本發(fā)明涉及電渣重熔領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種高溫合金電渣重熔用渣系及其使用方法。
背景技術(shù)：
目前在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，粉末高溫合金由于在高溫下表現(xiàn)出一系列優(yōu)越的性能而成為制造高推重比、低油耗航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵熱端部件渦輪盤的首選材料。Hf作為一種特殊的微量元素，可以進(jìn)入γ’相和MC碳化物，改變合金元素Ti、Cr、W、Mo在合金相間的分配，促進(jìn)γ’的高溫穩(wěn)定性。因此從歐美國(guó)家在研制三代粉末高溫合金的成分優(yōu)化設(shè)計(jì)上，隨著合金化程度的不斷提高，均采用加入Hf作為全面提高合金性能的重要合金化手段。
在粉末高溫合金領(lǐng)域，俄羅斯粉末高溫合金采用VIM或VIM+VAR雙聯(lián)熔煉工藝；美國(guó)粉末高溫合金采用VIM+ESR+VAR三聯(lián)熔煉工藝；而到目前為止我國(guó)粉末溫合基本采用VIM單煉工藝，這是導(dǎo)致我國(guó)粉末渦輪盤純凈度尚未達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的主要原因之一。北京航空材料研究院采用VIM+ESR雙聯(lián)工藝熔煉粉末高溫合金FGH96的研究結(jié)果表明，雙聯(lián)工藝改善了母合金的純凈度，降低了非金屬夾雜物的數(shù)量，減小了夾雜物的尺寸，對(duì)性能的提升有極大的改善。因此采用雙聯(lián)及三聯(lián)工藝制備粉末母合金可極大提高渦輪盤的性能。
電渣重熔(ESR)可以看做用電加熱熔渣進(jìn)行精煉金屬的方法，其中渣系、配比和渣量的選擇對(duì)尤為關(guān)鍵。目前重熔電渣主要成分為CaF2、CaO、MgO、Al2O3、SiO2以及TiO2等，所使用的工業(yè)原料為螢石、石灰、鎂砂、工業(yè)氧化鋁、石英砂、鈦白粉。根據(jù)重熔鋼錠的成分對(duì)其進(jìn)行三元、四元甚至五元的配比。電渣重熔含Ti鋼和含Mg鋼等特殊用鋼，常常在渣中加入一定量的TiO2或MgO，從而達(dá)到抑制鋼中鈦或鎂的燒損，提高其收得率的目的。美國(guó)G.K.巴特(Bhat)采用70％CaF2－20％Al2O3－10％TiO2渣重熔含Ni18％的馬氏體時(shí)效鋼。日本重熔A286高溫合金采用渣55％CaF2+35％Al2O3+10％TiO2，用50％CaF2+20％CaO+20％Al2O3+10％TiO2渣重熔CTSUS321鋼，Ti收得率>90％。國(guó)內(nèi)的研究者也研究了類似的五元渣系，有效地降低了Ti及Mg和稀土元素在特殊鋼中的偏析。
國(guó)內(nèi)關(guān)于含鉿高溫合金電渣工藝的研究基本還是空白，采用現(xiàn)有的五元渣系(CaF2-Al2O3-CaO-MgO-TiO2)對(duì)含鉿高溫合金進(jìn)行電渣重熔，雖然Al、Ti的偏析得到了控制，但是元素鉿在電極棒上中下三部位會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏析，其偏析程度大于60％，對(duì)合金的高溫力學(xué)性能產(chǎn)生極大的不利影響。
因此，如何解決含鉿高溫合金在電渣重熔過程中鉿元素的偏析問題，減小偏析程度，提高鉿的收得率，成為亟需解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種高溫合金電渣重熔用渣系及其使用方法，以解決含鉿高溫合金在電渣重熔過程中鉿元素的偏析問題，減小偏析程度，提高鉿的收得率。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
一種高溫合金電渣重熔用渣系，其化學(xué)成分的重量百分配比為：
CaF2：47-53％，Al2O3：20-25％，CaO：17-22％，MgO：4-6％，TiO2：1-3％，HfO2：1-4％；
其余為FeO、C與雜質(zhì)。
優(yōu)選的，所述渣系中，以重量百分比計(jì)：FeO≤0.2％，C≤0.025％。
一種如上述的一種高溫合金電渣重熔用渣系的使用方法，包括：
步驟一、對(duì)渣系進(jìn)行預(yù)熔或提純，使渣系中的FeO≤0.2％，C≤0.025％；
步驟二、將提純后的渣系在烘烤爐內(nèi)加熱；
步驟三、在引弧盒內(nèi)放置0.5±0.1kg步驟二中得到的渣系，并與同種的高溫合金車屑0.5±0.1kg混在一起；
步驟四、在底結(jié)晶器上引弧盒周圍放置步驟三中的總渣量10±1％的渣系，將剩余渣系放在自動(dòng)喂渣器中，向保護(hù)罩內(nèi)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)熔煉；
步驟五、送電下降電極引弧不少于5分鐘，將喂渣器中的渣系均勻加入結(jié)晶器中，其中化渣電壓20-50V，電流6000-10000A，加渣時(shí)間15-30 分鐘；
步驟六、渣系化清后，進(jìn)入熔化期，精確控制熔速；
步驟七、熔煉結(jié)束后，鋼錠冷卻時(shí)間大于40min后脫模繼續(xù)罩冷24h。
優(yōu)選的，步驟二中的加熱溫度為700-750℃，加熱時(shí)間不小于4小時(shí)。
