Способ выплавки сплава хн33кв

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам выплавки сплавов на основе никеля с высоким содержанием вольфрама (более 14%), предназначенных для изготовления деталей, применяемых в авиационной и других отраслях промышленности. Способ выплавки сплава ХН33КВ включает подготовку шихтовых материалов, формирование завалки, выплавку марочного сплава, его последующую кислородную продувку и рафинирование. При подготовке шихтовых материалов осуществляют предварительную выплавку в открытой индукционной печи и разливку в слитки никель-вольфрам-хромовой лигатуры с содержанием вольфрама 20-30 мас.% и хрома 20-25 мас.% при использовании никеля электролитического, хрома металлического и до 30% от веса завалки стружки вольфрама. Выплавленную лигатуру в количестве до 50% от веса завалки задают на выплавку марочного сплава в вакуумной индукционной печи в составе шихтовых материалов в виде кобальта, молибдена, ниобия, хрома, никеля и микродобавок. Обеспечивается выполнение требований по химическому составу выплавляемого сплава, исключается ликвация вольфрама. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

 

1. Область техники

Изобретение относится к области специальной металлургии, конкретно к способам выплавки сплавов на основе никеля с высоким содержанием вольфрама (более 14%), предназначенных для изготовления деталей, применяемых в авиационной и других отраслях промышленности.

2. Предшествующий уровень техники

Известен «Способ получения легированного сплава, содержащего тугоплавкие металлы вольфрам и молибден технологией жидкофазного восстановления» (патент RU 2135611, кл. С22В 5/10, С22В 4/06, С22В 34/30, опубл. 27.08.1999 г.), включающий подачу кислородсодержащего газа в шлаковый расплав, разделение гетерогенного расплава на верхнюю барботируемую и нижнюю спокойную, состоящую из слоя спокойного шлака и слоя металла, части, подачу окисленного сырья, углеродсодержащего топлива и флюсующих материалов. Недостатком технического решения являются высокие материальные и энергетические затраты на получение в сплаве требуемого содержания вольфрама.

Известен «Способ производства вольфрамсодержащей стали и сплавов» (патент RU 2282668, кл. С21С 5/52, опубл. 27.08.2006 г.), включающий получение жидкого металла, легирование его путем подачи окисленного сырья, содержащего вольфрам, флюсующего материала и восстановителя на предварительно очищенную от шлака поверхность жидкого металла, при этом в качестве окисленного сырья, содержащего вольфрам, используют отходы заточки инструмента, сформированные в брикеты совместно с флюсующим материалом и выбранным в качестве восстановителя 15%-ным силикокальцием, причем отходы заточки инструмента, флюсующий материал и 15%-ный силикокальций взяты в количестве, выбранном из соотношения (3,9-4,1):(1,9-2,1):(1,0-1,2) соответственно. Недостатком технического решения является отсутствие эффективных операций для исключения ликвации вольфрама и невозможность обеспечения достаточной однородности структуры сплава и химического состава по высоте слитка.

Известен «Способ получения полуфабрикатов из жаропрочного сплава Х25Н45 В30» (патент RU 2719051, кл. C22F 1/10, С22В 9/20, опубл. 16.04.2020 г.). Способ включает выплавку шихтовых материалов дуплекс-методом ВИП+ЭЛП путем вакуумно-индукционного переплава шихтовых материалов, содержащих кондиционные технологические отходы возврата собственного производства и лигатуру никель-вольфрам, с последующей разливкой сплава в горизонтальные изложницы с получением электродов и их электронно-лучевого переплава в слитки, механическую обработку их поверхностей с удалением поверхностного слоя на глубину 5-7 мм и проводят деформацию слитка за один или более передел. К недостатку способа можно отнести значительные трудозатраты, связанные с необходимостью использования электроннолучевого переплава.

Известен также, принятый заявителем за наиболее близкий аналог, «Способ выплавки вольфрамсодержащей стали и сплавов» (авторское свидетельство SU 581151, кл. С21С 5/25, опубл. 25.11.1977 г.), включающий введение в жидкую ванну вольфрамсодержащей лигатуры совместно с активным восстановителем, последующую кислородную продувку и рафинирование металла, причем один из компонентов комплексного восстановителя при взаимодействии с окислами шлака и кислородом, растворенным в металле, образует газообразный продукт реакции. К недостаткам способа можно отнести трудности в управлении процессом легирования, непопадание в заданные пределы по химическому составу легирующего элемента и, следовательно, ухудшение качества металла.

