CN100417740C - 高频电磁波发热装置热源材料及其制造方法 - Google Patents

高频电磁波发热装置热源材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高频电磁波发热装置热源材料，其特征是它包括下列组分：铁30-68重量份，钴[59]30-68重量份。本发明具有安全可靠，漏电流极微小，消耗电量费用极小，寿命长、成本适宜，体积小，功能功率强大等优点。用后不易生锈、不易高温氧化、高温抗腐蚀、无毒性、结垢易除、无辐射、无异味、无噪声、对人和动植物均无害。

Description

高频电磁波发热装置热源材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发热材料，特别是一种高频电磁波发热装置使用的热源材料及其制造方法。
背景技术
专利号为CN03248605，发明名称为“高频电磁波发热装置”的中国专利公开了一种高频电磁波发热装置，包括升压整流滤波电路、主电路、保护及温控电路、控制电路、固定脉宽驱动电路和电压检测电路；在主电路与整流滤波电路之间设有磁阻开关、直流放大模块，主电路采用大功率开关管、铰合碟形励磁发热线圈和由大Q值的电磁波热源材料制造加热容器，以及置于发热线圈下面、用以屏蔽电磁波的坡莫合金板材，固定脉宽驱动电路由专用脉宽调制集成电路模块及其外围元件组成。该专利可作为电热水器、电开水壶、电炉灶、电烤箱、消毒柜、蒸气炉、工业锅炉、陶瓷制品烧成窑、冶炼炉、暖风空调及其它民用或工业器具的热源，具有工作稳定可靠、耗损极小、发热效率高、耗电少、无辐射、安全可靠、使用寿命长、体积小、重量轻和造价低的优点。本发明涉及到该“高频电磁波发热装置”的电磁波热源材料及其制造方法。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种新型的高频电磁波热源材料，它是一种高温抗腐蚀、抗氧化、无辐射、无毒性气体逸出、无异味、无噪声的优质磁性合金不锈钢板。
本发明的另一目的是提供一种新型的电磁波热源材料的制造方法。
本发明的目的采取以下方法来实现：
一种高频电磁波发热装置热源材料包括下列组分：碳0.0001-0.15重量份、铬9-16重量份、钴[59]30-65重量份、铁30-68重量份、锰1-19重量份、钼0.4-14重量份、硅0.06-12重量份、氮0.0007-0.9重量份。
一种高频电磁波发热装置热源材料的制造方法包括下列步骤：
(1)熔炼：将钴[59]按30-65重量份、铁按30-68重量份放入炼钢炉中，充分熔化及充分混合均匀后，再在合金熔炼中逐渐加入碳0.0001-0.15重量份、铬9-16重量份、锰1-19重量份、钼0.4-14重量份、硅0.06-12重量份、氮0.0007-0.9重量份，空冷至常温；
(2)热处理：
a.退火：在650℃-1050℃保温8小时以上；
b.固溶处理与淬火：950℃或1050℃或1100℃或1170℃油淬；
c.回火：选择温度范围960℃-1000℃空冷；
d.变形：固溶退火温度为1200℃，在1000℃变形80％。
本发明与现有的电饭锅、电磁炉、微波炉、热水器、空调器、电子器件、陶瓷制品烧成窑、工业锅炉、冶炼炉、水蒸气炉的热源材料相比，具有安全可靠，漏电流极微小，消耗电量费用极小，寿命长、成本适宜，体积小，功能功率强大等优点。用后不易生锈、不易高温氧化、高温抗腐蚀、无毒性、结垢易除、无辐射、无异味、无噪声、对人和动植物均无害。
附图说明
图1是本发明工艺步骤的方框图。
图2是本发明退火工艺的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例：
材料组分：碳0.1，重量份、铬10重量份、钴[59]50重量份、铁52重量份、锰10重量份、钼5重量份、硅3重量份、氮0.2重量份。
该组分制作的材料能长期在1000℃或以下温度的环境中正常工作。
组分中各元素的作用：
碳：其含量越高时强度和硬度都高，耐磨性也越好，而塑性、韧性及焊接性则要求它越低越好。
