CN100447269C - 汽车用阴极镍合金钢及其制造工艺 - Google Patents
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
1、汽车用阴极镍合金钢，其主要成份包含以下组分(以wt.%表示)：Ni70-75%，Cr 13-18%，Fe 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%。本发明的制造工艺依次包括以下工序为：1)选料、2)熔炼、3)开坯锻造、4)退火、5)酸洗、6)涂层及涂料配置、7)拉拔、8)扎头、9)光亮退火、10)检验。本发明由于添加了Re，改善钢合金的铸态组织，增强了材料的致密性和促成基体结合，从而有效的提高了高温抗氧化性和耐腐蚀性，并细化合金晶粒，提高了耐高温强度，延长了材料产品的使用寿命，又降低了成本。本发明的另一个特点在原料中残留的硫S、磷P，采用在氧化环境中除去的工艺，从而用低成本的方法既保证了基质的化学成分稳定，又获得了较高的延展率。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢的应用领域，尤其是在汽车、摩托车上的火花塞专用阴极材料的应用及其制造工艺。
背景技术
汽车火花塞专用阴极材料，其性能的好坏直接关系到汽车、摩托车的使用性能及安全性、并对发动机的稳定性，使用寿命和工作效率。火花塞的工作环境极为恶劣，普通四冲程汽油机的火花塞在进气冲程中的工作温度为60℃，压力为95Kpa，在点火燃烧时，瞬时温度升至300℃，压力达到4000Kpa，这种急冷急热的交替，造成了火花塞承受的交变应力反差大，因此对火花塞材料的蠕变强度、导电性能、安全系数、耐腐蚀性等性能也提出了更高的要求。阴极材料的性能，关系到发动机的总体性能和车辆的使用寿命。正因为此，世界各国多年来都比较重视火花塞专用阴极材料的研制。
目前中高档小轿车用的火花塞阴极材料是铜、镍为主的铜镍系列合金材料。摩托车火花塞用阴极材料以铁基系列为主。这两种材料的耐腐蚀性、抗氧化性较差，极易造成火花塞积碳。因为积碳，造成了发动机工况不平稳，性能下降。如果燃烧室中的火花塞电积之间存有积碳，一般情况下，可使火花塞发出的电火花比较弱。严重时，易造成短路，影响发动机正常工作，功率下降。
近年发现开发了一种适用于高档轿车火花塞的阴极镍材料，该材料是一种以NiCrFe成分为主，称为7216 H镍铬铁标准合金。它的主要化学成分是Ni72.0％，Cr14-17％，Fe 6-10％，Mn1.0％，其他成份包括Cu 0.5％，Si0.5％，C0.05-0.08％，Al0.3％，Ti 0.3％。对该材料经分析对比发现，现有生产的钢材中的S(硫)P(磷)含量较高不能完全去除，而Cr(铬)是我国的短缺资源。此外，完全按上述配方生产，必然要求采用电炉冶炼的新工艺。对于锰Mn、铜Cu、硅Si、铝Al、钛Ti、铁Fe进行精密的炉前在线控制。
发明内容
为了解决上述难题，本申请人研究出高温高强度的汽车火花塞用阴极镍材料，在已知配方中适当地添加了我国具有资源优势的稀土材料Re，同时改进了工艺，降低S(硫)P(磷)含量，完全达到了国内外同类产品的各项性能指标。
本发明是通过以下技术方案实现的：汽车用阴极镍合金钢，其主要成份包含以下组分(以wt.％表示)：
Ni 70-75％，Cr13-18％，Fe 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％。
本发明的制造工艺依次包括以下工序为：1)选料、2)熔炼、3)开坯锻造、4)退火、5)酸洗、6)图层及涂料配置、7)拉拔、8)扎头、9)光亮退火、10)检验，其特征在于：
1)选料工序包括以下步骤：用上述比例的低碳钢和有色金属材料配成镍铬铁基质，多次进行金相和物理性能检验，直到稳定为止，然后在基质材料的基础上，添加稀土材料；
2)熔炼工序包括以下步骤：用电磁搅拌，抽真空，去除硫、磷等杂质，在线成份分析；
3)退火工序包括：钢锭退火温度1150℃--1100℃，退火时间2.5h；