3. Сущность изобретения

3.1. Постановка технической задачи

Освоить технологию выплавки сплавов на основе никеля с высоким содержанием вольфрама (более 14%), при этом исключить ликвацию вольфрама и обеспечить однородность структуры сплава и химического состава по высоте слитка, а также экономию дорогостоящих и дефицитных шихтовых материалов, при выплавке.

Результат решения технической задачи

Задача решена путем вовлечения никель-вольфрам-хромовой (Ni-W-Cr) лигатуры, полученной путем сплавления в индукционной печи электролитического никеля, хрома металлического и полуфабриката (стружки) вольфрама. При этом в Ni-W-Cr лигатуре обеспечивается получение содержания вольфрама 20-30% и хрома 20-25%, что дает возможность ее использования при выплавке марочного металла взамен вольфрама металлического, без ухудшения качества металлопродукции.

3.2. Отличительные признаки

В отличии от известного технического решения, включающего введение в жидкую ванну вольфрамсодержащей лигатуры совместно с активным восстановителем, последующую кислородную продувку и рафинирование металла, в заявленном техническом решении при подготовке шихтовых материалов осуществляют предварительную выплавку в открытой индукционной печи и разливку в слитки никель-вольфрам-хромовой лигатуры с содержанием вольфрама 20-30% и хрома 20-25%, при использовании никеля электролитического, хрома металлического и до 30% стружки вольфрама, которую в количестве до 50% задают на выплавку марочного сплава в вакуумной индукционной печи в составе шихтовых материалов вместе с кобальтом, молибденом, ниобием, хромом и никелем.

При этом предварительную выплавку никель-вольфрам-хромовой лигатуры осуществляют в открытой индукционной печи. В качестве шихтовых материалов используют никель электролитический по качеству не хуже марки Н-1у, металлический хром и стружку вольфрама, в качестве шлакообразующих применяют известь и свежий флюс марки АНФ. После расплавления завалки (шихты) при температуре расплава (1530-1580)°С металл перемешивают и проводят раскисление шлака алюминиевой крупкой в течение 8-15 минут. Затем снимают шлак и при температуре (1540-1600)°С производят выпуск металла в атмосфере инертного газа в разливочную керамическую форму, предварительно просушенную при температуре не менее 300°С в течение не менее двух часов.

Выплавку марочного сплава в вакуумной индукционной печи осуществляют с использованием электромагнитного перемешивания (ЭМП): после полного расплавления шихтовых материалов (никель, хром, кобальт, молибден, ниобий) при температуре расплава (1500-1550)°С и присадок строго рассчитанных микродобавок (магний, церий, лантан).

Далее осуществляют разливку марочного металла в вакууме при температуре (1530-1580)°С в изложницы через разливочный желоб с установленными в нем, как минимум, двумя перегородками, для отсечки шлака, и пенокерамическим фильтром.

4. Описание изобретения

Особенности плавки тугоплавких сплавов определяются высокой химической активностью металлов и сплавов при высоких температурах и особенно в жидком состоянии. Для предотвращения насыщения сплавов примесями из газовой атмосферы плавку ведут в вакууме. Шихта, используемая для плавки тугоплавких сплавов, в большинстве своем содержит в недопустимых количествах примеси, поэтому процесс плавки должен осуществляться таким образом, чтобы рафинирование металла происходило в процессе его плавления.

Когда основной сплав и легирующий элемент значительно различаются по температуре плавления, особенно востребовано использование лигатур. За счет содержания в лигатурах не только собственно легирующих компонентов, но и основного металла сплава, их усвоение расплавом происходит в более полном объеме, чем при легировании чистыми элементами. А благодаря тому, что любой лигатуре присуща меньшая температура плавления в сравнении с каждым из входящих в нее металлов, достаточно высока и быстрота ее растворения в основном сплаве.

