷卻得鑄錠，即可；其中，所述的電弧裝置中的電極為一對非自耗電極；所述的非自耗電極位于該鑄模的頂部；所述的鑄模底板為一冷卻水箱。本發明中所述的鎳基合金為本領域中通常所指的鎳基合金，具體是指在合金的各組分中鎳含量最高的合金；較佳地，所述的鎳基合金是牌號為Inconel625、Inconel690,Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SM0、Incoloy825 或 Hastelloy C276 的鎳基
么么
I=I -Wl O其中，所述的鎳基合金鋼水的澆注溫度為本領域的常規溫度；較佳地，所述的鎳基合金鋼水的澆注溫度為1500°C 1700°C。其中，所述的冷卻水箱中供有溫度為環境溫度的循環冷卻水。本發明中所述的環境溫度為本領域中常規的環境溫度范圍，一般為5 50°C。其中，所述的鑄模為本領域的常規鑄模；較佳地，所述的鑄模由耐熱溫度高于800 V的耐熱鋼制成；更佳地，所述的鑄模由牌號為00Cr25Ni20、2Cr23Ni 13、2Cr25Ni20、lCrl6Ni35、0Crl8Ni9和0Cr23Nil3中的任一種耐熱鋼制成。其中，所述的鑄模形狀可為本領域鑄模的各種常規形狀，根據需要可為圓柱體或長方體。其中，所述的電弧裝置一般包括一個電流發生裝置和一對電極。較佳地，所述的非自耗電極位于所述鑄模的上表面，并且相對于該上表面的中心呈中心對稱。較佳地，所述的電弧裝置的加熱功率為150KW 500KW ;更佳地，所述的電弧裝置的加熱功率為150KW 300KW。較佳地，所述的電弧裝置的加熱時間為30 90分鐘。其中，所述的鑄模體積為本領域鑄模的常規體積；較佳地，所述的鑄模的體積為
O.092立方米 O. 51立方米。 在本發明的一個較佳地實施方式中，所述的制備方法的具體操作步驟為將真空感應爐內精煉好的鎳基合金鋼水倒入于中間包內，從所述的中間包底部水口將所述鎳基合金鋼水澆注于所述鑄模內，采用所述電弧裝置加熱該鑄模內的鋼水，加熱完畢后，冷卻得所述的鑄錠。較佳地，所述的中間包內的溫度為1500°C 1700°C。 本發明還提供了一種由上述方法制得的鎳基合金鑄錠。其中，所述的鎳基合金鑄錠較佳地是牌號為Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SM0、Incoloy825 或 Hastelloy C276 的鎳基合金鑄錠。本發明中，上述優選條件在符合本領域常識的基礎上可任意組合，即得本發明各較佳實施例。本發明的原料和試劑皆市售可得。與現有技術相比，本發明的積極進步效果在于I)避免了二次重熔，大大縮短生產周期，節省輔助材料，節約大量能源；2)避免了二次重熔時的合金受空氣污染以及合金元素的燒損，從而使合金純凈度和鑄淀成材率大幅提聞;3)利用非自耗電極兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水，同時利用鑄模底部的冷卻水箱實現對鋼水自下而上的定向凝固，使得鑄錠補縮充分，從而得到結晶狀態良好的鎳基
合金鑄錠。


圖I為鎳基合金鑄錠的制備方法示意圖。圖2為實施例I 7所制備鎳基合金鑄錠表面的照片。圖3為傳統直接澆注的鑄錠端面的照片。圖4為真空自耗重熔鑄錠的表面的照片。
具體實施例方式下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。其中，各實施例中鎳基合金鑄錠的制備方法如圖I所示。下述實施例中，電弧裝置中的電流發生裝置是萊特電力設備有限公司生產的型號為LEC-30000A的大電流發生器。實施例I生產鎳基合金Inconel718鑄錠將I噸真空感應爐I內精煉好的Inconel718鋼水2倒入中間包3內，其溫度控制在1580°C。接通鑄模底板循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向00Cr25Ni20制作成規格為Φ360*1600πιπι的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在300KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水2，鋼水2自下而上定向凝固形成鑄錠，并且使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為55分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的鎳基合金Inconel718鑄錠，見圖I。實施例2生產GH3128鎳基合金鑄錠將I. 5噸真空感應爐I內精煉好的GH3128鋼水2倒入中間包3內，控制溫度在1600°C。接通鑄模底板循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向用00Cr25Ni20制 作而成規格為Φ320*1300πιπι的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在200KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水2，鋼水2自下而上定向凝固形成鑄錠，并使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為40分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的GH3128高溫合金鑄錠，同圖I。實施例3生產鎳基合金NC30Fe(Inconel690)鑄錠將I噸真空感應爐I內精煉好的NC30Fe (Inconel690)鋼水2倒入中間包3內，其溫度控制在1700°C。接通鑄模底板的循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成規格為Φ 360*1600mm的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在280KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水，鋼水2自下而上定向凝固形成鑄錠，并使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為70分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的鎳基合金NC30Fe(InCOnel690)鑄錠，同圖