優(yōu)選的，步驟四通入氬氣的流量為3-5L/min。
優(yōu)選的，步驟六中熔速具體為：V＝(0.5-0.6)D，其中，V為熔速，單位kg/h；D為結(jié)晶器或鋼錠的直徑，單位mm。
本發(fā)明中的高溫合金電渣重熔用渣系由于其化學(xué)成分的重量百分配比為：CaF2：47-53％，Al2O3：20-25％，CaO：17-22％，MgO：4-6％，TiO2：1-3％，HfO2：1-4％；其余為FeO、C與雜質(zhì)。采用這種方式，添加1-4％的HfO2，抑制鉿元素的燒損，防止電渣鋼錠頭尾鉿元素的成分偏差，使用該渣系重熔高溫合金，Al、Ti、Hf等回收率高，均達(dá)到92至98％，用該渣系冶煉的高溫合金鋼錠表面質(zhì)量好，無渣溝缺陷；重熔過程熔速穩(wěn)定，熔速波動(dòng)小于0.1kg/min，減小了鉿元素的偏析程度，提高鉿的收得率。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明公開一種高溫合金電渣重熔用渣系，其化學(xué)成分的重量百分配比為：
CaF2：47-53％，Al2O3：20-25％，CaO：17-22％，MgO：4-6％，TiO2：1-3％，HfO2：1-4％；
其余為FeO、C與雜質(zhì)。
本實(shí)施例中，渣系的重量(或質(zhì)量)百分比具體配比可以是例如：
CaF2：47％，Al2O3：20％，CaO：17％，MgO：4％，TiO2：1％，HfO2：1％；其余為FeO、C與雜質(zhì)。這種配比中FeO、C與其他雜質(zhì)會(huì)較多，提純或熔煉時(shí)需要去除更多的FeO、C與其他雜質(zhì)。
本實(shí)施例中，渣系的重量(或質(zhì)量)百分比具體配比也可以是例如：
CaF2：49％，Al2O3：22.5％，CaO：19.5％，MgO：5％，TiO2：1.5％，HfO2：1.5％；其余為FeO、C與雜質(zhì)。這種配比FeO、C與其他雜質(zhì)會(huì)較少一些，提純或熔煉時(shí)更加有利。
本實(shí)施例中，渣系的重量(或質(zhì)量)百分比具體配比也可以是例如：
CaF2：50％，Al2O3：21.2％，CaO：18％，MgO：4.5％，TiO2：1.5％，HfO2：4％；其余為FeO、C與雜質(zhì)。這種配比FeO、C與其他雜質(zhì)會(huì)較少一些，提純或熔煉時(shí)更加有利。
本實(shí)施例中，渣系的重量(或質(zhì)量)百分比具體配比也可以是例如：
CaF2：51％，Al2O3：20.1％，CaO：17.5％，MgO：5.1％，TiO2：3％，HfO2：2.5％；其余為FeO、C與雜質(zhì)。這種配比FeO、C與其他雜質(zhì)會(huì)較少一些，提純或熔煉時(shí)更加有利。
當(dāng)然，本實(shí)施例中各成分的配比在本實(shí)施例中限定的范圍即可，并不具體限定成分的百分比。
為了更加有利于提純或熔煉，所述渣系中，以重量百分比計(jì)：FeO≤0.2％，C≤0.025％。這樣雜質(zhì)會(huì)更少，有利于提純。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，一種如上述的一種高溫合金電渣重熔用渣系的使用方法，可以對(duì)上述任一一種配比的渣系進(jìn)行處理，包括：
步驟一、對(duì)渣系進(jìn)行預(yù)熔或提純，使渣系中的FeO≤0.2％，C≤0.025％；
步驟二、將提純后的渣系在烘烤爐內(nèi)加熱；
步驟三、在引弧盒內(nèi)放置0.5±0.1kg步驟二中得到的渣系，并與同種的高溫合金車屑0.5±0.1kg混在一起；
步驟四、在底結(jié)晶器上引弧盒周圍放置步驟三中的總渣量10±1％的渣系，將剩余渣系放在自動(dòng)喂渣器中，向保護(hù)罩內(nèi)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)熔煉；
步驟五、送電下降電極引弧不少于5分鐘，將喂渣器中的渣系均勻加入結(jié)晶器中，其中化渣電壓20-50V，電流6000-10000A，加渣時(shí)間15-30分鐘；
步驟六、渣系化清后，進(jìn)入熔化期，精確控制熔速；
步驟七、熔煉結(jié)束后，鋼錠冷卻時(shí)間大于40min后脫模繼續(xù)罩冷24h。
采用上述步驟進(jìn)行處理，添加1-4％的HfO2，抑制鉿元素的燒損，防止電渣鋼錠頭尾鉿元素的成分偏差，使用該渣系重熔高溫合金，Al、Ti、Hf等回收率高，均達(dá)到92至98％，用該渣系冶煉的高溫合金鋼錠表面質(zhì)量好，無渣溝缺陷；重熔過程熔速穩(wěn)定，熔速波動(dòng)小于±0.1kg/min，減小了鉿元素的偏析程度，提高鉿的收得率。
本實(shí)施中，步驟二中的加熱溫度為700-750℃，加熱時(shí)間不小于4小時(shí)。這樣可以更好的進(jìn)行提純。
本實(shí)施中，步驟四通入氬氣的流量為3-5L/min。采用這種流動(dòng)速度可以保護(hù)渣系，并且節(jié)省氬氣，經(jīng)濟(jì)性更好。
本實(shí)施中，步驟六中熔速具體為：V＝(0.5-0.6)D，其中，V為熔速，單位kg/h；D為結(jié)晶器或鋼錠的直徑，單位mm。這樣就可以根據(jù)具體的結(jié)晶器或鋼錠調(diào)整熔速，方便處理。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。