В заявленном техническом решении на стадии подготовки шихтовых материалов на выплавку марочного сплава осуществляют предварительную выплавку никель-вольфрам-хромовой лигатуры, при этом последовательно выполняют следующие действия:

- выплавка никель-вольфрам-хромовой лигатуры в открытой индукционной печи с использованием в качестве шихтовых материалов никеля электролитического по качеству не хуже марки Н-1у, металлического хрома и стружки вольфрама, обеспечивающей в металле расчетное содержание вольфрама в пределах 20-30% и хрома 20-25%. Для лигатуры данного химического состава температура ликвидус составляет не более 1500°С. В качестве шлакообразующих применяют известь и свежий флюс марки АНФ. Увеличение в лигатуре содержания вольфрама более 30% приводит к значительному росту температуры ликвидус более 1700°С.

- после расплавления завалки (шихты) при температуре расплава (1530÷1580)°С металл перемешивают и проводят раскисление шлака алюминиевой крупкой в течение 8-15 минут. Затем снимают шлак и при температуре (1540÷1600)°С производят выпуск металла в атмосфере инертного газа в разливочную керамическую форму, предварительно просушенную при температуре не менее 300°С в течение не менее двух часов.

Далее осуществляют формирование завалки и выплавку марочного металла сплава в вакуумной индукционной печи, при этом:

- в шихте предусматривается использование до 60% от веса завалки кондиционных технологических отходов возврата собственного производства, в том числе частичная замена отходов лигатурой никель-вольфрам-хром (20-30% вольфрама, 20-25% хрома, остальное никель) в количестве до 50%, для исключения значительного перегрева металла, повышения усвоения и равномерного распределения вольфрама по объему расплава.

- вакуумная индукционная выплавка марочного сплава осуществляется на вакууме не выше 25×10-3 мм.рт.ст. После полного расплавления шихтовых материалов (никель, кобальт, молибден, ниобий) при температуре расплава (1500-1550)°С, с целью растворения тугоплавких материалов, производят выдержку в течение 10-15 минут с подключением электромагнитного перемешивания (ЭМП) металла на 2-7 минут.

- введение в расплав строго рассчитанных микродобавок магния, церия, лантана на 0,03% по расчету для нейтрализации вредного влияния серы, содержание которой даже при ничтожных концентрациях, порядка тысячных долей процента, резко ухудшает деформируемость марочного металла. После усвоения последней присадки производят подключение ЭМП металла на 1-3 минуты.

- разливка марочного металла в вакууме при температуре (1530-1580)°С в изложницы через разливочный желоб с установленными в нем, как минимум, двумя перегородками, для отсечки шлака, и пенокерамическим фильтром.

Предложенный способ выплавки вольфрамсодержащих сплавов позволяет снизить стоимость производства без потери качества металлопродукции, сэкономить дорогостоящие и дефицитные шихтовые материалы (металлический вольфрам). Использование в составе завалки на выплавку марочного металла до 50% никель-вольфрам-хромовой лигатуры позволяет исключить ликвацию вольфрама, гарантирует выполнение требований по химическому составу, а также обеспечивает стабильность химического состава от плавки к плавке.

5. Пример выполнения (реализация способа)

Техническое решение опробовано в производственных условиях на марке ХН33КВ.

В 1-тонной открытой индукционной печи выплавили одну плавку никель-вольфрам-хромовой лигатуры с использованием никеля электролитического, хрома металлического и стружки вольфрама, в количестве до 30% от веса завалки. Разливку металла произвели в атмосфере инертного газа в разливочную керамическую форму, предварительно просушенную при температуре не менее 300°С в течение не менее двух часов. В таблице 1 приведен химический состав выплавленной никель-вольфрам-хромовой лигатуры.

Выплавленную никель-вольфрам-хромовую лигатуру использовали на выплавку в вакуумной индукционной печи марочного металла сплава ХНЗЗКВ. Плавки осуществляли с применением электромагнитного перемешивания после полного расплавления шихтовых материалов и присадок строго рассчитанных микродобавок. Разливку марочного металла выполнили в вакууме в изложницы через разливочный желоб с установленными в нем, как минимум, двумя перегородками, для отсечки шлака, и пенокерамическим фильтром. Химический состав плавок сплава ХНЗЗКВ, выплавленных с использованием никель-вольфрам-хромовой лигатуры, приведен в таблице 2.

