CN101892434A

CN101892434A - 一种超高温电热合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101892434A
Application number: CN 201010205815
Authority: CN
Inventors: 李刚; 马国庆; 陶科; 李耐松; 王彦杰
Original assignee: BEIJING SHOUGANG GITANE NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHOUGANG GITANE NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2010-06-12
Filing date: 2010-06-12
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种超高温电热合金及其制备方法。电热合金化学成分质量百分比为：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中的一种或几种 0.04-1％；Ti 0.01-0.5％；Nb 0.1-0.5％；Co 0.2-1.0％；Fe余量。本发明合金缠绕性能好，易于加工成型，其20℃电阻率为1.4-1.55，抗拉强度650-800MPa，1400℃快速寿命值可达93小时。有更好的抗氧化性和高温下抗蠕变性能，主要用于工作温度在1200-1300℃的单晶体扩散炉、粉末冶金制品烧结炉、陶瓷煅烧炉和高温热处理炉等的电热元件。

Description

一种超高温电热合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种超高温电热合金及其制备方法。

背景技术

我国电热合金行业经过五十多年的发展，其冶炼、热加工、冷加工及热处理工艺比较成熟，搞电热材料的厂家也越来越多。但是，作为产品种类，超高温高电阻电热合金基本上没有新的更好的产品，特别是使用温度能达到1300℃以上的电热合金。国内常用的是0Cr27Al7MO2，但因其冷加工时加工硬化率很高，成材困难，废品率极高，造成的浪费也很大。所以，国内目前1300℃以上条件下使用的电热丝主要是依赖进口康太尔的丝，其价格相当于国内0Cr27Al7Mo2的4倍，给我国高温热处理炉生产成本造成了很大的成本压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既保证合金性能又能保证合金加工性能的超高温电热合金，解决了国内高温热处理炉生产成本高的问题。

一种超高温电热合金，其化学成分质量百分比为：

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中的一种或几种：0.04-1％；Ti0.01-0.5％，Nb 0.1-0.5％；Co 0.2-1.0％，Fe余量。

本课题组研究发现，当铬含量低于22％时，材料的高温强度差，熔断后延伸在30％以上，但当铬含量超过27％时，加工成材非常困难，成材率非常低；铝含量低于5％时，高温抗氧化性能差，高温快速寿命小于60小时，当铝超过7％时，加工脆断裂纹缺陷非常严重，成材困难；同样，稀土含量大于0.04％才有较明显的抗氧化作用，有助于寿命的提高；低于0.2％钴含量，材料的高温强度没有明显改善，但高于1％，成材困难。通过大量研究和生产实验，本课题组最终确定了如上所述的化学成分范围。

如上所述超高温电热合金的制备方法为：炼钢采用三相电渣炉+单相电渣重熔工艺，轧钢开轧温度为950-1200℃，终轧温度为650-900℃，轧条直接红转进入热处理炉或保温缓冷工艺。拉丝过程采用MOS2涂层，经200℃，2-5小时烘干后，带温拉拔。拔丝过程采用GSB-666润滑剂，拔至成品规格后，马上入保温箱保温。去除表面残余的润滑剂时，采用浓度为15-40％温度为40-90℃的氢氧化钠溶液，浸泡30分钟。然后用高压温水冲洗干净。成品热处理工艺采用井式热处理炉，热处理温度为750-850℃，升保温时间2-3.5小时，出炉后水冷。

在非真空条件下，保证稀土残余量。在三相电渣炉冶炼过程中，以金属铬、微铬、工业纯铁、纯铝锭等为原料，在空气湿度不大于50％的条件下冶炼，避免钢液吸氢；渣料须经严格烘烤使用；稀土在专用炉中烘烤，并热态加入；稀土用铝箔包好，在出钢后吹氩气1.5分钟后加入，再吹氩气30-40秒即可，这能有效避免钢液吸氢冒涨和提高稀土回收率，出钢温度控制在1650℃以下，浇铸成电渣重熔电极棒。

电渣重熔采用先精炼固体渣，然后用精炼后的固体渣炼液体渣，炼好后的液体渣倒入电渣炉进行电渣冶炼。固体渣成分质量百分比为：15-70％RE₂O₃，85-30％CaF₂，再另加1-10％的冰晶石。在冶炼过程中陆续向渣液面均匀加入铝粉或在电极上固定具有脱氧性质的丝材，电渣重熔后得到符合轧制条件的电渣重熔钢锭。

