專利名稱：汽車用陰極鎳合金鋼及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是在汽車、摩托車上的火花塞專用陰極材料的應(yīng)用及其制造工藝。
背景技術(shù)：
汽車火花塞專用陰極材料，其性能的好壞直接關(guān)系到汽車、摩托車的使用性能及安全性、并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，使用壽命和工作效率?；鸹ㄈ墓ぷ鳝h(huán)境極為惡劣，普通四沖程汽油機(jī)的火花塞在進(jìn)氣沖程中的工作溫度為60℃，壓力為95Kpa，在點(diǎn)火燃燒時(shí)，瞬時(shí)溫度升至300℃，壓力達(dá)到4000Kpa，這種急冷急熱的交替，造成了火花塞承受的交變應(yīng)力反差大，因此對(duì)火花塞材料的蠕變強(qiáng)度、導(dǎo)電性能、安全系數(shù)、耐腐蝕性等性能也提出了更高的要求。陰極材料的性能，關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能和車輛的使用壽命。正因?yàn)榇?，世界各國多年來都比較重視火花塞專用陰極材料的研制。
目前中高檔小轎車用的火花塞陰極材料是銅、鎳為主的銅鎳系列合金材料。摩托車火花塞用陰極材料以鐵基系列為主。這兩種材料的耐腐蝕性、抗氧化性較差，極易造成火花塞積碳。因?yàn)榉e碳，造成了發(fā)動(dòng)機(jī)工況不平穩(wěn)，性能下降。如果燃燒室中的火花塞電積之間存有積碳，一般情況下，可使火花塞發(fā)出的電火花比較弱。嚴(yán)重時(shí)，易造成短路，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，功率下降。
近年發(fā)現(xiàn)開發(fā)了一種適用于高檔轎車火花塞的陰極鎳材料，該材料是一種以NiCrFe成分為主，稱為7216H鎳鉻鐵標(biāo)準(zhǔn)合金。它的主要化學(xué)成分是Ni72.0％，Cr14-17％，F(xiàn)e 6-10％，Mn1.0％，其他成份包括Cu 0.5％，Si 0.5％，C0.05-0.08％，Al0.3％，Ti 0.3％。對(duì)該材料經(jīng)分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有生產(chǎn)的鋼材中的S(硫)P(磷)含量較高不能完全去除，而Cr(鉻)是我國的短缺資源。此外，完全按上述配方生產(chǎn)，必然要求采用電爐冶煉的新工藝。對(duì)于錳Mn、銅Cu、硅Si、鋁Al、鈦Ti、鐵Fe進(jìn)行精密的爐前在線控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述難題，本申請(qǐng)人研究出高溫高強(qiáng)度的汽車火花塞用陰極鎳材料，在已知配方中適當(dāng)?shù)靥砑恿宋覈哂匈Y源優(yōu)勢(shì)的稀土材料Re，同時(shí)改進(jìn)了工藝，降低S(硫)P(磷)含量，完全達(dá)到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份包含以下組分(以wt.％表示)Ni 70-75％，Cr13-18％，F(xiàn)e 6-12％，Re 0.5-2％，其他成份包括Mn≤1％，C 0.05-0.08％，Cu 0.3-0.5％，Si.0.2-0.5％，Ti 0.1-0.3％，Al 0.1-0.3％。
本發(fā)明的制作工藝依次包括以下工序?yàn)?)選料、2)熔煉、3)開坯鍛造、4)退火、5)酸洗、6)圖層及涂料配置、7)拉拔、8)扎頭、9)光亮退火、10)檢驗(yàn)，其特征在于1)選料工序包括以下步驟用上述比例的低碳鋼和有色金屬材料配成鎳鉻鐵基質(zhì)，多次進(jìn)行金相和物理性能檢驗(yàn)，直到穩(wěn)定為止，然后在基質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，添加稀土材料；2)熔煉工序包括以下步驟用電磁攪拌，抽真空，去除硫、磷等雜質(zhì)，在線成份分析；3)退火工序包括鋼錠退火溫度1150℃--1100℃，退火時(shí)間2.5h；4)酸洗工序包括以