[發明專利]一種用于高溫合金純凈化冶煉的稀土元素控制方法

有效

• 申請號: 202011303437.4
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112538577B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 謝君;舒德龍;侯桂臣;王振江;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C19/03;C22C35/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種用于高溫合金純凈化冶煉的稀土元素控制方法，屬于高溫合金母合金純凈化冶煉技術領域。該方法通過經驗公式計算出稀土元素的設計添加量，并按照特定的加料順序加入。所述控制方法可根據實際需求達到深度純凈化冶煉以及稀土含量精確控制的效果。通過控制稀土元素的添加方法，可保證稀土元素與合金基體元素的合金化程度，能夠有效降低含稀土元素母合金重熔期間的浮渣含量，提高合金的純度，有利于鑄件質量的提高。本發明適用于大多數鎳基高溫合金母合金冶煉，在提高合金純凈化程度的同時，即可準確控制合金中的稀土元素含量，又能有效降低母合金二次重熔期間的浮渣含量，大幅度提高了母合金的質量，經濟效益顯著。

技術領域

本發明涉及高溫合金母合金純凈化冶煉技術領域，具體涉及一種用于高溫合金純凈化冶煉的稀土元素控制方法。

背景技術

高溫合金具有優異的高溫抗氧化性和力學性能，常被用于制造超高溫環境下工作的渦輪、燃氣輪等發動機的關鍵結構件。研究表明，合金冶煉間，當鋼液中的O、N、S等氣體元素含量較高時，容易導致合金在凝固期間析出細小的非金屬夾雜物，具有一定的組織遺傳性，可遺留到合金鑄件中，嚴重影響其使用性能。因此，先進高溫合金中的氣體元素含量控制往往要求極其嚴格，合金的純凈化冶煉技術也受到世界材料研究工作者的日益重視。目前高溫合金的生產主要采用真空感應爐，雖然能夠避免合金熔煉期間鋼液與空氣發生反應，但原料單質的純凈度較低以及熔煉期間鋼液與耐火材料發生反應仍是導致鎳基高溫合金中氣體含量難以進一步降低的主要原因。雖然使用高純凈度原材料和穩定性較高的耐火材料降低合金產品中的氣體含量，但這兩種方式勢必將大大提高合金的生產成本，不利于大規模生產。

研究表明，在合金中添加少量稀土元素具有凈化合金晶界、提高合金的純凈化程度的作用，并且能夠大幅度改善合金的力學性能，因此，目前常將稀土元素作為合金冶煉期間的深度脫氧劑。但稀土元素在冶煉期間的添加時機較難掌握，過早或過晚加入均不能完全發揮出稀土元素的深度凈化作用。而由于稀土元素的化學性質活潑，當合金中的稀土含量超過0.2％，或稀土元素未完全以固溶原子的形式存在于母合金中時，不僅容易引起合金在重熔期間發生二次氧化，產生大量浮渣，還容易導致澆鑄期間發生“粘砂”現象。因此，當合金的設計成分中存在少量稀土元素時，如何準確控制合金中的稀土元素含量，并降低含稀土元素的母合金重熔期間的浮渣含量，是亟需解決的關鍵問題。

我國是稀土元素的生產大國，稀土儲備量和出口量均為世界第一，但我國的高溫合金生產技術與發達國家相比還存在較大差距，因此，通過設計一種用于高溫合金純凈化冶煉的稀土元素控制方法，提高稀土元素的利用率，不僅有助于提高高溫合金的純凈化程度，更有助于推動我國含稀土合金的發展，對合金冶煉技術發展具有重要的社會意義和經濟意義。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述不足之處，本發明提供了一種用于高溫合金純凈化冶煉的稀土元素控制方法。該方法能夠達到準確控制稀土元素含量的效果，并可顯著降低重熔期間的浮渣含量，提高了母合金的純凈度。

為實現上述目的，本發明采用的技術解決方案是：

一種用于高溫合金純凈化冶煉的稀土元素控制方法，該方法是在冶煉高溫合金的過程中加入稀土中間合金，以避免原料存放期間產生的氧化，以及降低冶煉期間的稀土元素燒損率；所述稀土中間合金為Ni-Ce中間合金、Al-Y中間合金和Al-La中間合金中的一種或幾種。

冶煉高溫合金的過程中，根據公式(1)-(2)計算合金原料的供氧、供硫量；

公式(1)-(2)中，i表示冶煉高溫合金的第i種原料(i＝1、2、……、n，n為原料數量)；C_O為所有原料中O元素總的重量含量，C_S為所有原料中S元素總的重量含量，為第i種原料中的O元素重量含量，為第i種原料中的S元素重量含量，C_i為第i種原料在合金中的設計添加重量百分比濃度。