CN108467926A - 一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:1.8‑2.0wt.%,Mn:0.5‑1.0wt.%,V:0.5‑0.8wt.%,Sc：0.4‑0.8wt.%，Th:0.2‑0.5wt.%,Ge:30.0‑38.0wt.%,余量为铝。该覆盖合金降铅效果最好，使用期长，且不影响钢丝铅淬火的质量，便于工人操作，为钢丝铅浴炉淬火生产中的首选降铅方法。

Description

一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝锗合金。
背景技术
钢丝的热处理生产一般有等温冷却和连续冷却两种冷却方式，对于钢丝绳用半成品钢丝而言，一般选择等温冷却。钢丝中的奥氏体在临界温度以上是一种稳定相，一旦冷却到临界温度以下，则处于热力学的不稳定状态，称为过冷奥氏体。过冷奥氏体发生转变，形成新的稳定相。钢丝绳的制绳钢丝在生产过程中，要对冷轧盘条进行多次拉拔；为了消除半成品钢丝的加工硬化，保证钢丝获得良好的拉拔性能，就要对半成品钢丝进行热处理。
金属线材制品行业生产钢丝绳用钢材基本都为中高碳钢，一般使用亚共析钢和过共析钢的线材。制绳钢丝的生产采用高（500-650℃）转变，形成均匀的索氏体化组织，在实际生产过程中，通过控制转变温度和转变时间即可得到适合钢丝进一步拉拔的细小、均匀的索氏体组织。
传统铅浴淬火工艺的原理是根据钢的等温转变C曲线，让过冷奥氏体在600℃左右的铅液中进行等温转变，产生适合深度拉拔的索氏体组织。由于铅在300℃以上开始融化，一直到900℃左右开始沸腾，有非常宽的液态状态的温度区间，又由于液态铅的热容量非常大，900℃左右的钢丝一接触液态铅，即被快速冷却至铅液的温度，只要保证钢丝随后在液铅中停留足够时间，则可完成钢丝的索氏体化组织转变。
铅浴淬火工艺自问世以来，一直被金属线材制品企业广泛应用，国内制品生产对于中高碳钢丝的中间或成品热处理大多采用铅浴淬火以达到钢丝等温处理的目的。可是，由于铅对环境的污染、对人体的危害，以及投资高、能耗大等弊端，寻求一种新型、高效、节能、环保的无铅化热处理工艺取代铅浴淬火已成为金属线材制品领域亟待解决的课题。
国内外的科技工作者一直致力于金属等温热处理工艺以及生产装备的前沿化研发使用。到目前为止，虽然国外发达国家在钢帘线和切割钢丝等产品的生产方面已经成功实现用水浴淬火代替铅浴淬火的工艺，但是对于大多数的金属线材制品，如电梯用钢丝绳、港口码头起重用钢丝绳，以及大量的镀锌钢丝绳而言，仍然采用铅浴淬火处理，水浴淬火处理技术并没有实现突破并广泛应用。随着钢帘线行业的蓬勃发展，一些生产企业由原来的铅浴淬火处理、流化床处理转变为水浴淬火处理，但也仅限于帘线用细小规格的钢丝，但水浴淬火不能广泛应用于中粗规格的钢丝。
目前针对铅淬火进行铅污染防治的措施，主要以铅锅覆盖剂法为主。也就是选用某种能够对铅锅起到一定封闭作用的材料，覆盖于铅液之上，以防止和控制铅蒸气超量逸出，从而达到铅污染超标治理的方法。使用铅锅覆盖剂法进行铅污染防治的效果如何，关键取决于覆盖剂的性能与特点。不同的铅锅覆盖剂其效果也不尽相同。好的铅锅覆盖剂不仅具有较好的铅污染防治功能，而且能够达到节能降耗，保证产品质量的效果。因覆盖剂密封效果不理想，使得铅浴热处理的应用和推广受到了很大的限制。铅浴淬火在还不能被其他方式完全取代之前，以它自身的优越性，仍将在较长时问内存在。
降低铅浴过程中铅的挥发，以及对人和环境的危害，从材料学的角度讲无非就是降低铅的挥发速度或者铅的饱和蒸气压。选用液体合金作为铅浴覆盖剂，是铅浴合金领域的一大创新。该方法一方面可以解决各种固态颗粒覆盖剂在密封性能上难以解决的问题。液体合金良好的流动性能，保证了在钢丝进、出铅浴池时，其合金液能够以最快的速度自动弥合孔洞，阻止铅蒸汽的溢出，同时氧化铅的减少，避免了钢丝挂铅现象的出现。另一方面，液体合金覆盖在铅浴表面，将改变铅浴表面的压力平衡，进而影响液面的饱和蒸气压，进一步保证合金覆盖剂的密封性，使铅浴淬火能够继续得到推广。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在480-550度大气条件下能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂。该覆盖合金用于铅浴合金在此温度区间对钢帘线进行屈氏体化热处理时，其耐挥发性能和高传热性能也远远高于现有的铅合金。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂。按重量百分比计，合金的组成为：Ba:1.8-2.0wt.%,Mn:0.5-1.0wt.% ,V:0.5-0.8wt.%,Sc：0.4-0.8wt.%，Th:0.2-0.5wt.%, Ge:30.0-38.0wt.%,余量为铝。
上述能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-10m/min。该材料在铅浴时覆盖在铅浴合金表面；其中，铅浴合金的使用温度为480-550度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明专利针对目前钢帘线铅浴用铅的耐挥发和耐氧化性能不好的状态提供了一种新颖的材料学解决方案。因而,本专利实质上提供了一种铅浴合金覆盖用铝锗覆盖合金。该合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化，可以达到在480-550度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态铅合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。
（2）含Ba铝锗合金最大的特点是在冶炼和使用过程中因为合金熔体容易氧化，生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止铅蒸汽向大气中的挥发。与铅锅覆盖剂相比，合金化防止铅在熔炼过程中挥发可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。该覆盖剂和铅浴合金同时使用,具有热容量大、导热率高、投资小、成本低、工艺易于控制，等温转变程度高、处理后钢丝性能好、质量稳定等优点。钢丝通过这样的优化结合淬火得到索氏体组织，具有较高的拉伸极限，钢丝拉拔后可获得良好的综合性能，给成品钢帘线提供了所需的力学指标，同时减少了钢帘线在生产过程中断丝现象。
