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CN110819850A - 一种镍铬电热合金及其制备方法 - Google Patents

一种镍铬电热合金及其制备方法 Download PDF

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CN110819850A CN201911307322.XA CN201911307322A CN110819850A CN 110819850 A CN110819850 A CN 110819850A CN 201911307322 A CN201911307322 A CN 201911307322A CN 110819850 A CN110819850 A CN 110819850A
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Jiangsu Brotherhood Alloy Co Ltd
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Abstract

本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种镍铬电热合金及其制备方法。为了解决常规方法所制备的镍铬电热合金的电阻率较低，最高工作温度仅为1200℃的问题，本发明提供一种镍铬电热合金，通过对镍铬电热合金的成分和含量进行合理设计以及采用特殊加工工艺，使得所制备的镍铬电热合金具有较好的高温强度和电阻率（1.3Ωmm2/m以上），其工作温度可达到1350℃。

Description

一种镍铬电热合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种镍铬电热合金及其制备方法。
背景技术
电热合金是一种通过金属电阻产生的焦耳热使电能转换为热能的功能性电热工程合金材料。作为高温合金材料的一个重要分类，由于其具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性、较高的高温强度等综合性能，主要以丝材、带材、管材、型材等形态用于制作工作温度在500～1400℃的精密电阻元件、电热元件，在电子电工、军工、航空航天、汽车、家电、建筑、石油化工、冶金等领域广泛应用。随着科技不断进步和经济全球化的进展，电气化已深入到世界各个角落，电热合金材料的需求量日益增大，目前己成为一种重要的工程合金材料，在国民经济中占有重要的地位。
镍基电热合金在室温高温下均为奥氏体组织，合金组织稳定，高温强度高、无高温脆性，由于它是均匀的固溶体组织，电气性能均匀稳定；冷热加工性能良好，可以制成细丝和薄带；焊接性能优良，维护方便；具有较好抗氮气能力，可用于含氮气氛环境的加热，在加热精度和使用寿命要求高的环境中应用较广泛，但镍基电热合金的缺点是电阻率稍低，最高工作温度为1200℃，合金中含有大量的镍、铬，成本较高，化学稳定性较差，尤其在含硫的气氛中使用时易腐蚀失效。为了提高镍基合金的高温强度和电阻率，目前主要从镍基合金成分的设计和加工工艺方面入手，例如中国发明专利CN 101899593A公开了一种镍基电热合金Cr20Ni80Zr，其最高使用温度达1300℃，表面负荷达到5W/cm2；中国发明专利CN108998635A公开了一种镍铬电热合金，最高使用温度达1300℃。
随着科学技术的进步和发展，消费者对产品性能指标的要求越来越高，要求用于制作电阻元件的材料具有高而稳定的电阻特性，尤其是用于制作电热元件的电阻电热合金材料，要求其具有日渐提高的高温持久强度和抗蠕变能力，具有更长的安全使用寿命。因此，对于镍基电热合金而言，需向更高使用温度、更长使用寿命以及更高热效率方向发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：常规方法所制备的镍铬电热合金的电阻率较低，且最高工作温度仅为1200℃，本发明提供一种镍铬电热合金，通过镍铬电热合金的成分和含量的合理设计以及特殊的熔炼热处理加工工艺，使得所制备的镍铬电热合金具有较好的高温力学性能、较高的电阻率，其工作温度可以达到1350℃。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种镍铬电热合金，包括以下成分(以元素成分质量百分含量计)：
Figure BDA0002323530030000021