Таки образом, заявленное техническое решение опробовано в производственных условиях на АО «Металлургический завод «Электросталь» с положительным результатом.

Предложенный способ выплавки позволяет снизить стоимость производства без потери качества металлопродукции, сэкономить дорогостоящие и дефицитные шихтовые материалы (металлический вольфрам). Использование в составе завалки на выплавку марочного металла сплава ХН33КВ до 50% никель-вольфрам-хромовой лигатуры позволяет исключить ликвацию вольфрама, гарантирует выполнение требований по химическому составу, а также обеспечивает стабильность химического состава от плавки к плавке.

1. Способ выплавки сплава ХН33КВ, включающий подготовку шихтовых материалов, формирование завалки, выплавку марочного сплава, его последующую кислородную продувку и рафинирование, отличающийся тем, что при подготовке шихтовых материалов осуществляют предварительную выплавку в открытой индукционной печи и разливку в слитки никель-вольфрам-хромовой лигатуры с содержанием вольфрама 20-30 мас.% и хрома 20-25 мас.% при использовании никеля электролитического, хрома металлического и до 30% от веса завалки стружки вольфрама, выплавленную лигатуру в количестве до 50% от веса завалки задают на выплавку марочного сплава в вакуумной индукционной печи в составе шихтовых материалов в виде кобальта, молибдена, ниобия, хрома, никеля и микродобавок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную выплавку никель-вольфрам-хромовой лигатуры осуществляют в открытой индукционной печи, причем разливку металла производят при температуре 1540-1600°С в атмосфере инертного газа в разливочную керамическую форму, предварительно просушенную при температуре не менее 300°С в течение не менее двух часов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выплавку марочного сплава в вакуумной индукционной печи осуществляют с использованием электромагнитного перемешивания.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выплавке марочного сплава вводят микродобавки магния, церия и лантана в количестве 0,03 мас.% по расчету.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству низколегированных медных сплавов, и может быть использовано для изготовления деталей двигательных систем на электрической тяге. Способ получения низколегированного сплава на основе меди, содержащего железо в количестве 2,6-2,85 мас.%, включает расплавление меди марки М0 или M1 в высокочастотной индукционной печи под покровом слоя мелкодисперсного кокса или графита толщиной 15-20 мм в форсированном режиме, затем подъем температуры расплава до 1200°С, проведение диффузионного раскисления длительностью 30-40 мин и ввод в расплав технически чистого электротехнического железа, при этом перед введением железа температуру расплава поднимают до температуры 1280-1300°С, а перед разливкой зеркало расплава очищают от шлакового покрова.

Изобретение относится к области термодеформационной обработки композиционных материалов на основе алюминия для получения заготовок и полуфабрикатов и может быть использовано в высокотехнологичных областях техники для изготовления деталей с повышенными эксплуатационными свойствами. Способ обработки алюмоматричного композита включает обработку путем интенсивной пластической деформации всесторонней ковкой в три этапа с последовательной сменой направления деформирования по трем осям координат заготовки со ступенчатым изменением температуры деформирования и последующим охлаждением заготовки до комнатной температуры, в котором каждый из трех этапов осуществляют путем нагрева заготовки от комнатной температуры до температуры 0,7Тликвидуса матрицы с произвольной скоростью, приложением к заготовке давления, равного 1-3% предела прочности матричного материала, затем нагрев от 0,7Тликвидуса матрицы до температуры 0,88Тликвидуса матрицы с увеличением скорости нагрева от 3°С/мин до 6°С/мин, далее выдержкой при температуре 0,88Тликвидуса матрицы в течение 1 мин с последующим охлаждением до комнатной температуры с произвольной скоростью, при этом деформацию осуществляют до достижения степени деформации ε не менее 54% на каждом этапе.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению крупногабаритных изделий из бериллида титана TiBe12. Порошок бериллия крупностью менее 56 мкм и порошок титана крупностью менее 40 мкм смешивают в пропорции (30±3) мас.% Ti и (70±3) мас.% Be и осуществляют холодное изостатическое прессование смеси в полиуретановой пресс-форме.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению инструментальных твердых сплавов с особо мелкозернистой структурой. Может использоваться для изготовления режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сплавов и сталей.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения спеченных изделий никельхромовых сплавов, и может быть использовано при изготовлении изделий общего машиностроительного назначения. Способ получения заготовок из никельхромового сплава Х20Н80 включает обеспечение порошка никельхромового сплава и проведение искрового плазменного сплавления порошка.

