[发明专利]用于生产低氮、基本上不含氮化物的铬和含有铬加铌的镍基合金的方法以及所得铬和镍基合金

说明书

用于生产低氮、基本上不含氮化物的铬或含有铬加铌的镍基合金的方法包括将不溶解可感知量的呈熔融状态的氮的元素或化合物装入真空感应炉内的耐火坩埚中，在减压下熔化其中的所述元素或化合物，并且以受控的方式进行非均匀基于碳的气泡成核。所述方法还包括，在气泡形成停止时，将具有低于10ppm的氮含量的低氮铬或低氮含铬母合金添加至所述熔体，将所述添加的铬或含铬母合金熔化并且分布在整个所述熔体中，使所述所得合并熔体达到一定温度和周围压力以允许出料，并且将所述所得熔体直接或间接地放出到金属模具中，并且使所述熔体在减压下凝固和冷却。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年11月5日提交的美国专利申请号14/533,843的权益，所述美国专利申请的内容以引用的方式整体并入本文。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于生产低氮、基本上不含氮化物的铬和含有铬加铌的镍基合金的方法以及所得铬和镍基合金。

2.相关技术说明

飞机发动机中的旋转金属零件的寿命通常由疲劳开裂决定。在此过程中，裂纹在金属内的某些成核位置处引发，并且以与材料特性和部件所经受的应力相关的速率传播。这进而限制零件在其使用寿命期间将承受的循环次数。

针对超合金开发的清洁熔化生产技术(clean melting production technique)已经引起基本上消除此类合金中的氧化物夹杂物，其程度为使得现在疲劳裂纹主要起源于结构特征，例如起源于晶界或初级沉淀物簇如碳化物和氮化物。

已经发现，在合金718(参见合金718规格(AMS 5662和API 6A 718)，其以引用的方式并入本文)的凝固期间形成的初级氮化物颗粒(其是用于生产飞机发动机旋转零件以及用于石油和天然气钻探和生产设备的主要合金之一)是纯TiN(氮化钛)，并且通过在TiN颗粒表面上的非均匀成核发生初级Nb-TiC(铌-碳化钛)的沉淀，从而增加沉淀物粒度。可通过两种方式降低粒度：通过尽可能降低碳含量或通过降低氮含量。

通常为了防止在使用温度下的晶界滑移，超合金、不锈钢和其他特种钢的许多商业规格建立最小碳含量。因此，在组成上减小粒度的唯一实用手段是尽可能广泛地降低材料中的氮含量。那么，由于氮化物首先沉淀，所以除去氮取代除去碳的重要性。

然而，一旦氮化物沉淀被抑制，由于碳将不会通过在氮化物颗粒周围沉淀而被消耗，所以本体液体的碳含量也可降低。这将导致凝固前沿处的枝晶间液体与本体液体之间的密度最终差异的改进。因此，可获得较小程度的熔析，这有利于生产大于工业中当前标准的铸块，同时仍然满足使用中的所有特性和预期性能标准。

此外，这种类型的材料的开发在单晶镍基超合金的生产方面提供显著优点。所述技术的主要问题之一是避免氮化钛沉淀的有害作用，因为那些颗粒变成充当额外凝固前沿的树枝状晶体的不均匀核。这将产生边界，从而防止铸件具有均匀结构。在Solidification andPrecipitation in IN718,A.Mitchell和T.Wang,Superalloys 718.625.706andVarious Derivations,E.A.Loria编辑,TMS(The Minerals,Metals and MaterialsSociety),2001中，据报道，如果可获得不含氮化物的原料，则它将使凝固速率相对于用于使用常规材料生产相同零件的固化速率加倍。

发明内容

本发明提供用于制造合金的方法，其中可基本上消除氮化物在其凝固期间的沉淀。这种结果通过本发明的两步熔化法获得。