阅读说明：本技术 一种gh2018合金电渣锭及其制备方法 (GH2018 alloy electroslag ingot and preparation method thereof ) 是由 李成龙 浦益龙 王世普 赵长虹 荣文凯 王玉葵 李晴 王�琦 钟裕国 贾鸿远 夏 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种GH2018合金电渣锭,合金中元素的组分含量为：C 0.040～0.050wt%、Cr 18.5～20.5wt%、Ni 40.5～43.5wt%、Al 0.6～0.7wt%、Ti 2.0～2.2wt%、W 1.85～2.15wt%、Mo 3.8～4.2wt%、Mn 0.01～0.03wt%、Ce 0.002～0.02wt%、Si 0.2～0.6wt%、P 0.001～0.02wt%、S 0.001～0.01wt%、B 0.001～0.01wt%、Zr 0.005～0.05wt%、Cu 0.02～0.2wt%、余量为Fe。本发明的合金电渣锭电渣重熔过程补加铝粉和充惰性氩气,提高了电渣锭成分均匀性。(The invention provides a GH2018 alloy electroslag ingot, which comprises the following elements in alloy: 0.040-0.050 wt% of C, 18.5-20.5 wt% of Cr, 40.5-43.5 wt% of Ni, 0.6-0.7 wt% of Al, 2.0-2.2 wt% of Ti, 1.85-2.15 wt% of W, 3.8-4.2 wt% of Mo, 0.01-0.03 wt% of Mn, 0.002-0.02 wt% of Ce, 0.2-0.6 wt% of Si, 0.001-0.02 wt% of P, 0.001-0.01 wt% of S, 0.001-0.01 wt% of B, 0.005-0.05 wt% of Zr, 0.02-0.2 wt% of Cu, and the balance Fe. The alloy electroslag ingot of the invention is added with aluminum powder and inert argon gas in the electroslag remelting process, thus improving the component uniformity of the electroslag ingot.)

一种GH2018合金电渣锭及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金制造领域，尤其涉及一种GH2018合金电渣锭及其制备方法。

背景技术

GH2018合金是以Cr、W、Mo元素固溶强化并用Al、Ti元素时效强化的Fe-Ni-Cr 基合金，成分见表1。该合金具有高的塑性、较高的高温强度水平以及良好的抗 氧化性和冲压焊接等性能。适用于800℃下长期工作的航空发动机的燃烧室火焰 筒等高温零部件。该合金在固溶状态为单相奥氏体组织，含有MC型碳化物和微 量M₃B₂型硼化物。

表1元素成分wt％

该合金含有一定的Al、Ti元素且含量差异较大，材料再经过电渣重熔过程 中会与空气进行解除，且Al、Ti两种元素自身活泼易与大气中的氧发生反应； 同时随着电渣重熔整个过程的进行，电渣重熔各阶段金属熔池的与氧反应的情 况也不同，进而造成合金锭再经过电渣重熔后合金锭成分不均的现象。

发明内容

本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种GH2018 合金电渣锭及其制备方法，通过改变工艺方法使电渣锭在保证其常规力学性能 不受影响的前提下，提高电渣锭表面质量，以获得成分均匀且表面良好易于热 加工的电渣锭。本发明采用的技术方案是：

一种GH2018合金电渣锭，其中：按质量百分比计，所述合金中元素的组分 含量为：C 0.040～0.050wt％、Cr 18.5～20.5wt％、Ni 40.5～43.5wt％、Al 0.6～ 0.7wt％、Ti2.0～2.2wt％、W 1.85～2.15wt％、Mo 3.8～4.2wt％、Mn 0.01～0.03wt％、 Ce 0.002～0.02wt％、Si 0.2～0.6wt％、P 0.001～0.02wt％、S 0.001～0.01wt％、 B 0.001～0.01wt％、Zr 0.005～0.05wt％、Cu 0.02～0.2wt％、余量为Fe。

一种GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：包括以下步骤：

1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为：C 0.040～0.050wt％、Cr 18.5～20.5wt％、Ni 40.5～43.5wt％、Al 0.6～0.7wt％、Ti 2.0～2.2wt％、W 1.85～ 2.15wt％、Mo 3.8～4.2wt％、Mn 0.01～0.03wt％、Ce 0.002～0.02wt％、Si 0.2～ 0.6wt％、P 0.001～0.02wt％、S 0.001～0.01wt％、B 0.001～0.01wt％、Zr 0.005～ 0.05wt％、Cu 0.02～0.2wt％、余量为Fe；将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、Zr、Cu加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼， 分别加Al、Ti加入坩埚进行精炼，充氩气然后加入B、Ce、Zr，浇铸，得到铸 锭；

2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔， 得到电渣锭。电渣重熔过程中充惰性氩气尽可能隔绝空气，降低Al、Ti元素与 大气中氧发生反应。