Изобретение относится к композитному изнашиваемому компоненту с иерархической структурой, получаемому технологией литья, имеющему повышенную стойкость к комбинированным нагрузкам износа/ударным нагрузкам, и к способу его получения. Композитный изнашиваемый компонент с иерархической структурой содержит армирование в наиболее подверженной износу части.

Изобретение относится к термомеханической обработке медных сплавов, предназначенных для электротехнических изделий, в частности для контактных проводов сети высокоскоростного железнодорожного транспорта, высокопрочных медных проводов и кабелей для нужд автомобильной и авиапромышленности. Способ термомеханической обработки низколегированных медных сплавов включает прокатку, равноканальное угловое прессование и волочение, при этом горячую прокатку проводят при температуре 700°С до степени деформации 0,5-2, непрерывное равноканальное угловое прессование осуществляют до истинной степени деформации 1-2 при температуре, соответствующей развитию непрерывной динамической рекристаллизации с деформационным старением, операцию волочения осуществляют до истинной степени деформации 1-2 при температуре, соответствующей развитию непрерывной динамической рекристаллизации с деформационным старением.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам получения литых заготовок из антифрикционных оловянно-свинцовых бронз типа БрО10С2Н3, предназначенных для диффузионной сварки со сталью для создания узлов трения средней нагрузки и скоростей скольжения. Способ изготовления литых заготовок из антифрикционной бронзы для диффузионной сварки со сталью включает расплавление шихтовых материалов с получением расплава бронзы и непрерывное литье, при этом в приготовленный расплав вводят либо цирконий в количестве 0,03-0,08 мас.% в виде лигатуры Cu-50±5 мас.% Zr, либо бор в количестве 0,02-0,1 мас.% в виде лигатуры Ni-15±5 мас.% В при температуре 1100-1150°С и выдерживают модифицированный расплав до полного растворения лигатуры и усвоения циркония или бора, после чего с поверхности расплава удаляют шлак и вытягивают расплав вверх в виде прутка через водоохлаждаемый кристаллизатор.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении проволоки, предназначенной для работы в широком диапазоне температур, до 400°С. Способ получения проволоки из алюминиевого сплава включает получение расплава на основе алюминия, содержащего марганец, медь и цирконий, при температуре, превышающей температуру ликвидуса, получение литой заготовки путем кристаллизации расплава, получение проволоки путем деформации литой заготовки, промежуточный и окончательный отжиги проволоки, при этом в расплав вводят, мас.%: медь от 3,0 до 4,0, марганец от 2,4 до 3,0, цирконий от 0,4 до 0,6, литую заготовку в виде прутка диаметром от 8 до 12 мм получают кристаллизацией расплава со скоростью охлаждения не менее 1000°С/с, деформацию литой заготовки проводят холодным волочением, проволоку подвергают промежуточному отжигу при температуре 300-350°С в течение 2-6 часов и окончательному отжигу при температуре 360-410°С в течение 1-10 часов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литий-борного сплава и может использоваться в электротехнике для активных анодных материалов в химических источниках тока. Способ изготовления литий-кадмий-борного сплава включает загрузку в тигель герметичного реактора компонентов сплава, их расплавление путем многоступенчатого нагрева с выдержкой при каждой температуре до достижения температуры вязкости и охлаждение полученного сплава.
Изобретение относится к рафинированию отходов горячего цинкования, в частности к рафинированию гартцинка от примеси железа и алюминия. Осуществляют порционное введение в расплав гартцинка рафинировочного агента - алюминия, в виде ломов силумина с содержанием кремния 7-12%, взятом в соотношении силумин/железо, равном 1,3-1,4:1, при температуре начала кристаллизации силуминов 566-577°С.
Наверх