專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超高溫電熱合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種超高溫電熱合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)電熱合金行業(yè)經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，其冶煉、熱加工、冷加工及熱處理工藝比 較成熟，搞電熱材料的廠家也越來(lái)越多。但是，作為產(chǎn)品種類(lèi)，超高溫高電阻電熱合金基 本上沒(méi)有新的更好的產(chǎn)品，特別是使用溫度能達(dá)到1300°C以上的電熱合金。國(guó)內(nèi)常用的 是0Cr27A17M02，但因其冷加工時(shí)加工硬化率很高，成材困難，廢品率極高，造成的浪費(fèi)也很 大。所以，國(guó)內(nèi)目前1300°C以上條件下使用的電熱絲主要是依賴(lài)進(jìn)口康太爾的絲，其價(jià)格相 當(dāng)于國(guó)內(nèi)0Cr27A17Mo2的4倍，給我國(guó)高溫?zé)崽幚頎t生產(chǎn)成本造成了很大的成本壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既保證合金性能又能保證合金加工性能的超高溫電 熱合金，解決了國(guó)內(nèi)高溫?zé)崽幚頎t生產(chǎn)成本高的問(wèn)題。一種超高溫電熱合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C ^ 0. 03 % ;Si ^ 0. 25 % ;Mn ^ 0. 5 % ;Ni ^ 0. 5 % ;S ^ 0. 01 % ;P ^ 0. 02 % ； Cr22-26% ；Al 5. 0-7. 0% ；La+Ce, Y, Hf, Zr 中的一種或幾種0. 04-1% ；TiO. 01-0. 5%, Nb 0. 1-0. 5% ；Co 0. 2-1. 0%, Fe 余量。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉻含量低于22%時(shí)，材料的高溫強(qiáng)度差，熔斷后延伸在 30%以上，但當(dāng)鉻含量超過(guò)27%時(shí)，加工成材非常困難，成材率非常低；鋁含量低于5%時(shí)， 高溫抗氧化性能差，高溫快速壽命小于60小時(shí)，當(dāng)鋁超過(guò)7%時(shí)，加工脆斷裂紋缺陷非常嚴(yán) 重，成材困難；同樣，稀土含量大于0. 04%才有較明顯的抗氧化作用，有助于壽命的提高； 低于0. 2%鈷含量，材料的高溫強(qiáng)度沒(méi)有明顯改善，但高于1%，成材困難。通過(guò)大量研究和 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，本課題組最終確定了如上所述的化學(xué)成分范圍。如上所述超高溫電熱合金的制備方法為煉鋼采用三相電渣爐+單相電渣重熔工 藝，軋鋼開(kāi)軋溫度為950-1200°C，終軋溫度為650-900°C，軋條直接紅轉(zhuǎn)進(jìn)入熱處理爐或保 溫緩冷工藝。拉絲過(guò)程采用M0S2涂層，經(jīng)200°C，2-5小時(shí)烘干后，帶溫拉拔。拔絲過(guò)程采 用GSB-666潤(rùn)滑劑，拔至成品規(guī)格后，馬上入保溫箱保溫。去除表面殘余的潤(rùn)滑劑時(shí)，采用 濃度為15-40%溫度為40-90°C的氫氧化鈉溶液，浸泡30分鐘。然后用高壓溫水沖洗干凈。 成品熱處理工藝采用井式熱處理爐，熱處理溫度為750-850°C，升保溫時(shí)間2-3. 