4)酸洗工序包括以下步骤：将合金表面氧化层去掉，可用浓硝酸和氢氟酸，配置成酸液，把合金丝投入酸槽内腐蚀，当氧化皮完全脱落后捞出冲洗；
5)光亮退火工序：线径12-1.5mm，退火温度1150℃--960℃；
前述的熔炼工序还包括：
(1)、待材料60％熔化后，加入总投料的2％的渣量，(渣量配比：石灰∶萤石粉＝7∶3)进行炼钢；(2)、当全部熔化后及时调整炉渣，造新渣，渣量2％，渣系配比：石灰∶萤石＝7∶3，将渣系好，将功率调至160KW-200KW，并用矽钙粉进行扩散脱氧，扩散脱氧的原则是：每次加入量先少后多，每批间隔时间为3-5分钟，八次后，捞去旧渣，造新渣前，加入电解锰，渣系为投料数的3％，配比为石灰∶萤石＝7∶3，将功率调至80-180KW，镍铬加入量先少后多，每批间隔时间为2-3分钟，总脱氧次数不少于20次，出钢前10分钟加入矽钙块，铝条进行沉淀脱氧，沉淀脱氧一定要用钢棒揿入钢液中，沉淀脱氧结束，加入镍镁合金，镇静1-2分钟后，方可出钢；(3)、出钢前，用钢棒充分搅拌钢液，使残渣浮出钢面。
本发明由于添加了RE，金相研究证明，该元素在材料中的主要作用是：净化、合金化。它尤其明显的改善了材料的金相结构，改善钢合金的铸态组织，增强了材料的致密性和促成基体结合，从而有效的提高了高温抗氧化性和耐腐蚀性，并细化合金晶粒，提高了耐高温强度，延长了材料产品的使用寿命，又降低了成本。
本发明的另一个特点是使用低价位的低碳钢作为生产上述基质材料的原料，低碳钢的延展性良好，在原料中残留的硫S、磷P，采用在氧化环境中除去的工艺，从而用低成本的方法既保证了基质的化学成分稳定，又获得了较高的延展率。
具体实施方式
汽车用阴极镍合金钢，其主要成份包含以下组分(以wt.％表示)：Ni 70-75％，Cr 13-18％，Fe 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％。
实施例一：汽车用阴极镍合金钢，其主要成份为：Ni 72.5％，Cr16.5％，Fe 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％。
实施例二：汽车用阴极镍合金钢，其主要成份为：Ni 74.8％，Cr 14％，Fe 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％。
实施例三：汽车用阴极镍合金钢，其主要成份为：Ni 73％，Cr17.5％，Fe 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％。
本发明的制造工艺依次包括以下工序：
1)选料：用上述主要成份比例配比的低碳钢和有色金属材料配成镍铬铁基质，多次进行金相和物理性能检验，直到稳定为止，然后在基质材料的基础上，添加稀土材料；
2)熔炼：(1)、待材料60％熔化后，加入总投料的2％的渣量，(渣量配比：石灰∶萤石粉＝7∶3)进行炼钢；(2)、当全部熔化后及时调整炉渣，造新渣，渣量为2％渣系配比：石灰∶萤石＝7∶3将渣系好，将功率调至180KW，并用矽钙粉进行扩散脱氧，扩散脱氧的原则是：每次加入量先少后多，每批间隔时间为3分钟，八次后，捞去旧渣，造新渣前，加入电解锰，渣系为投料数的3％.配比为石灰∶萤石＝7∶3，将功率调至150KW，镍铬加入量先少后多，每批间隔时间为3分钟，总脱氧次数不少于20次，出钢前10分钟加入矽钙块，铝条进行沉淀脱氧，沉淀脱氧一定要用钢棒揿入钢液中，沉淀脱氧结束，加入镍镁合金，镇静2分钟后，方可出钢；(3)、出钢前，用钢棒充分搅拌钢液，使残渣浮出钢面；(4)用电磁搅拌，抽真空，去除硫、磷等杂质，在线成份分析；
3)开坯锻造；①锭子表面应平整光滑，无气孔、无缩孔、无腰带、无波纹、无渣附底部和顶部无凹凸现象；
②锭子长度不小于25CM，浇注帽口不得超过5CM；
③锭子长度小于25CM，按90％计算，不能短到20CM以下；
4)热处理：钢锭退火温度1150℃，退火时间2.5h；