下步驟將合金表面氧化層去掉，可用濃硝酸和氫氟酸，配置成酸液，把合金絲投入酸槽內(nèi)腐蝕，當(dāng)氧化皮完全脫落后撈出沖洗；5)光亮退火工序線徑12-1.5mm，退火溫度1150℃--960℃；前述的熔煉工序還包括(1)、待材料60％熔化后，加入總投料的2％的渣量，(渣量配比石灰∶螢石粉＝7∶3)進(jìn)行煉鋼；(2)、當(dāng)全部熔化后及時(shí)調(diào)整爐渣，造新渣，渣量2％，渣系配比石灰∶螢石＝7∶3，將渣系好，將功率調(diào)至160KW-200KW，并用矽鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，擴(kuò)散脫氧的原則是每次加入量先少后多，每批間隔時(shí)間為3-5分鐘，八次后，撈去舊渣，造新渣前，加入電解錳，渣系為投料數(shù)的3％，配比為石灰∶螢石＝7∶3，將功率調(diào)至80-180KW，鎳鉻加入量先少后多，每批間隔時(shí)間為2-3分鐘，總脫氧次數(shù)不少于20次，出鋼前10分鐘加入矽鈣塊，鋁條進(jìn)行沉淀脫氧，沉淀脫氧一定要用鋼棒撳入鋼液中，沉淀脫氧結(jié)束，加入鎳鎂合金，鎮(zhèn)靜1-2分鐘后，方可出鋼；(3)、出鋼前，用鋼棒充分?jǐn)嚢桎撘?，使殘?jiān)〕鲣撁妗?br> 本發(fā)明由于添加了Re，金相研究證明，該元素在材料中的主要作用是凈化、合金化。它尤其明顯的改善了材料的金相結(jié)構(gòu)，改善鋼合金的鑄態(tài)組織，增強(qiáng)了材料的致密性和促成基體結(jié)合，從而有效的提高了高溫抗氧化性和耐腐蝕性，并細(xì)化合金晶粒，提高了耐高溫強(qiáng)度，延長了材料產(chǎn)品的使用壽命，又降低了成本。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是使用低價(jià)位的低碳鋼作為生產(chǎn)上述基質(zhì)材料的原料，低碳鋼的延展性良好，在原料中殘留的硫S、磷P，采用在氧化環(huán)境中除去的工藝，從而用低成本的方法既保證了基質(zhì)的化學(xué)成分穩(wěn)定，又獲得了較高的延展率。
具體實(shí)施例方式
汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份包含以下組分(以wt.％表示)
Ni 70-75％，Cr13-18％，F(xiàn)e 6-12％，Re 0.5-2％，其他成份包括Mn≤1％，C 0.05-0.08％，Cu 0.3-0.5％，Si.0.2-0.5％，Ti0.1-0.3％，Al 0.1-0.3％。
實(shí)施例一汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份為Ni 72.5％，Cr16.5％，F(xiàn)e 7％，Re1.6％，其他成份包括Mn 0.75％，C 0.05％，Cu 0.5％，Si 0.5％，Ti 0.3％，Al 0.3％。
實(shí)施例二汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份為Ni 74.8％，Cr 14％，F(xiàn)e 8％，Re 1.86％，其他成份包括Mn 0.5％，C 0.04％，Cu 0.3％，Si 0.2％，Ti 0.1％，Al 0.2％。
實(shí)施例三汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份為Ni 73％，Cr17.5％，F(xiàn)e 6％，Re 1.4％，其他成份包括Mn 0.97％，C 0.03％，Cu 0.4％，Si 0.4％，Ti 0.2％，Al 0.1％。