5小時(shí)，出 爐后水冷。在非真空條件下，保證稀土殘余量。在三相電渣爐冶煉過(guò)程中，以金屬鉻、微鉻、工 業(yè)純鐵、純鋁錠等為原料，在空氣濕度不大于50%的條件下冶煉，避免鋼液吸氫；渣料須經(jīng) 嚴(yán)格烘烤使用；稀土在專(zhuān)用爐中烘烤，并熱態(tài)加入；稀土用鋁箔包好，在出鋼后吹氬氣1.5 分鐘后加入，再吹氬氣30-40秒即可，這能有效避免鋼液吸氫冒漲和提高稀土回收率，出鋼 溫度控制在1650°C以下，澆鑄成電渣重熔電極棒。
電渣重熔采用先精煉固體渣，然后用精煉后的固體渣煉液體渣，煉好后的液體渣 倒入電渣爐進(jìn)行電渣冶煉。固體渣成分質(zhì)量百分比為15-70% RE2O3，85-30% CaF2,再另加 1-10%的冰晶石。在冶煉過(guò)程中陸續(xù)向渣液面均勻加入鋁粉或在電極上固定具有脫氧性質(zhì) 的絲材，電渣重熔后得到符合軋制條件的電渣重熔鋼錠。常規(guī)鐵鉻鋁在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)脆斷和裂紋缺陷，極大降低成材。該發(fā)明HRE超高 溫電熱合金由于其鉻含量、鋁含量都很高，再加之有一定含量的鈷，在實(shí)驗(yàn)的初期階段脆斷 裂紋缺陷非常嚴(yán)重，成材非常困難。采用軋條直接紅轉(zhuǎn)進(jìn)入熱處理爐或保溫緩冷工藝措施 能避免常規(guī)工藝出現(xiàn)的盤(pán)條脆斷和裂紋缺陷，有效提高成材率。在拉絲過(guò)程中采用帶溫拉拔和拔絲后立即保溫，同樣避免了在拉絲過(guò)程中裂紋的 產(chǎn)生和拉拔過(guò)程產(chǎn)生的脆斷，有效提高了拉絲過(guò)程的成材率?？焖賶勖呛饬侩姛岷辖鹳|(zhì)量的重要指標(biāo)。本發(fā)明的HRE超高溫電熱合金采用 檢測(cè)其快速壽命的方法來(lái)測(cè)試合金的高溫性能和高溫抗氧化性。快速壽命測(cè)試方法按GB/ T13300-91的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。具體為測(cè)試溫度在1400°C，將該合金直徑為0. 8mm的絲材試樣呈 “U”形掛在壽命實(shí)驗(yàn)儀上，按規(guī)定條件持續(xù)進(jìn)行2分鐘通電，2分鐘斷電的冷熱循環(huán)直至將 試樣燒斷。試樣承受冷熱循環(huán)的累積小時(shí)數(shù)為試樣的快速壽命。本發(fā)明合金纏繞性能好，易于加工成型，其20°C電阻率為1. 4-1. 55，抗拉強(qiáng)度 650-800Mpa, 1400°C快速壽命值可達(dá)93小時(shí)。而國(guó)內(nèi)目前使用的0Cr27Al7Mo2，1350°C快速 壽命值為50-60小時(shí)。與0Cr27A17Mo2相比，該合金有更好的抗氧化性和高溫下抗蠕變性 能，非常適合在高溫下使用。該發(fā)明的HRE超高溫電熱合金主要用于工作溫度在1200-1300°C的單晶體擴(kuò)散 爐、粉末冶金制品燒結(jié)爐、陶瓷煅燒爐和高溫?zé)崽幚頎t等的電熱元件。
具體實(shí)施例方式表1中列出了 一些生產(chǎn)中的實(shí)施例。表2給出的是HRE超高溫電熱合金電渣重熔渣系實(shí)施例。從生產(chǎn)實(shí)踐表明，稀土 氧化物含量低于15%，鋼中稀土含量低于0. 04%，但稀土氧化物含量高于70 %時(shí)，鋼錠表 面不光滑，鋼錠表面質(zhì)量不好。同樣，不加冰晶石，鋼錠表面質(zhì)量不好。
權(quán)利要求
