一种抗热腐蚀定向高温合金母合金及其制备方法与流程

1.本技术涉及钢材冶炼技术领域，尤其涉及一种抗热腐蚀定向高温合金母合金及其制备方法。


背景技术：

2.抗热腐蚀定向高温合金母合金是制造航空发动机和燃气轮机中定向叶片的材料，因航空发动机、燃气轮机的叶片工作的峰值温度(金属本体温度)可高达1000℃左右，对合金中低熔点有害元素s的含量要求十分严苛，一般要求s在母合金中的重量百分比≤0.001％，即不超过10ppm。
3.然而，目前的新型抗热腐蚀定向高温合金母合金中的s含量较高。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种抗热腐蚀定向高温合金母合金及其制备方法，以解决现有抗热腐蚀定向高温合金母合金中的s含量较高的技术问题。
5.第一方面，本技术提供了一种抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法，所述方法包括：
6.分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；
7.对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；
8.向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；
9.对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金。
10.可选的，所述分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分，包括：
11.分别对不同的渣料进行烘烤，并控制对不同的渣料的烘烤温度，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分。
12.可选的，所述设定组分包括：cao和caf，所述cao和所述caf的配比为1:1～4。
13.可选的，所述cao的烘烤温度为500～800℃，所述caf的烘烤温度为200～500℃。
14.可选的，所述含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度为1600～1700℃。
15.可选的，所述第二去气的时间为30～100min。
16.可选的，所述出钢的温度为1500～1600℃。
17.可选的，所述第一去气的温度为1600～1700℃，和或所述第一去气的时间为≥
30min。
18.可选的，所述精炼的温度为1500～1650℃，和或所述精炼的时间为30～100min。
19.第二方面，本技术提供了一种抗热腐蚀定向高温合金母合金，所述母合金由第一方面任一项实施例所述的方法制备得到。
20.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
21.本技术实施例提供的该抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法，通过分别对不同的渣料进行预处理，其目的：去除渣料在环境中存放吸收的空气中水分；通过控制渣料的组分，其目的：控制最佳的脱硫化学反应，实现最佳脱硫效果；在精炼结束后加入配比混合充分的渣料，其目的：在精炼混合均匀并具备初步纯净度的高温合金熔体中通过添加合理配比脱硫渣料，实现高温下的充分、高效脱硫；在冶炼中，在上述渣料熔清后，控制钢液温度，其目的：一方面控制钢液温度，利于脱硫脱气反应的进行，另一方面为渣料提供适宜的钢-渣反应温度，达到最佳脱硫效果；并控制去气的时间，其目的：实现脱硫和脱气(氧、氮等)协同促进；控制出钢温度，其目的：获得低偏析、高致密的凝固组织，促使杂质元素的上浮脱除。综上，使用上述方法制备得到的抗热腐蚀定向高温合金母合金中的硫含量控制在5ppm以下，能够应用于制造航空发动机和燃气轮机中定向叶片，从而提升了叶片工作的安全性。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例提供的一种抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法的流程示意图；
25.图2为本技术实施例提供的一种抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法所使用的真空感应熔炼炉之一。
具体实施方式
26.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.本技术的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
28.在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本技术说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
29.除非另有特别说明，本技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
30.第一方面，本技术提供了一种抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法，请参见图1，所述方法包括：
31.s1、分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；
32.在一些实施方式中，所述分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分，包括：
33.分别对不同的渣料进行烘烤，并控制对不同的渣料的烘烤温度，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分。
34.在本技术实施例中，分别对不同的渣料进行预处理中，包括分别对不同的渣料进行烘烤，其积极效果：最大限度去除渣料因在环境中存放而吸附的水分，减少对高温合金钢液的氧、氮、氢带入。
35.在一些实施方式中，所述设定组分包括：cao和caf，所述cao和所述caf的配比为1:1～4。
36.上述目标渣料系为脱硫渣系，控制该脱硫渣系的组分为cao和caf，其中，cao的积极作用：与钢液中的硫发生化学反应，生成cas；caf的积极作用：提高渣料的流动性，保证渣料与钢液的充分均匀接触，保证脱硫效果。控制cao和caf的配比为1:1～4的积极作用：既保证充足的cao以实现脱硫充分性，又兼顾了渣料的流动性和脱硫的效率；若cao的含量过高或caf的含量过低，在一定程度上会影响渣料流动性，降低脱硫的动力学效果；若cao的含量过低或caf的含量过高，在一定程度上会脱硫剂不充足而降低脱硫的幅度。具体地，该cao和caf的配比可以为1：1、1：2、1：3、1：4等。