5)酸洗；将合金表面氧化层去掉，可用浓硝酸和氢氟酸，配置成酸液，把合金丝投入酸槽内腐蚀，当氧化皮完全脱落后捞出冲洗；
6)图层及涂料配置；将50Kg生石灰，加水250Kg，再加入12Kg食油，2.5Kg肥皂粉，放入涂料缸内进行反应，当生石灰和水反应后，再放入8Kg石墨粉进行搅拌，均匀后把酸洗好后的合金线材防入涂料缸内进行图层，捞出后凉干；
7)拉拔；拉拔前应检查涂层是否凉干，涂层是否厚薄均匀，有无剥落；
①配模；
②辗头(磨头)采用砂轮机锉刀，电化腐蚀；
③润滑剂：用工业皂片500克和工业肥皂二条加100K热水搅拌水箱内；
④拉拔操作：
·拉拔出线后必须检查表面质量，线径公差，每米电阻值符合要求才能上轴；
·在拉拔过程中应根据线径粗细控制速度，经常测量线经，调整排线，每卸一轴必须重新穿皮，如发现不合格应及时更换模具；
8)扎头：必须圆整无边缝；
9)光亮退火：退火炉使用气源是通过制氢炉将液氨分成H2 75％N2 25％作为保护性气体，退火温度900℃；
10)检验：
①电阻率：每米电阻允许偏差范围为±5％；
②缠绕试验按物理性能测试进行，不允许有超层及断裂现象。
Claims (5)
1、汽车用阴极镍合金钢，其主要成份包含以下组分(以wt.％表示)：Ni70-75％，Cr13-18％，Fe 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％。
2、根据权利要求1所述的汽车用阴极镍合金钢，其特征在于：其主要成份包含以下组分(以wt.％表示)：Ni 72.5％，Cr16.5％，Fe 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％。
3、根据权利要求1所述的汽车用阴极镍合金钢，其特征在于：其主要成份包含以下组分(以wt.％表示)：Ni 72.8％，Cr 15％，Fe 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％，Al 0.2％。
4、根据权利要求1所述的汽车用阴极镍合金钢，其特征在于：其主要成份为：Ni 73％，Cr 17.5％，Fe 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％。
5、一种根据权利要求1所述的汽车用阴极镍合金钢的制造工艺依次包括以下工序：1)选料、2)熔炼、3)开坯锻造、4)退火、5)酸洗、6)图层及涂料配置、7)拉拔、8)扎头、9)光亮退火、10)检验，其特征在于：
1)选料工序包括以下步骤：用上述比例的低碳钢和有色金属材料配成镍铬铁基质，多次进行金相和物理性能检验，直到稳定为止，然后在基质材料基础上，添加稀土材料；
2)熔炼工序包括以下步骤：(1)、待材料60％熔化后，加入总投料的2％的渣量，(渣量配比：石灰∶萤石粉＝7∶3)进行炼钢；(2)、当全部熔化后及时调整炉渣，造新渣，渣量为2％渣系配比：石灰∶萤石＝7∶3将渣系好，将功率调至180KW，并用矽钙粉进行扩散脱氧，扩散脱氧的原则是：每次加入量先少后多，每批间隔时间为3分钟，八次后，捞去旧渣，造新渣前，加入电解锰，渣系为投料数的3％.配比为石灰∶萤石＝7∶3，将功率调至150KW，镍铬加入量先少后多，每批间隔时间为3分钟，总脱氧次数不少于20次，出钢前10分钟加入矽钙块，铝条进行沉淀脱氧，沉淀脱氧一定要用钢棒揿入钢液中，沉淀脱氧结束，加入镍镁合金，镇静2分钟后，方可出钢；(3)、出钢前，用钢棒充分搅拌钢液，使残渣浮出钢面；(4)、用电磁搅拌，抽真空，去除硫、磷等杂质，在线成份分析；
3)退火工序包括：钢锭退火温度1150℃--1100℃，退火时间2.5h；
4)酸洗工序包括以下步骤：将合金表面氧化层去掉，可用浓硝酸和氢氟酸，配置成酸液，把合金丝投入酸槽内腐蚀，当氧化皮完全脱落后捞出冲洗；
5)光亮退火工序：线径12-1.5mm，退火温度1150℃-960℃。
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