一種超高溫電熱合金，其特征是化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C≤0.03％；Si≤0.25％；Mn≤0.5％；Ni≤0.5％；S≤0.01％；P≤0.02％；Cr22 26％；Al 5.0 7.0％；La+Ce，Y，Hf，Zr中的一種或幾種0.04 1％；Ti0.01 0.5％，Nb 0.1 0.5％；Co 0.2 1.0％，F(xiàn)e余量。
2.如權(quán)利要求1所述的超高溫電熱合金的制備方法，其特征是煉鋼采用三相電渣爐+ 單相電渣重熔工藝，軋鋼開(kāi)軋溫度為950-1200°C，終軋溫度為650-900°C，軋條直接紅轉(zhuǎn)進(jìn) 入熱處理爐或保溫緩冷工藝；拉絲過(guò)程采用MoS2涂層，經(jīng)200°C，2-5小時(shí)烘干后，帶溫拉 拔；拔絲過(guò)程采用GSB-666潤(rùn)滑劑，拔至成品規(guī)格后，馬上入保溫箱保溫；去除表面殘余的 潤(rùn)滑劑時(shí)，采用濃度為15-40%溫度為40-90°C的氫氧化鈉溶液，浸泡30分鐘，然后用高壓 溫水沖洗干凈；成品熱處理工藝采用井式熱處理爐，熱處理溫度為750-850°C，升保溫時(shí)間 2-3. 5小時(shí)，出爐后水冷。
3.如權(quán)利要求2所述的超高溫電熱合金的制備方法，其特征是在三相電渣爐冶煉過(guò)程 中，以金屬鉻、微鉻、工業(yè)純鐵和純鋁錠為原料，在空氣濕度不大于50%的條件下冶煉，避免 鋼液吸氫；渣料須經(jīng)嚴(yán)格烘烤使用；稀土在專(zhuān)用爐中烘烤，并熱態(tài)加入；稀土用鋁箔包好， 在出鋼后吹氬氣1. 5分鐘后加入，再吹氬氣30-40秒即可，出鋼溫度控制在1650°C以下，澆 鑄成電渣重熔電極棒。
4.如權(quán)利要求3所述的超高溫電熱合金的制備方法，其特征是電渣重熔采用先精煉固 體渣，然后用精煉后的固體渣煉液體渣，煉好后的液體渣倒入電渣爐進(jìn)行電渣冶煉；固體渣 成分質(zhì)量百分比為15-70% RE2O3，85-30% CaF2,再另加1-10%的冰晶石；在冶煉過(guò)程中陸 續(xù)向渣液面均勻加入鋁粉或在電極上固定具有脫氧性質(zhì)的絲材，電渣重熔后得到符合軋制 條件的電渣重熔鋼錠。
5.如權(quán)利要求2所述的超高溫電熱合金的制備方法，其特征是按該方法制備出的超高 溫電熱合金20°C電阻率在1. 4-1. 55，對(duì)于Φ0. 8mm的絲在1400°C下快速壽命能達(dá)到93小 時(shí)，斷后延伸能夠小于16%，該合金能加工成絲材、帶材、棒材和管材。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種超高溫電熱合金及其制備方法。電熱合金化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C≤0.03％；Si≤0.25％；Mn≤0.5％；Ni≤0.5％；S≤0.01％；P≤0.02％；Cr 22-26％；Al 5.0-7.0％；La+Ce，Y，Hf，Zr中的一種或幾種 0.04-1％；Ti 0.01-0.5％；Nb 0.1-0.5％；Co 0.2-1.0％；Fe余量。本發(fā)明合金纏繞性能好，易于加工成型，其20℃電阻率為1.4-1.55，抗拉強(qiáng)度650-800MPa，1400℃快速壽命值可達(dá)93小時(shí)。有更好的抗氧化性和高溫下抗蠕變性能，主要用于工作溫度在1200-1300℃的單晶體擴(kuò)散爐、粉末冶金制品燒結(jié)爐、陶瓷煅燒爐和高溫?zé)崽幚頎t等的電熱元件。
文檔編號(hào)C22C33/04GK101892434SQ20101020581
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者李剛, 李耐松, 王彥杰, 陶科, 馬國(guó)慶 申請(qǐng)人:北京首鋼吉泰安新材料有限公司