Figure BDA0002323530030000031
具体地，所述的稀土元素为La、Ce、Y、Nb中的一种或几种。
具体地，所述的镍铬电热合金的制备方法如下：
步骤(1)：镍铬电热合金粉料的真空低温冷冻干燥
将待脱水处理的合金组分粉料放入真空冷冻干燥机内，设置真空度为10-15Pa，先在-20℃下预冻0.5-1h，然后再在-45℃下进行冻结，然后在-5℃下进行水分升华，，待含水率低于0.5％，升华结束，对合金粉料进行包装；
步骤(2)：配料
将真空低温干燥后的镍铬电热合金组分粉料按照一定的比例进行配料。
步骤(3)：电热合金熔炼炉底吹稀土元素弥散强化技术
将配好的镍铬电热合金粉料制成细微粉体，镍铬电热合金粉体的粒度为300目，以Ar为载体，利用常规的喷吹系统，通过高压将镍铬电热合金粉体压送至真空感应熔炼炉底的透气砖中，喷入到熔炼炉中进行真空感应熔炼，粉体流量为5Kg/h，熔炼温度为1520-1560℃，熔炼时间为20-30min，真空度为1×10-3Pa，出钢温度1520℃～1560℃；
步骤(4)：电渣精炼，将步骤(3)得到的钢锭进行电渣精炼，精炼期温度控制在1520℃～1580℃，熔炼电压45-50V，熔炼电流2500-3000A；
步骤(5)：锻造，将步骤(4)得到的钢锭进行锻造，锻造温度900℃-1180℃，开锻温度1150℃，采用天然气加热；
步骤(6)：热轧盘条，将锻造后的方棒进行热轧盘条，热轧温度900℃-1180℃，开轧温度1170℃，终轧温度为900℃；
步骤(7)：退火，退火温度950℃-1050℃，退火保温2h；
步骤(8)：漂洗，将热轧盘条、退火后的坯件进行酸洗-水洗；
步骤(9)：将漂洗后的盘条挂灰烘干多道次进行拉拔→退火→拉拔，得到高电阻电热合金材料成品。
具体地，步骤(9)中所述的拉拔采用单车慢速进行，其线速度为8-10m/mint。
具体地，步骤(9)中所述的退火，采用光亮热处理退火，退火温度为950℃-1050℃。
具体地，步骤(8)中所述的漂洗，酸洗步骤中其酸液按重量份配比为HNO3：HF：H2O＝1.5：0.8：100，酸液温度为40-60℃，酸浸时间为10-15min。
本发明的有益效果是：
(1)为提高稀土元素对电热合金的强化作用，提高镍铬电热合金的脱氧效率和稀土元素的收得率，本发明采用电热合金熔炼炉底吹稀土元素弥散强化技术，解决熔炼过程中稀土元素不易加入的难题，通过控制高压的粉气流的冲击作用，对熔池造成强烈搅动，大大地改善冶金反应的动力学条件，缩短了合金化时间，促进合金元素在钢中的均质化程度，提高了合金收得率，保证脱硫(脱氧)产物的有效排出，并使残留于熔池中的非金属夹杂物等分布均匀，提高合金成分均匀性和洁净度，非常有利于提高镍铬电热合金的各方面性能；
(2)合金粉料的比表面积大，其生产、储存、使用过程很容易缓慢地与空气中的氧气和水分发生反应，引起有效活性降低，影响使用效果，本发明采用真空低温冷冻干燥技术对镍铬电热合金的进行干燥处理，防止合金元素的氧化对电热合金质量的影响，使得合金粉经真空低温冷冻干燥后含水率低于0.5％，且干燥过程中合金粉无氧化褐变现象，干燥后粉体颗粒间无粘连或团聚现象，分散性好，对合金粉的性能影响较小；
(3)本发明通过合理的镍铬电热合金的成分设计和特殊的加工工艺所制备的镍铬电热合金具有较好的高温力学性能、较高的电阻率1.3Ωmm2/m，其工作温度可以达到1350℃。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-9的镍铬电热合金的组分及含量见表1：
表1
Figure BDA0002323530030000051
将表1中的实施例1-9按照以下过程制备镍铬电热合金，具体步骤如下：
步骤(1)：镍铬电热合金粉料的真空低温冷冻干燥
将待脱水处理的合金组分粉料放入真空冷冻干燥机内，设置真空度为15Pa，先在-20℃下预冻1h，然后再在-45℃下进行冻结0.5h，然后在-5℃下进行水分升华，待含水率低于0.5％，升华结束，对合金粉料进行包装；
步骤(2)：配料
将真空低温干燥后的镍铬电热合金组分粉料按照表1中实施例1-9所述的比例进行配料。
步骤(3)：电热合金熔炼炉底吹稀土元素弥散强化技术
将配好的镍铬电热合金粉料制成细微粉体，镍铬电热合金粉体的粒度为300目，以Ar为载体，利用常规的喷吹系统，通过高压将镍铬电热合金粉体压送至真空感应熔炼炉底的透气砖中，喷入到熔炼炉中进行真空感应熔炼，粉体流量为5Kg/h，熔炼温度为1520-1560℃，熔炼时间为20-30min，真空度为1×10-3Pa，出钢温度1520℃～1560℃；