（3）对于传统铅浴热处理，在铅浴池上方检测铅蒸汽浓度为280-320mg/m3。相比而言，采用本专利设计的新型铅浴用覆盖合金后，铅蒸汽浓度为30-40mg/m3。覆盖效果极其明显,可以有效地降低铅浴过程中铅的挥发，降低人和环境的危害。降铅效果最好，使用期长，且不影响钢丝铅淬火的质量，便于工人操作，年耗费资金也较少，为钢丝铅浴炉淬火生产中的首选降铅方法。此外，该铝锗合金的传热系数在480-550度维持在200-220W/m·K。而现有的铝合金在该温度下的传热系数只有140-160 W/m·K。传热性能的提升可以增加单位时间内送入铅浴炉内钢帘线的数量，并能使得铅合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线由奥氏体转变为屈氏体提供稳定的热力学条件。
具体实施方式
实施例1
一种在490度使用能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.8wt.%,Mn:0.6wt.% ,V:0.6wt.%,Sc：0.5wt.%，Th:0.3wt.%, Ge:32.6wt.%,余量为铝。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为6m/min。该材料在铅浴时覆盖在铅浴合金表面；其中，铅浴合金的使用温度为480-550度。
对于传统铅浴热处理，在铅浴池上方检测铅蒸汽浓度为280-320mg/m3。相比而言，采用本专利设计的新型铅浴用覆盖合金后，铅蒸汽浓度为32mg/m3。覆盖效果极其明显,可以有效地降低铅浴过程中铅的挥发，降低人和环境的危害。降铅效果最好，使用期长，且不影响钢丝铅淬火的质量，便于工人操作，年耗费资金也较少，为钢丝铅浴炉淬火生产中的首选降铅方法。此外，该铝锗合金的传热系数在480-550度维持在208W/m·K。而现有的铝合金在该温度下的传热系数只有140-160 W/m·K。传热性能的提升可以增加单位时间内送入铅浴炉内钢帘线的数量，并能使得铅合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线由奥氏体转变为屈氏体提供稳定的热力学条件。
实施例2
一种在520度使用能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂。按重量百分比。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.9wt.%,Mn:0.8wt.% ,V:0.6wt.%,Sc：0.5wt.%，Th:0.3wt.%, Ge:32.0wt.%,余量为铝。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为8m/min。该材料在铅浴时覆盖在铅浴合金表面；其中，铅浴合金的使用温度为480-550度。
对于传统铅浴热处理，在铅浴池上方检测铅蒸汽浓度为280-320mg/m3。相比而言，采用本专利设计的新型铅浴用覆盖合金后，铅蒸汽浓度为35mg/m3。覆盖效果极其明显,可以有效地降低铅浴过程中铅的挥发，降低人和环境的危害。降铅效果最好，使用期长，且不影响钢丝铅淬火的质量，便于工人操作，年耗费资金也较少，为钢丝铅浴炉淬火生产中的首选降铅方法。此外，该铝锗合金的传热系数在480-550度维持在208W/m·K。而现有的铝合金在该温度下的传热系数只有140-160 W/m·K。传热性能的提升可以增加单位时间内送入铅浴炉内钢帘线的数量，并能使得铅合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线由奥氏体转变为屈氏体提供稳定的热力学条件。
实施例3
一种在540度使用能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂。按重量百分比。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 2.0wt.%,Mn:0.8wt.% ,V:0.6wt.%,Sc：0.5wt.%，Th:0.3wt.%, Ge:34.0wt.%,余量为铝。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为8m/min。该材料在铅浴时覆盖在铅浴合金表面；其中，铅浴合金的使用温度为480-550度。
对于传统铅浴热处理，在铅浴池上方检测铅蒸汽浓度为280-320mg/m3。相比而言，采用本专利设计的新型铅浴用覆盖合金后，铅蒸汽浓度为35mg/m3。覆盖效果极其明显,可以有效地降低铅浴过程中铅的挥发，降低人和环境的危害。降铅效果最好，使用期长，且不影响钢丝铅淬火的质量，便于工人操作，年耗费资金也较少，为钢丝铅浴炉淬火生产中的首选降铅方法。此外，该铝锗合金的传热系数在480-550度维持在208W/m·K。而现有的铝合金在该温度下的传热系数只有140-160 W/m·K。传热性能的提升可以增加单位时间内送入铅浴炉内钢帘线的数量，并能使得铅合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线由奥氏体转变为屈氏体提供稳定的热力学条件。

Claims (3)

1.一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 1.8-2.0wt.%,Mn:0.5-1.0wt.% ,V:0.5-0.8wt.%,Sc：0.4-0.8wt.%，Th:0.2-0.5wt.%,Ge:30.0-38.0wt.%,余量为铝。
2.根据权利要求1所述一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-10m/min。
3.根据权利要求1所述一种能降低铅浴合金蒸发率的铝锗合金覆盖剂，其特征在于包含如下加工步骤：该材料在铅浴时覆盖在铅浴合金表面；其中，铅浴合金的使用温度为480-550度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109666809A (zh) * 2018-12-19 2019-04-23 云南大学 一种铝锗合金材料的组织调控方法及该合金材料

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