本發(fā)明的制作工藝依次包括以下工序1)選料用上述主要成份比例配比的低碳鋼和有色金屬材料配成鎳鉻鐵基質(zhì)，多次進(jìn)行金相和物理性能檢驗(yàn)，直到穩(wěn)定為止，然后在基質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，添加稀土材料；2)熔煉用電磁攪拌，抽真空，去除硫、磷等雜質(zhì)，在線成份分析；(1)、待材料60％熔化后，加入總投料的2％的渣量，(渣量配比石灰∶螢石粉＝7∶3)進(jìn)行煉鋼；(2)、當(dāng)全部熔化后及時(shí)調(diào)整爐渣，造新渣，渣量為2％，渣系配比石灰∶螢石＝7∶3將渣系好，將功率調(diào)至200KW，并用矽鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，擴(kuò)散脫氧的原則是每次加入量先少后多，每批間隔時(shí)間為3分鐘，八次后，撈去舊渣，造新渣前，加入電解錳，渣系為投料數(shù)的3％。配比為石灰∶螢石＝7∶3，將功率調(diào)至160KW，鎳鉻加入量先少后多，每批間隔時(shí)間為3分鐘，總脫氧次數(shù)不少于20次，出鋼前10分鐘加入矽鈣塊，鋁條進(jìn)行沉淀脫氧，沉淀脫氧一定要用鋼棒撳入鋼液中，沉淀脫氧結(jié)束，加入鎳鎂合金，鎮(zhèn)靜1分鐘后，方可出鋼；(3)、出鋼前，用鋼棒充分?jǐn)嚢桎撘?，使殘?jiān)〕鲣撁妫?)開坯鍛造；①錠子表面應(yīng)平整光滑，無氣孔、無縮孔、無腰帶、無波紋、無渣附底部和頂部無凹凸現(xiàn)象；②錠子長度不小于25CM，澆注帽口不得超過5CM；③錠子長度小于25CM，按90％計(jì)算，不能短到20CM以下；4)熱處理鋼錠退火溫度1150℃，退火時(shí)間2.5h；5)酸洗；將合金表面氧化層去掉，可用濃硝酸和氫氟酸，配置成酸液，把合金絲投入酸槽內(nèi)腐蝕，當(dāng)氧化皮完全脫落后撈出沖洗；6)圖層及涂料配置；將50Kg生石灰，加水250Kg，再加入12Kg食油，2.5Kg肥皂粉，放入涂料缸內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)生石灰和水反應(yīng)后，再放入8Kg石墨粉進(jìn)行攪拌，均勻后把酸洗好后的合金線材防入涂料缸內(nèi)進(jìn)行圖層，撈出后涼干；7)拉拔；拉拔前應(yīng)檢查涂層是否涼干，涂層是否厚薄均勻，有無剝落；①配模；②輾頭(磨頭)采用砂輪機(jī)銼刀，電化腐蝕；③潤滑劑用工業(yè)皂片500克和工業(yè)肥皂二條加100K熱水?dāng)嚢杷鋬?nèi)；④拉拔操作·拉拔出線后必須檢查表面質(zhì)量，線徑公差，每米電阻值符合要求才能上軸；·在拉拔過程中應(yīng)根據(jù)線徑粗細(xì)控制速度，經(jīng)常測(cè)量線經(jīng)，調(diào)整排線，每卸一軸必須重新穿皮，如發(fā)現(xiàn)不合格應(yīng)及時(shí)更換模具；8)扎頭必須圓整無邊縫；9)光亮退火退火爐使用氣源是通過制氫爐將液氨分成H2 75％ N2 25％作為保護(hù)性氣體，退火溫度900℃；
10)檢驗(yàn)①電阻率每米電阻允許偏差范圍為±5％；②纏繞試驗(yàn)按物理性能測(cè)試進(jìn)行，不允許有超層及斷裂現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份包含以下組分(以wt.％表示)Ni70-75％，Cr 13-18％，F(xiàn)e 6-12％，Re 0.5-2％，其他成份包括Mn≤1％，C 0.05-0.08％，Cu 0.3-0.5％，Si 0.2-0.5％，Ti 0.1-0.3％，Ai 0.1-0.3％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車用陰極鎳合金鋼，其特征在于其主要成份包含以下組分(以wt.％表示)Ni 72.5％，Cr 16.5％，F(xiàn)e 7％，Re 1.6％，其他成份包括Mn 0.75％，C 0.05％，Cu 0.5％，Si 0.5％，Ti 0.3％，Ai 0.3％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車用陰極鎳合金鋼，其特征在于其主要成份包含以下組分(以wt.％表示)Ni 72.8％，Cr 15％，F(xiàn)e 9％，Re 1.86％，其他成份包括Mn 0.5％，C 0.04％，Cu 0.3％，Si 0.2％，Ti 0.1％，Ai 0.2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車用陰極鎳合金鋼，其特征在于其主要成份為Ni 73％，Cr 17.5％，F(xiàn)e 6％，Re 1.4％，其他成份包括Mn 0.97％，C 0.03％，Cu 0.4％，Si 0.4％，Ti 0.2％，Ai 0.1％。