硅：脱氧能力比锰强，可消除氧的有害影响，其在固熔化时提高钢的强度、硬度和弹性，在合金钢中可提高钢的淬透性和回火稳定性，能提高耐热钢的抗氧化性，增加电阻，即使在弱的磁场下，也能提高磁感应强度。
锰：有强的脱氧能力，可改善钢的品质，消除热脆性，对提高钢的强度和硬度有益。其主要用于提高钢的淬透性，易获得单相奥氏体组织，还能和氮组合替代镍在合金钢中的作用。
铬：能有效地提高钢的淬透性和回火稳定性，可提高硬度及耐磨性，并使组织细化，分布均匀。其特点是能提高钢的耐腐蚀性和抗氧化能力。是不锈耐热钢、电热合金中不可缺的重要元素。
钼：可提高淬透性和回火稳定性，有提高钢的二次硬化和提高红硬性的作用，能有效地防止回火脆性的产生，还可通过提高钢的再结晶温度来提高钢的高温强度，可提高钢对强腐蚀介质和含氯离子介质的耐蚀性，且能加速“涡流”的速度，使“涡流”热源变成即热式。但价格贵。
铁：是合金材料的主要元素，因其矿物质丰富，价格便宜，加工、冶炼工艺简单。因晶体结构有几种，因此其物理化学特性优，使其能被广泛应用，其“涡流”效果最佳。但其自身抗氧化和腐蚀能力较差，高温状态硬度、韧性等也较差。
钴：因钴系列中只有钴[59]无辐射，其他均有辐射现象，因此要求在钴的冶炼工程中，要将钴的同位素转化为钴[59]。钴是合金材料的主要元素之一，但因其矿物质没有铁丰富，价格较铁贵，加工、冶炼工艺较铁复杂，它产生固熔强化而轻微增加M体硬度和回火硬度，但不产生二次硬化，压低Ac1点和Ms点作用很小，它本应是平稳δ-铁素体的理想元素，但由于高钴可能引起脆性，故一般较少使用。钴是优良的“涡流”效果强的元素。如果铁和钴各占50％时钢体的涡流效果最佳，但此种组分的钢体板性脆、韧性差，易氧化及易腐蚀，达不到卫生的要求。钴不产生明显时效硬化，但却能提高时效温度至500℃以上。钴常与钼同时添加并形成Cr-Co-Mo化合物及R相等，产生沉淀硬化反应，显示强的时效硬化效果，提高各回火参数下的硬度。
下面就以上元素，本合金冶炼、熔炼，固熔处理等热处理工艺中所需要的参数说明如下：
  原子序数714242526264212   元素氮硅铬锰铁钴钼碳   元素符号NSiCrMnFeCoMoC   结合能85.2878068.196.7105.0155.5170.4   比重(密度)很小2.0-2.57.17.27.88.9010.203.51   火熔点(℃)零下142016151260153514802620大于3500   沸点(℃)零下2600220019003000290037004200
其中对有害元素的含量(S、Sn、P、As等有害及有毒性的元素)应严格控制在0.001％以下。
以上组分按下列步骤制造，参照图1：
1、熔炼：
形成电磁“涡流”的主要元素是铁和钴。铬主要是高温抗氧化及抗腐蚀。钼、硅的作用主要是把涡流热能快速扩展及增加材料电阻。锰是一个便宜A体形成元素，用以平稳δ-铁素体，压低Ms点，起控制相转变作用。锰和氮联合使用，用来代替镍，以降低成本。镍能提高合金钢的再结晶温度并细化晶粒，提高强度，韧性、耐蚀性和压力加工性能。同时，可提高钢的低温韧性、淬透性，在不锈耐热钢中，与铬配合使用，以提高钢在非氧化介质中的耐蚀性和耐热性。镍还大量用于精密合金，高温合金，电热合金及某些新型合金等方面。它能降低碳在基体中的固溶度，增加Cr7C3和M2X量，轻微增加M体和二次硬化硬度，降低Ac1点温度，抵消δ-铁素体，并降低Ms点，保证淬火后得到全M体组织。但因其压低Ms的作用强，添加量受到限制，它参与沉淀硬化反应。添加量一般控制在4-8％，它使钢的回火温度上限受到限制。同时，锰还有益于焊接加工。氮虽然参与固熔强化并形成氮化物增加沉淀硬化效果，但高氮含量给熔炼带来困难。合金钢的600℃、650℃持久破断强度显著提高而蠕变量降低。因此，要求铁和钴为主体元素，首先把两者熔炼，再把铬、钼、锰等元素以脱氧剂形式或方法在合金熔炼中逐渐加入。
在选择钢炉时，电炉炼钢，成本高，但能炼出高级合金钢；平炉炼钢时，生产量大，但熔炼时间长、质量高；转炉炼钢生产量小，速度快。