步骤(4)：电渣精炼
将步骤(3)得到的钢锭进行电渣精炼，精炼期温度控制在1520℃～1580℃，熔炼电压45V，熔炼电流2500A；
步骤(5)：锻造
将步骤(4)得到的钢锭进行锻造，锻造温度900℃-1180℃，开锻温度1150℃，采用天然气加热；
步骤(6)：热轧盘条
将锻造后的方棒进行热轧盘条，热轧温度900℃-1180℃，开轧温度1170℃，终轧温度为900℃；
步骤(7)：退火
退火温度950℃-1050℃，退火保温2h；
步骤(8)：将热轧盘条、退火后的坯件进行酸洗-水洗，酸液按重量份配比为HNO3：HF：H2O＝1.5：0.8：100，酸液温度为50℃，酸浸时间为15min；
步骤(9)：将漂洗后的盘条挂灰烘干多道次进行拉拔→退火→拉拔，得到高电阻电热合金材料成品，拉拔采用单车慢速进行，其线速度为8m/mint；退火，采用光亮热处理退火，退火温度为950℃-1050℃。
实施例1-9制备镍铬电热合金的工艺参数见表2：
表2
Figure BDA0002323530030000061
Figure BDA0002323530030000071
对比例1为国内现有产品牌号Cr20Ni80，本法所制备的镍铬电热合金的性能测试如下，测试标准GB/T1234-2012：
表3
Figure BDA0002323530030000072
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种镍铬电热合金，其特征在于，包括以下成分（以元素成分质量百分含量计）：
Cr 20-21%
Fe 0.4-0.6%
Al 0.1-0.2%
Mn 0.02-0.06%
Ti 0.08-0.12%
Zr 0.2-0.5%
C 0.02-0.04%
Si 0.8-1%
P 0.01-0.012%
S 0.01-0.012%
N 0.01-0.02%
V 1-2%
Mo 0.5-1%
稀土元素 0.3-0.4%
Ni 余量。
2.根据权利要求1所述的镍铬电热合金，其特征在于：所述的稀土元素为La、Ce、Y、Nb中的一种或几种。
3.根据权利要求1-2所述的镍铬电热合金的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
步骤（1）：镍铬电热合金粉料的真空低温冷冻干燥
将待脱水处理的合金组分粉料放入真空冷冻干燥机内，设置真空度为10-15Pa，先在-20℃下预冻0.5-1h，然后再在-45℃下进行冻结，然后在-5℃下进行水分升华，待含水率低于0.5%，升华结束，对合金粉料进行包装；
步骤（2）：配料
将真空低温干燥后的镍铬电热合金组分粉料按照权利要求1中所述的比例进行配料。
步骤（3）：电热合金熔炼炉底吹稀土元素弥散强化技术
将配好的镍铬电热合金粉料制成细微粉体，镍铬电热合金粉体的粒度为300目，以Ar为载体，利用常规的喷吹系统，通过高压将镍铬电热合金粉体压送至真空感应熔炼炉底的透气砖中，喷入到熔炼炉中进行真空感应熔炼，粉体流量为5kg/h，熔炼温度为1520-1560℃，熔炼时间为20-30min，真空度为1×10-3Pa，出钢温度1520℃~1560℃；
步骤（4）：电渣精炼，将步骤（3）得到的钢锭进行电渣精炼，精炼期温度控制在1520℃~1580℃，熔炼电压45-50V，熔炼电流2500-3000A；
步骤（5）：锻造，锻造温度900℃-1180℃，开锻温度1150℃，采用天然气加热；
步骤（6）：热轧盘条，将锻造后的方棒进行热轧盘条，热轧温度900℃-1180℃，开轧温度1170℃，终轧温度为900℃；
步骤（7）：退火，退火温度950℃-1050℃，退火保温2h；
步骤（8）：漂洗，将热轧盘条、退火后的坯件进行酸洗-水洗；
步骤（9）：将漂洗后的盘条挂灰烘干多道次进行拉拔→退火→拉拔，得到高电阻电热合金材料成品。
4.根据权利要求3所述的镍铬电热合金的制备方法，其特征在于：步骤（9）中所述的拉拔采用单车慢速进行，其线速度为8-10m/mint。
5.根据权利要求3所述的镍铬电热合金的制备方法，其特征在于：步骤（9）中所述的退火，采用光亮热处理退火，退火温度为950℃-1050℃。
6.根据权利要求3所述的镍铬电热合金的制备方法，其特征在于，步骤（8）中所述的漂洗，酸洗步骤中其酸液按重量份配比为HNO3：HF：H2O=1.5：0.8：100，酸液温度为40-60℃，酸浸时间为10-15min。
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