常规铁铬铝在生产中经常出现脆断和裂纹缺陷，极大降低成材。该发明HRE超高温电热合金由于其铬含量、铝含量都很高，再加之有一定含量的钴，在实验的初期阶段脆断裂纹缺陷非常严重，成材非常困难。采用轧条直接红转进入热处理炉或保温缓冷工艺措施能避免常规工艺出现的盘条脆断和裂纹缺陷，有效提高成材率。

在拉丝过程中采用带温拉拔和拔丝后立即保温，同样避免了在拉丝过程中裂纹的产生和拉拔过程产生的脆断，有效提高了拉丝过程的成材率。

快速寿命是衡量电热合金质量的重要指标。本发明的HRE超高温电热合金采用检测其快速寿命的方法来测试合金的高温性能和高温抗氧化性。快速寿命测试方法按GB/T13300-91的标准进行。具体为：测试温度在1400℃，将该合金直径为0.8mm的丝材试样呈“U”形挂在寿命实验仪上，按规定条件持续进行2分钟通电，2分钟断电的冷热循环直至将试样烧断。试样承受冷热循环的累积小时数为试样的快速寿命。

本发明合金缠绕性能好，易于加工成型，其20℃电阻率为1.4-1.55，抗拉强度650-800Mpa，1400℃快速寿命值可达93小时。而国内目前使用的0Cr27Al7Mo2，1350℃快速寿命值为50-60小时。与0Cr27Al7Mo2相比，该合金有更好的抗氧化性和高温下抗蠕变性能，非常适合在高温下使用。

该发明的HRE超高温电热合金主要用于工作温度在1200-1300℃的单晶体扩散炉、粉末冶金制品烧结炉、陶瓷煅烧炉和高温热处理炉等的电热元件。

具体实施方式

表1中列出了一些生产中的实施例。

表2给出的是HRE超高温电热合金电渣重熔渣系实施例。从生产实践表明，稀土氧化物含量低于15％，钢中稀土含量低于0.04％，但稀土氧化物含量高于70％时，钢锭表面不光滑，钢锭表面质量不好。同样，不加冰晶石，钢锭表面质量不好。

Claims

1.一种超高温电热合金，其特征是化学成分质量百分比为：

2.如权利要求1所述的超高温电热合金的制备方法，其特征是炼钢采用三相电渣炉+单相电渣重熔工艺，轧钢开轧温度为950-1200℃，终轧温度为650-900℃，轧条直接红转进入热处理炉或保温缓冷工艺；拉丝过程采用MoS₂涂层，经200℃，2-5小时烘干后，带温拉拔；拔丝过程采用GSB-666润滑剂，拔至成品规格后，马上入保温箱保温；去除表面残余的润滑剂时，采用浓度为15-40％温度为40-90℃的氢氧化钠溶液，浸泡30分钟，然后用高压温水冲洗干净；成品热处理工艺采用井式热处理炉，热处理温度为750-850℃，升保温时间2-3.5小时，出炉后水冷。

3.如权利要求2所述的超高温电热合金的制备方法，其特征是在三相电渣炉冶炼过程中，以金属铬、微铬、工业纯铁和纯铝锭为原料，在空气湿度不大于50％的条件下冶炼，避免钢液吸氢；渣料须经严格烘烤使用；稀土在专用炉中烘烤，并热态加入；稀土用铝箔包好，在出钢后吹氩气1.5分钟后加入，再吹氩气30-40秒即可，出钢温度控制在1650℃以下，浇铸成电渣重熔电极棒。

4.如权利要求3所述的超高温电热合金的制备方法，其特征是电渣重熔采用先精炼固体渣，然后用精炼后的固体渣炼液体渣，炼好后的液体渣倒入电渣炉进行电渣冶炼；固体渣成分质量百分比为：15-70％RE₂O₃，85-30％CaF₂，再另加1-10％的冰晶石；在冶炼过程中陆续向渣液面均匀加入铝粉或在电极上固定具有脱氧性质的丝材，电渣重熔后得到符合轧制条件的电渣重熔钢锭。

5.如权利要求2所述的超高温电热合金的制备方法，其特征是按该方法制备出的超高温电热合金20℃电阻率在1.4-1.55，对于Φ0.8mm的丝在1400℃下快速寿命能达到93小时，断后延伸能够小于16％，该合金能加工成丝材、带材、棒材和管材。