在熔炼中，要充分使组分中的元素熔合、混合均匀，同时还要严格控制组分中的元素的百分含量不能变，使组成组分的元素重新生成新的合金钢的晶体晶阵结构。
本发明的热源材料要求能长期在1000℃或以下温度的工作环境中正常工作，且要求具有高温抗氧化及抗腐蚀，绝对不能在合金钢中逸出有害气体及物质，还要保持表面光滑，有硬度，有磁性，且磁路有规律，使之不伤害及干扰电路板上的元件器以及无辐射。因它的用途是能源供给者，用它制造的大部分产品是在有水的情况下工作的，特别是饮水、医用蒸馏水、生活用水等，绝对要求严格控制有害杂物，保持水中洁清、卫生。
对其中的步骤要求：
a、组织检测精度。
b、独立组织因素困难。以钢中加Mn元素为例，会引起固熔强化、晶界偏析、有交互作用、固溶量析出。
c、实现检测困难。因光学显微镜测定晶粒直径，相体积分数；电子显微镜检测位错密度和相析出等，检测对象尺寸越小，误差越大，而且延时长久有些检验还受到设备、仪器条件限制。因此在涡流热源合金钢熔炼工艺中，要选择熔钢炉，最好用电炉炼钢(以电弧加热为多)，且要求要有超细颗粒的生产设备及其方法。细化晶粒是钢中唯一即能提高强度又能提高塑性和韧性的机理，在钢制造工艺中已受到极大关注和广泛应用。同时要求具备技术、设备等条件成熟的熔炼钢厂或公司承担生产任务，或采用电渣重熔(ESR)冶炼工艺，VOD电极棒。
2、热处理
选择合适的热处理工艺和参数，建立这些参数与性能的关系，确定它们对结构的调整、控制作用和对性能指标的变更限度。熔炼工艺的选择，冷、热加工工艺的控制不仅可得到最佳的组织质量、性能，还可做到低成本。
a.退火：参照图2，在650℃-1050℃保温8小时以上，它能降低合金钢的硬度及内应力。；
b.固溶处理与淬火：固溶处理温度的选取除了合金成分外，还与采用强化机理相关，其温度选取在合金碳化物及其它强化相完全固溶温度以上，以保证合金元素完全固溶入A体中，充分发挥它们在随后的各种热处理状态下的作用。
具体温度范围：950℃或1050℃或1100℃或1170℃油淬。
c.回火：选择温度范围960℃-1000℃空冷，例如，960℃×1h空冷。钢在960℃-1000℃回火，可获得高强度和高韧性，可在960℃以下温度能长期正常工作。
d.变形：固溶退火温度为1200℃，在1000℃变形80％。
总之，要求：①使用目标要求的性能指标。②低碳含量足以保证成形和焊接性能佳。③高Cr含量足以保证抗腐蚀和高温抗氧化。④固溶处理后，具有A状态(固溶处理称为A即Austenization)。⑤Ms点足够低，保证在室温下加工，成形又能用常规的处理方法，使之进行M体相转变。⑥1000℃以下具有沉淀硬化能力。⑦具有限量的δ-铁素体以不降低钢的强度和焊接塑性。这些基本要求是很严格的，这也是A体沉淀硬化不锈成分控制十分严格的原因。
本发明新型热源材料是0.8至14mm合金钢板材料。颜色为深灰带黑或灰带黑色，其密度范围为8.1至8.4[g/cm3]。

Claims (2)

1. 一种高频电磁波发热装置热源材料，其特征是它包括下列组分：碳0.0001-0.15重量份、铬9-16重量份、钴[59]30-65重量份、铁30-68重量份、锰1-19重量份、钼0.4-14重量份、硅0.06-12重量份、氮0.0007-0.9重量份。
2. 根据权利要求1所述的高频电磁波发热装置热源材料的制造方法，其特征是它包括下列步骤：
(1)熔炼：将钴[59]按30-65重量份、铁按30-68重量份放入炼钢炉中，充分熔化及充分混合均匀后，再在合金熔炼中逐渐加入碳0.0001-0.15重量份、铬9-16重量份、锰1-19重量份、钼0.4-14重量份、硅0.06-12重量份、氮0.0007-0.9重量份，空冷至常温；
(2)热处理：
a.退火：在650℃-1050保温8小时以上；
b.固溶处理与淬火：950或1050℃或1100℃或1170油淬；
c.回火：选择温度范围960℃-1000空冷；
d.变形：固溶退火温度为1200，在1000变形80％。
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