真空感应熔炼浇注电极经过滚磨处理，保证电极表面无重皮、飞刺等缺陷， 避免电渣重熔过程污染金属熔池。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤1)真 空熔炼时的工作真空度≤15Pa；所述原料熔化温度为1520～1540℃。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤1)真 空熔炼时将1/3～1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的C。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤1)全 熔时间为20～40min，加入剩余C15～30min后再加入Al、Ti进行精炼。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤1)精 炼真空度≤5Pa，精炼时间≥60min。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤1)充 氩气的压力为3000～4000Pa；浇铸温度为1440～1460℃。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤2)熔 渣包括69％～71％CaF₂、14.5％～15.5％Al₂O₃、14.5％～15.5％CaO；熔渣加入量为铸 锭重量的5.4％～5.8％；所述电渣重熔中再次加入Al₂O₃，Al₂O₃质量占熔渣0.8％～ 2.5％；所述电渣重熔过程中充氩气，氩气流量为8.0～9.0L/min。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤2)电 渣重熔造渣阶段加入10～18％的Al，中期和后期熔炼中分别加入40～45％的Al。 通过加入铝粉来抑制电极中Al、Ti与大气中氧发生反应，减少元素烧损提高成 分均匀度。

优选的是，所述的GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：所述步骤2)滚 磨处理的表面磨光量为3-5mm。

本发明的优点：本发明的GH2018合金电渣锭选用优质原材料避免了有害元 素的带入；优化元素成分配比，精准控制真空感应熔炼后化学成分；降低材料 中气体O、N元素的含量(O≤15ppm；N≤30ppm)；缩小了电渣重熔的熔炼参数 波动范围，保证了电渣锭表面质量；通过电渣重熔过程补加铝粉和充惰性Ar气 的方法，降低Al、Ti元素的烧损，提高了电渣锭成分均匀性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种GH2018合金电渣锭，其中：按质量百分比计，所述合金中元素的组分 含量为：C 0.040wt％、Cr 18.5wt％、Ni 40.5wt％、Al 0.6wt％、Ti 2.0wt％、W 1.85wt％、 Mo3.8wt％、Mn 0.01wt％、Ce 0.002wt％、Si 0.2wt％、P 0.001wt％、S 0.001wt％、B0.001wt％、Zr 0.005wt％、Cu 0.02wt％、余量为Fe。

一种GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：包括以下步骤：

1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为：C 0.040wt％、Cr 18.5wt％、 Ni40.5wt％、Al 0.6wt％、Ti 2.0wt％、W 1.85wt％、Mo 3.8wt％、Mn 0.01wt％、 Ce0.002wt％、Si 0.2wt％、P 0.001wt％、S 0.001wt％、B 0.001wt％、Zr 0.005wt％、 Cu0.02wt％、余量为Fe；将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、Zr、 Cu加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，分别加Al、Ti加入 坩埚进行精炼，充氩气然后加入B、Ce、Zr，浇铸，得到铸锭；

2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔， 电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，利于正式熔炼阶段电 渣重熔过程的电流和熔化速率的稳定性控制，冶炼电压：造渣采用电压在 60-64V，冶炼50分钟后换按56-63V控制，冶炼电流：7000-8500A，电渣重熔 过程中采用充惰性Ar气尽可能隔绝空气，降低Al、Ti元素与大气中氧发生反 应，Ar气流量为9.0L/min，得到电渣锭。

其中：所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa；所述原料熔化温度为 1520～1540℃。

其中：所述步骤1)真空熔炼时将1/3C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再 加入剩余的C。

其中：所述步骤1)全熔时间为20～40min，加入剩余C15～30min后再加 入Al、Ti进行精炼。

其中：所述步骤1)精炼真空度≤5Pa，精炼时间65min。

其中：所述步骤1)充氩气的压力为3000～4000Pa；浇铸温度为1441℃。

其中：所述步骤2)熔渣包括70％CaF₂、14.5％％Al₂O₃、15.5％CaO；熔渣加入 量为铸锭重量的5.4％；电渣重熔过程中再次加入Al₂O₃，Al₂O₃质量占熔渣0.8％～ 2.5％，造渣阶段加入0.2％的Al，中期和后期熔炼中分别加入45％的Al；步骤2) 滚磨处理的表面磨光量为3mm。

实施例2：

一种GH2018合金电渣锭，其中：按质量百分比计，所述合金中元素的组分 含量为：C 0.045wt％、Cr 19.5wt％、Ni 42.0wt％、Al 0.7wt％、Ti 2.15wt％、W 2.05wt％、 Mo4.0wt％、Mn 0.02wt％、Ce 0.01wt％、Si 0.4wt％、P 0.01wt％、S 0.01wt％、B 0.005wt％、Zr 0.02wt％、Cu 0.1wt％、余量为Fe。

一种GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：包括以下步骤：

1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为：C 0.045wt％、Cr 19.5wt％、 Ni42.0wt％、Al 0.7wt％、Ti 2.15wt％、W 2.05wt％、Mo 4.0wt％、Mn 0.02wt％、 Ce0.01wt％、Si 0.4wt％、P 0.01wt％、S 0.01wt％、B 0.005wt％、Zr 0.02wt％、 Cu0.1wt％、余量为Fe；将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、 Zr、Cu加入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，分别加Al、Ti 加入坩埚进行精炼，充氩气然后加入B、Ce、Zr，浇铸，得到铸锭；