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車用陰極鎳合金鋼的制作工藝依次包括以下工序1)選料、2)熔煉、3)開坯鍛造、4)退火、5)酸洗、6)圖層及涂料配置、7)拉拔、8)扎頭、9)光亮退火、10)檢驗(yàn)，其特征在于1)選料工序包括以下步驟用上述比例的低碳鋼和有色金屬材料配成鎳鉻鐵基質(zhì)，多次進(jìn)行金相和物理性能檢驗(yàn)，直到穩(wěn)定為止，然后在基質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，添加稀土材料；2)熔煉工序包括以下步驟用電磁攪拌，抽真空，去除硫、磷等雜質(zhì)，在線成份分析；3)退火工序包括鋼錠退火溫度1150℃--1100℃，退火時(shí)間2.5h；4)酸洗工序包括以下步驟將合金表面氧化層去掉，可用濃硝酸和氫氟酸，配置成酸液，把合金絲投入酸槽內(nèi)腐蝕，當(dāng)氧化皮完全脫落后撈出沖洗；5)光亮退火工序線徑12-1.5mm，退火溫度1150℃--960℃；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車用陰極鎳合金鋼的制作工藝，其特征在于所述的熔煉工序還包括以下步驟(1)、待材料60％熔化后，加入總投料的2％的渣量，(渣量配比石灰∶螢石粉＝7∶3)進(jìn)行煉鋼；(2)、當(dāng)全部熔化后及時(shí)調(diào)整爐渣，造新渣，渣量為2％渣系配比石灰∶螢石＝7∶3將渣系好，將功率調(diào)至180KW，并用矽鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，擴(kuò)散脫氧的原則是每次加入量先少后多，每批間隔時(shí)間為3分鐘，八次后，撈去舊渣，造新渣前，加入電解錳，渣系為投料數(shù)的3％.配比為石灰∶螢石＝7∶3，將功率調(diào)至150KW，鎳鉻加入量先少后多，每批間隔時(shí)間為3分鐘，總脫氧次數(shù)不少于20次，出鋼前10分鐘加入矽鈣塊，鋁條進(jìn)行沉淀脫氧，沉淀脫氧一定要用鋼棒撳入鋼液中，沉淀脫氧結(jié)束，加入鎳鎂合金，鎮(zhèn)靜2分鐘后，方可出鋼；(3)、出鋼前，用鋼棒充分?jǐn)嚢桎撘?，使殘?jiān)〕鲣撁妗?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車用陰極鎳合金鋼的制作工藝，其特征在于所述的退火工序中鋼錠退火溫度1100℃，退火時(shí)間2.5h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車用陰極鎳合金鋼的制作工藝，其特征在于所述的光亮退火工序線徑3mm，退火溫度960℃。
全文摘要
汽車用陰極鎳合金鋼，其主要成份包含以下組分(以wt.％表示)Ni70－75％，Cr 13－18％，F(xiàn)e 6－12％，Re 0.5－2％，其他成份包括Mn≤1％，C 0.05－0.08％，Cu 0.3－0.5％，Si 0.2－0.5％，Ti 0.1－0.3％，Ai 0.1－0.3％。本發(fā)明的制作工藝依次包括以下工序?yàn)?)選料、2)熔煉、3)開坯鍛造、4)退火、5)酸洗、6)圖層及涂料配置、7)拉拔、8)扎頭、9)光亮退火、10)檢驗(yàn)。本發(fā)明由于添加了Re，改善鋼合金的鑄態(tài)組織，增強(qiáng)了材料的致密性和促成基體結(jié)合，從而有效的提高了高溫抗氧化性和耐腐蝕性，并細(xì)化合金晶粒，提高了耐高溫強(qiáng)度，延長了材料產(chǎn)品的使用壽命，又降低了成本。本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)在原料中殘留的硫S、磷P，采用在氧化環(huán)境中除去的工藝，從而用低成本的方法既保證了基質(zhì)的化學(xué)成分穩(wěn)定，又獲得了較高的延展率。
文檔編號(hào)C22F1/10GK1924052SQ20061009633
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者莊國祥 申請(qǐng)人:莊國祥