37.在一些实施方式中，所述cao的烘烤温度为500～800℃，所述caf的烘烤温度为200～500℃。
38.控制cao的烘烤温度为500～800℃的积极效果：保证渣料中的水分充分蒸发干燥，同时提高与钢液的接触融合性。若该温度过高，在一定程度上会降低渣料准备的生产效率，提高生产成本；若该温度过低，在一定程度上会降低cao干燥程度，对钢液带入气体元素。具体地，cao的烘烤温度可以为500℃、600℃、700℃、800℃等。控制caf的烘烤温度为200～500
℃的积极效果：保证渣料中的水分充分蒸发干燥。若该温度过高，在一定程度上会降低渣料准备的生产效率，提高生产成本；若该温度过低，在一定程度上会难以保证渣料干燥程度，影响钢液的气体含量，降低钢液纯净度。具体地，caf的烘烤温度可以为200℃、300℃、400℃、500℃等。
39.s2、对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；
40.在一些实施方式中，所述第一去气的温度为1600～1700℃，和或所述第一去气的时间为
41.≥30min。
42.在一些实施方式中，所述精炼的温度为1500～1650℃，和或所述精炼的时间为30～100min。
43.在本技术实施例中，上述原材料包括ni、co、w、mo、ta、cr、ti等的材料，并采取真空下的连续装料方式，抗热腐蚀定向高温合金母合金必须采用真空感应熔炼，该装置可参见图2，真空感应熔炼技术可有效的降低合金中的o、n含量，通常是没有脱硫作用的。为了在真空感应熔炼条件下脱硫，采用真空造渣脱硫技术，即在真空冶炼条件下，利用合适的脱硫渣系，结合合理的冶炼工艺实现脱硫。脱硫的效果一方面取决于所采用脱硫渣系，另一方面与冶炼工艺也密切相关。因此，这符合本技术对脱硫渣系的设计，以提高脱硫效果。
44.控制第一去气的温度为1600～1700℃，和或第一去气的时间为≥30min的积极效果：充分去除原材料熔化过程中释放的气体元素和炉体内环境中的气体元素。具体地，该第一去气的温度可以为1600℃、1650℃、1700℃，第一去气的时间可以为30min、32min、34min等。
45.控制精炼的温度为1500～1650℃，和或所述精炼的时间为30～100min的积极效果：实现精炼温度和时间的最佳匹配，保证钢液具备良好的基础纯净度。具体地，该精炼的温度可以为1500℃、1550℃、1600℃、1650℃，精炼的时间可以为30min、50min、70min、100min等。
46.s3、向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；
47.在s3步骤中不间断配合钢液搅拌模式，以保证钢-渣界面最大化接触。
48.在一些实施方式中，所述含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度为1600～1700℃。
49.在精炼结束后加入配比混合充分的渣料，其积极效果：通过在具备良好基本纯净度的钢液中添加适宜比例的混合渣料，实现渣料深脱硫能力和脱硫效率的综合匹配；控制含呈熔清态的所述目标渣料系的钢液的温度为1600～1700℃的积极效果：保证钢液本身具备良好脱硫、脱气反应能力。若该温度过高，在一定程度上会导致钢包浸蚀加重，给钢液带入有害杂质；若该温度过低，在一定程度上会降低钢液脱硫反应的能力。具体地，含呈熔清态的所述目标渣料系的钢液的温度可以为1600℃、1650℃、1700℃等。
50.在一些实施方式中，所述第二去气的时间为30～100min。
51.控制第二去气的时间为30～100min的积极效果：充分去除氧、氮等有害气体元素，
并促进脱硫反应的进行。若该去气时间过长，在一定程度上会加速钢包浸蚀、增加生产成本；若该去气时间过短，在一定程度上会降低气体脱除效果和脱硫效果。具体地，该第二去气的时间可以为30min、50min、70min、90min、100min等。
52.s4、对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金。
53.在一些实施方式中，所述出钢的温度为1500～1600℃。
54.控制第二钢液的出钢温度为1500～1600℃的积极效果：获得低偏析、高致密的凝固组织。该出钢温度过高，在一定程度上会加重合金元素和杂质元素的偏析，影响合金性能；若该出钢温度过低，在一定程度上会影响钢液可浇性和浇铸过程的顺利进行。具体地，该出钢温度可以为1500、1550℃、1600℃等。出钢前，采取搅拌并倾覆坩埚等方式，其目的：促进气体元素上浮，加速脱硫反应进行、均匀钢液成分。出钢后，浇注时采取挡渣、过滤等方式，以防止脱硫渣随钢液进入浇注的锭模，保证母合金纯净度。
55.第二方面，本技术提供了一种抗热腐蚀定向高温合金母合金，所述母合金由第一方面任一项实施例所述的方法制备得到。
56.该抗热腐蚀定向高温合金母合金典型代表成分(质量分数)：c 0.08～0.14％，cr 13.20～14.00％，co 8.80～9.60％，w 3.50～4.10％，mo 0.90～1.50％，ta 3.20～3.80％，al 2.90～3.50％，ti
57.4.40～5.00％，b 0.010～0.018％，al+ti+ta≥11.10％，余量为ni和不可避免的杂质元素。
58.该抗热腐蚀定向高温合金母合金是基于上述抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法来实现，该抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该抗热腐蚀定向高温合金母合金采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
59.下面结合具体的实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
60.实施例1
61.s1、分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；
62.上述预处理包括烘烤，目标渣料系的设定成分为cao：caf＝1:1，cao的烘烤温度为500℃，caf的烘烤温度为200℃。
63.s2、对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；
64.上述第一去气的温度为1600℃，第一去气的时间为30min。上述精炼的温度为1500℃，精炼的时间为30min。
65.s3、向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；