Io實施例4生產鎳基合金Inconel625鑄錠將I噸真空感應爐I內精煉好的Inconel625鋼水2倒入中間包3內，其溫度控制在1600°C。接通鑄模底板循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成規格為Φ360*1600_的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在220KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水2，鋼水2自下而上定向凝固形成鑄錠，并使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為60分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的鎳基合金Inconel625鑄錠，同圖I。實施例5生產鎳基合金Inconel600鑄錠將I噸真空感應爐I內精煉好的Inconel600鋼水2倒入中間包3內，其溫度控制在1620°C。接通鑄模底板循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向00Cr25Ni20制作成規格為Φ360*1600πιπι的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在260KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水2，鋼水2自下而上定向凝固形成鑄錠，并且使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為55分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的鎳基合金InconeieOO鑄錠，同圖I。實施例6生產GH3030鎳基合金鑄錠將I. 5噸真空感應爐I內精煉好的GH3030鋼水2倒入中間包3內，控制溫度在16500C。接通鑄模底板循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成規格為Φ600*1800πιπι的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在300KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水2，鋼水2自下自上定向凝固形成鑄錠，并使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為90分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的GH3030高溫合金鑄錠，同圖I。實施例7生產Hastelloy C276鎳基合金鑄錠將I. 5噸真空感應爐I內精煉好的Hastelloy C276鋼水2倒入中間包3內，控制溫度在1500°C。接通鑄模底板循環冷卻水箱6，鋼水2由中間包3的底部水口向用00Cr25Ni20制作而成規格為O300*1300mm的鑄模5內澆注，澆注完畢后開啟電弧裝置并將功率保持在150KW，通過鑄模頂部的非自耗電極4兩端之間的電弧加熱鑄模內的鋼水2，鋼水2自下而上定向凝固形成鑄錠，并使鑄錠補縮充分。電弧加熱時間為30分鐘。關閉電弧裝置，待鑄錠 冷卻后脫模，制得無表面組織缺陷的Hastelloy C276高溫合金鑄錠，同圖I。效果實施例I將實施例I 7所得的鑄錠與現有技術中傳統澆注法和真空自耗重熔法制得的鑄錠進行比較，見圖2 4。由圖2可見，本發明所制備的鑄錠表面無組織缺陷，傳統澆注法制得的鑄錠表面有明顯的粗大縮孔(圖3)，真空自耗重熔法制得的鑄錠表面有很深的組織缺陷(圖4)。由此證明，本發明的鎳基合金鑄錠制備方法能夠在克服現有鎳基合金制備鑄錠技術中二次重熔浪費大量工時、消耗大量輔助材料和電能等缺陷的情況下，制備出結晶狀態良好、無表面組織缺陷的鎳基合金鑄錠。
權利要求
1.一種鎳基合金鑄錠的制備方法，其包括下述步驟 將鎳基合金鋼水澆注于鑄模內，采用電弧裝置加熱該鑄模內的鋼水，加熱完畢后，冷卻得鑄錠，即可；其中，所述的電弧裝置中的一對電極為非自耗電極；所述的非自耗電極位于該鑄模的頂部；所述的鑄模底板為一冷卻水箱。
2.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的鎳基合金是化學組成中鎳含量最高的合金；較佳地是牌號為 Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SM0、Incoloy825 或 Hastelloy C276 的鎳基合金。
3.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的鎳基合金鋼水的澆注溫度為1500。。 1700。。。
4.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的鑄模由耐熱溫度高于800°C的耐熱鋼制成；較佳地由牌號為 00Cr25Ni20、2Cr23Nil3、2Cr25Ni20、lCrl6Ni35、0Crl8Ni9 或0Cr23Nil3的耐熱鋼制成。
5.如權利要求I 4所述的制備方法，其特征在于，所述的非自耗電極位于所述鑄模的上表面，并且相對于該上表面的中心呈中心對稱。
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的電弧裝置的加熱功率為150KW 500KW ;較佳地為150KW 300KW ;所述的電弧裝置的加熱時間為30 90分鐘。
7.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的鑄模的體積為O.092立方米 O. 51立方米。
8.如權利要求I 7任一項所述的制備方法，其特征在于，將真空感應爐內精煉好的鎳基合金鋼水倒入于中間包內，從所述的中間包底部水口將所述鎳基合金鋼水澆注于所述鑄模內，采用所述電弧裝置加熱該鑄模內的鋼水，加熱完畢后，冷卻得所述的鑄錠；其中，所述的中間包內的溫度較佳地為1500°C 1700°C。
9.一種鎳基合金鑄錠，其由權利要求I 8任一項所述的制備方法制得。
10.如權利要求9所述的鎳基合金鑄錠，其特征在于，所述的鎳基合金鑄錠是牌號為Inconel625、Inconel690、Inconel718、GH3030、GH3128、Inconel600、254SM0、Incoloy825或Hastelloy C276的鎳基合金鑄錠。
全文摘要
本發明公開了一種鎳基合金鑄錠的制備方法，將鎳基合金鋼水澆注于鑄模內，采用電弧裝置加熱該鑄模內的鋼水，加熱完畢后，冷卻得鑄錠；其中，電弧裝置中的一對電極為非自耗電極；非自耗電極位于鑄模的頂部；鑄模底板為一冷卻水箱。該方法能夠大大縮短生產周期，節省輔助材料，節約大量能源。本發明還公開了用該方法制備的鎳基合金鑄錠，其結晶狀態良好、合金純度高。
文檔編號B22D27/04GK102896303SQ201110214169
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者葉興良 申請人:上海豐渠特種合金有限公司