[發明專利]一種鎳基高溫合金脫氮的方法

在審

• 申請號: 202010094540.6
• 申請日: 2020-02-16
• 公開（公告）號: CN111187929A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 王吉孝;王黎;馬李;莫才頌;李柏茹;黃敏;王君;金國
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/06;C22C19/05;B23K35/30;B23K35/40
• 代理公司: 茂名市穗海專利事務所 44106
• 代理人: 高錫珍

本發明公開了一種鎳基高溫合金脫氮的方法，該方法包括精選冶煉原材料，采用ZG?0.025型真空感應熔煉爐熔煉Inconel690合金鑄錠，其工藝參數為：抽真空至0.01Pa，10～15kW：10～20min；20～25kW直到熔化；真空度≤0.05Pa，精煉10min，電磁攪拌；真空下降低功率冷凍放氣，再升溫，反復2?3次；高真空充入高純氬氣，調整溫度，加入脫氧元素硅、鋁及易揮發元素錳，電磁攪拌后加入微合金化元素鈮、鈦和鉬，電磁攪拌；降低功率，澆注，冷卻取出鑄錠，切除冒口。本發明工藝流程容易實現，安全穩定可靠，可獲得的鑄錠氮含量≤10ppm。

技術領域

本發明涉及鎳基高溫合金脫氮技術領域，具體是一種高真空感應熔煉+預制氧化鈣坩堝+高純金屬鉻的脫氮方法。

背景技術

鎳基合金因具有優異的耐腐蝕和抗高溫氧化性能，常常用于使用條件苛刻，安全性要求高的設備。隨著我國經濟的持續、高速發展，裝備制造業已經成為國民經濟的支柱產業，裝備制造業發展的突出特征是：單機設備參數越來越高，使用條件越來越苛刻，對安全性要求越來越高。焊接作為現代工業的關鍵制造工藝，焊接接頭質量是保證工業裝備安全性的關鍵。為滿足大型工業裝備日益增加的性能要求，國內對鎳基焊接材料的需求增長很快，目前，鎳基焊接材料的需求量已經從十年前的300~400噸/年，增加到3000~4000噸/年，需求量增長了十倍。

焊接裂紋敏感性大、接頭性能受微量元素影響大、焊接氣孔敏感性強是鎳基焊接材料的重要特點，也是材料研制的技術關鍵。解決這些技術難題的主要手段是嚴格控制焊接材料的氣體含量和成分波動，嚴格限制雜質元素的含量，即研制高純焊接材料，技術上常采用真空冶煉+精煉工藝(如AOD、VOD、ESR等)。由于需求量的原因，國內頂級鋼鐵企業雖具備生產鎳基焊接材料的技術能力，但不關心鎳基焊接材料的開發，也沒有相關的產品；而少數小型企業，雖然關注鎳基焊接材料的市場，但由于技術實力有限，難以研制出合格的特種鎳基焊接材料，因此，現有鎳基焊接材料基本依賴進口。

鎳基焊接材料的另一個特點是接頭質量和焊接工藝的穩定性密切相關，技術發展趨勢是自動化焊接的比例越來越高，這不僅要求焊接材料（如焊絲）滿足對應的成分要求，還要求焊絲具備優異的工藝性能，如焊絲表面狀態、幾何尺寸和物理性能的穩定性。這些要求對焊絲的制造工藝提出了更高的要求，在焊絲表面粗糙度控制，焊絲表面涂層和拉絲工藝等方面提出了新的要求。國際上少數大公司已掌握上述技術，使得其產品能夠順利地進入中國市場；國內尚無相關的生產經驗，為使鎳基焊接材料實現國產化，就必須通過開發、研制，掌握上述關鍵技術。

鎳基合金中氮的危害主要體現在：鋼液冷卻過程中溶解的氮將以氣體狀態析出，并以氣泡或疏松的形式存在于鋼中，從而破壞了鋼的致密性，造成低倍缺陷。氮在固態鋼中能形成各種氮化物，如氮化鉻、氮化鋁、氮化鈦及氮化鋯，以及相應的氰化物等。這些氮化物的存在使合金的塑性下降，使之產生脆性。從而降低了金屬的加工塑性和力學性能。這些氮化物是硬而脆的夾雜物，金屬基體變形時它們不產生變形。因此，在氮化物周圍很容易產生裂紋，這些裂紋發展下去將導致金屬破斷。氮在合金中能使強化相的形成數量減少，從而降低了金屬的室溫或高溫強度。尤其是在含有鋁、鈦的鎳基高溫合金中主要強化相是Ni₃Al或Ni₃Ti，合金中的氮將使一部分鋁和鈦形成氮化鋁和氮化鈦，從而減少了強化相的數量，增加了夾雜物數量，最終導致金屬的熱強性下降。因此控制和減少氮元素的含量是真空冶煉相關技術是鎳基焊接材料技術的關鍵，本發明方法就是針對這一技術難題進行的。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種鎳基高溫合金脫氮的方法，該方法獲得致密的含氮量超低的合金鑄錠。

本發明是通過以下技術方案實現：一種鎳基高溫合金脫氮的方法，該方法包括：

（1）精選冶煉原材料，包括純鐵、金川鎳、高純金屬鉻、金屬鉬、硅、電解錳、金屬鋁、金屬鈮和鈦，純鐵表面酸洗除銹，原材料烘干，鋼錠模和保溫冒及澆杯高溫烘干；