2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔， 电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，利于正式熔炼阶段电 渣重熔过程的电流和熔化速率的稳定性控制，冶炼电压：造渣采用电压在 60-64V，冶炼50分钟后换按56-63V控制，冶炼电流：7000-8500A，熔炼过程 全程采用充惰性Ar气尽可能隔绝空气，Ar气流量为8.5L/min，得到电渣锭。

所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa；所述原料熔化温度为1520～ 1540℃。

所述步骤1)真空熔炼时将1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩 余的C。

所述步骤1)全熔时间为30min，加入剩余C 20min后再加入Al、Ti进行 精炼。

所述步骤1)精炼真空度≤5Pa，精炼时间为65min。

所述步骤1)充氩气的压力为3500Pa；浇铸温度为1450℃。

所述步骤2)熔渣包括70％CaF₂、15％Al₂O₃、15％CaO；熔渣加入量为铸锭重量 的6％。

所述步骤2)电渣重熔造渣阶段加入15％的Al，中期和后期熔炼中分别加入42.5％的Al。

所述步骤2)滚磨处理的表面磨光量为4mm。

实施例3：

一种GH2018合金电渣锭，其中：按质量百分比计，所述合金中元素的组分 含量为：C 0.050wt％、Cr 20.5wt％、Ni 43.5wt％、Al 0.7wt％、Ti2.2wt％、W 2.15wt％、 Mo4.2wt％、Mn 0.03wt％、Ce 0.02wt％、Si 0.6wt％、P 0.02wt％、S 0.01wt％、B 0.01wt％、Zr 0.05wt％、Cu 0.2wt％、余量为Fe。

一种GH2018合金电渣锭的制备方法，其中：包括以下步骤：

1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为：C 0.050wt％、Cr 20.5wt％、 Ni43.5wt％、Al 0.7wt％、Ti2.2wt％、W 2.15wt％、Mo 4.2wt％、Mn 0.03wt％、Ce 0.02wt％、Si 0.6wt％、P 0.02wt％、S 0.01wt％、B 0.01wt％、Zr 0.05wt％、Cu 0.2wt％、 余量为Fe；将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、Zr、Cu加 入坩埚，并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼，分别加Al、Ti加入坩埚进 行精炼，充氩气然后加入B、Ce、Zr，浇铸，得到铸锭；

2)将铸锭进行滚磨处理，然后将铸锭加入渣池，并加入熔渣进行电渣重熔， 电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式，利于正式熔炼阶段电 渣重熔过程的电流和熔化速率的稳定性控制，冶炼电压：造渣采用电压在 60-64V，冶炼50分钟后换按56-63V控制，冶炼电流：7000-8500A，熔炼过程 全程采用充惰性Ar气尽可能隔绝空气，Ar气流量为8.0L/min，得到电渣锭。

所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa；所述原料熔化温度为1520～ 1540℃。

所述步骤1)真空熔炼时将1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩 余的C，所述步骤1)全熔时间为40min，加入剩余C 30min后再加入Al、Ti进 行精炼。

所述步骤1)精炼真空度≤5Pa，精炼时间为70min。

其中：所述步骤1)充氩气的压力为3000Pa；浇铸温度为1460℃。

所述步骤2)熔渣包括71％CaF₂、14.5％Al₂O₃、14.5％CaO；熔渣加入量为铸锭 重量的5.8％；所述电渣重熔过程中再次加入Al₂O₃，Al₂O₃质量占熔渣2.5％，电 渣重熔造渣阶段加入18％的Al，中期和后期熔炼中分别加入41％的Al，滚磨处 理的表面磨光量为5mm。

下面列出实施例1～3的性能测试结果:

实施例1真空感应炉熔炼后化学成分：

表2真空感应炉熔炼元素成分wt％

C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	W
								0.041	0.02	0.2	0.001	0.001	40.2	18.2	1.82
Mo	Al	Ti	Fe	Cu	B	Zr	Ce
								3.6	0.67	2.12	余	0.01	0.003	0.004	0.002

实施例1电渣重熔后化学成分：

表3电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％

实施例2真空感应炉熔炼后化学成分：

表3真空感应炉熔炼元素成分wt％

C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	W
								0.044	0.02	0.5	0.01	0.01	42.2	19.2	2.02
Mo	Al	Ti	Fe	Cu	B	Zr	Ce
								3.9	0.71	2.14	余	0.01	0.004	0.03	0.005

实施例2电渣重熔后化学成分：

表4电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％

实施例3真空感应炉熔炼后化学成分：

表5真空感应炉熔炼元素成分wt％

实施例3电渣重熔后化学成分：

表6电渣重熔后元素成分(头/尾)wt％

从表2～表6可以看出，实施例1～3的GH2018合金在真空感应炉熔炼和电 渣重熔后化学成分变化较小，并且实施例1～3的电渣锭表面状态，表面光滑平 顺、无肉眼可见的冶金缺陷，经锻造热加工后，在锻坯两端取横向低倍组织， 无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷，锻造 热加工过程塑性良好。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非 限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方 案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。