66.目标渣料系熔清后，第一钢液的温度为1600℃，第二去气时间30min。
67.s4、对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金，上述出钢的温度为1500℃。
68.实施例2
69.s1、分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；
70.上述预处理包括烘烤，目标渣料系的设定成分为cao：caf＝1:2.5，cao的烘烤温度为600℃，caf的烘烤温度为300℃。
71.s2、对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；
72.上述第一去气的温度为1650℃，第一去气的时间为40min。上述精炼的温度为1600℃，精炼的时间为70min。
73.s3、向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；
74.目标渣料系熔清后，第一钢液的温度为1650℃，第二去气时间70min。
75.s4、对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金，上述出钢的温度为1550℃。
76.实施例3
77.s1、分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；
78.上述预处理包括烘烤，目标渣料系的设定成分为cao：caf＝1:4，cao的烘烤温度为800℃，caf的烘烤温度为500℃。
79.s2、对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；
80.上述第一去气的温度为1700℃，第一去气的时间为50min。上述精炼的温度为1650℃，精炼的时间为100min。
81.s3、向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；
82.目标渣料系熔清后，第一钢液的温度为1700℃，第二去气时间100min。
83.s4、对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金，上述出钢的温度为1600℃。
84.对比例1
85.s1、分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；
86.上述预处理包括烘烤，目标渣料系的设定成分为cao：caf＝1:4，cao的烘烤温度为450℃，caf的烘烤温度为150℃。
87.s2、对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到
第一钢液；
88.上述第一去气的温度为1580℃，第一去气的时间为50min。上述精炼的温度为1500℃，精炼的时间为80min。
89.s3、向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；
90.目标渣料系熔清后，第一钢液的温度为1580℃，第二去气时间100min。
91.s4、对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金，上述出钢的温度为1550℃。
92.表1抗热腐蚀定向高温合金母合金中硫含量
93.序号抗热腐蚀定向高温合金母合金中硫含量(ppm)实施例12实施例21实施例33对比例112
94.从表1可知，采用本技术实施例方法，制备得到的抗热腐蚀定向高温合金母合金中的硫含量控制在5ppm以下，能够应用于制造航空发动机和燃气轮机中定向叶片，从而提升了叶片工作的安全性。而未采用本技术实施例的方法的对比例制备的母合金中的硫含量较高。
95.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种抗热腐蚀定向高温合金母合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括：分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分，包括：分别对不同的渣料进行烘烤，并控制对不同的渣料的烘烤温度，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设定组分包括：cao和caf，所述cao和所述caf的配比为1:1～4。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述cao的烘烤温度为500～800℃，所述caf的烘烤温度为200～500℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度为1600～1700℃。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二去气的时间为30～100min。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出钢的温度为1500～1600℃。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一去气的温度为1600～1700℃，和或所述第一去气的时间为≥30min。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼的温度为1500～1650℃，和或所述精炼的时间为30～100min。10.一种抗热腐蚀定向高温合金母合金，其特征在于，所述母合金由权利要求1-9任意一项所述的方法制备得到。

技术总结
本申请涉及钢材冶炼技术领域，尤其涉及一种抗热腐蚀定向高温合金母合金及其制备方法。所述方法包括：分别对不同的渣料进行预处理，得到目标渣料系；其中，所述目标渣料系具有设定组分；对原材料进行熔化，直至所述原材料熔清后进行第一去气，后进行精炼，得到第一钢液；向所述第一钢液中加入所述目标渣料系进行脱硫，直至所述目标渣料系熔清后，控制含呈熔清态的所述目标渣料系的所述第一钢液的温度，并进行第二去气，得到第二钢液；对所述第二钢液进行出钢，并控制所述出钢的温度，后进行浇注，得到抗热腐蚀定向高温合金母合金。本申请内容解决了现有抗热腐蚀定向高温合金母合金中的S含量较高的技术问题。含量较高的技术问题。含量较高的技术问题。


技术研发人员：文新理 高杨 李崇巍 刘海稳 李慧威 邓睿 魏然 李国超 薛轶青
受保护的技术使用者：北京北冶功能材料有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/13