CN108467927A

CN108467927A - 具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金

Info

Publication number: CN108467927A
Application number: CN201810317462.4A
Authority: CN
Inventors: 杨长江
Original assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd; Guangzhou Yuzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2018-08-31

Abstract

本发明公开了具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:1.2‑1.8wt.%,Os:0.4‑0.8wt.%,Mn:1.0‑1.5wt.%,Sc：0.4‑0.8wt.%，Sm:0.2‑0.3wt.%,Co:2.0‑4.0wt.%,余量为镁。采用该镁浴合金来替代铅浴合金进行热处理,所得到的屈氏体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。

Description

具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种镁浴合金。

背景技术

我国钢帘线的产量和结构品种逐年增加，钢帘线生产企业也一直致力于生产工艺的优化，通过设备改善和工艺调整，不断降低产各工序的断丝率，提高生产效率和综合成材率。在生产实践中淬火方式的改变，给钢帘线生产的稳定和效率带来了较大的提升。淬火是中高碳钢丝生产中的关键工序。帘线钢丝的铅浴淬火原理是根据钢的等温转变C曲线，让过冷奥氏体在600右的铅液中进行等温转变，产生细珠光体组织索氏体。钢丝通过淬火得到索氏体组织，这样的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。

铅液所具有的高热容、耐热冲击的特性易于实现钢丝的等温转变。铅属于重金属，其熔点为327度。当加热至400-500度时，即有大铅蒸汽逸出，在空气中迅速氧化凝集，以氧化铅的烟尘逸散。故在生产过程中不可避免地导致车间内环境的铅污染。长期在铅污染环境中作业的工人，可能发生铅中毒职业危害。

水浴淬火是在水中加入能溶解的高分子聚合物添加剂后，大大提高了水的黏度，将水分子和它自身的高分子结合，增大了水蒸气界面的表面张力，使热传导系数率大大降低，提高蒸汽膜的稳定性，充分延长了膜态冷却过程，从而实现钢丝的慢速而稳定的冷却，获得所需要的适合拉拔的索氏体组织。水浴是一种全新的不等温式淬火工艺。而水浴淬火要达到铅浴淬火的同样效果，就要让钢丝在水溶液中的冷却遵循与铅浴处理相同的冷却曲线来冷却和进行组织转变。通常钢丝和水之间产生的膜态冷却过程很短，难以被利用，奥氏体化的高碳钢丝被单纯水介质冷却的过程中，一般会得到坚硬的马氏体，根本无法拉拔。

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。

具备极低铅蒸气压的新型铅合金有两种方法，一种是加入合金元素通过热力学的交互作用来降低铅的活度，另一种是通过加入特定的合金元素来形成低熔点的氧化物和氮化物，从而将铅浴和空气隔绝开来。但是这两种办法都没有从根本上消灭到热处理过程中遇到的铅污染问题。因而，开发无铅屈氏体热处理合金浴用合金是从根本上的解决办法。

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度大气条件下具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金及其工艺。该合金用于合金浴屈氏体热处理，在此温度区间对钢帘线进行屈氏体化热处理时，完全可以替代现有的铅浴合金。该材料还具有高热容的特点,可以适用于高加工效率的环境。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：

一种具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 1.2-1.8wt.%,Os:0.4-0.8wt.%,Mn:1.0-1.5wt.%,Sc：0.4-0.8wt.%，Sm:0.2-0.3wt.%,Co:2.0-4.0wt.%,余量为镁。

上述具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金的制备方法，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。该材料在镁浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，镁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屈氏体热处理中铅浴合金污染严重的现状提供了一种新型的材料学解决方案。因而,本专利实质上提供了一种无铅的镁浴合金替代方案。镁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镁蒸汽向大气中的挥发，达到阻止镁在高温下的急剧蒸发和氧化。与铅浴合金相比，该镁浴合金在熔炼过程中挥发可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。

（2）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。在对该液态镁合金进行搅拌、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。

（3）该镁浴合金同时使用,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。

（4）该镁浴合金具有高的热容,在500度的热容为35.0-42.0J/mol·K,而铅浴合金在该温度下的热容小于25.0 J/mol·K。当增加单位时间的产量而不另外增加设备数量的时候，镁浴的温度变化并不明显，并能使得镁合金的温度保持在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。因而，采用高导热镁浴合金是提高屈氏体热处理合金生产效率的一种有效手段。

具体实施方式

实施例1

一种在490度使用具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.4wt.%,Os:0.5wt.%,Mn:1.2wt.%,Sc：0.5wt.%，Sm:0.2wt.%, Co:2.5wt.%,余量为镁。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。该材料在镁浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，镁浴合金的使用温度为480-550度。

该镁浴合金同时使用,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。该镁浴合金具有高的热容,在500度的热容为38.0J/mol·K,而铅浴合金在该温度下的热容小于25.0 J/mol·K。当增加单位时间的产量而不另外增加设备数量的时候，镁浴的温度变化并不明显，并能使得镁合金的温度保持在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。因而，采用高导热镁浴合金是提高屈氏体热处理合金生产效率的一种有效手段。

实施例2

一种在520度使用具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金。按重量百分比。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.6wt.%,Os:0.7wt.%,Mn:1.2wt.%,Sc：0.5wt.%，Sm:0.2wt.%, Co:2.5wt.%,余量为镁。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。该材料在镁浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，镁浴合金的使用温度为480-550度。

该镁浴合金同时使用,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。该镁浴合金具有高的热容,在500度的热容为35.8J/mol·K,而铅浴合金在该温度下的热容小于25.0 J/mol·K。当增加单位时间的产量而不另外增加设备数量的时候，镁浴的温度变化并不明显，并能使得镁合金的温度保持在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。因而，采用高导热镁浴合金是提高屈氏体热处理合金生产效率的一种有效手段。

实施例3

一种在540度使用具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金。按重量百分比。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.4wt.%,Os:0.6wt.%,Mn:1.2wt.%,Sc：0.7wt.%，Sm:0.2wt.%, Co:2.8wt.%,余量为镁。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。该材料在镁浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，镁浴合金的使用温度为480-550度。

Claims

1.具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:1.2-1.8wt.%,Os:0.4-0.8wt.%,Mn:1.0-1.5wt.%,Sc：0.4-0.8wt.%，Sm:0.2-0.3wt.%, Co:2.0-4.0wt.%,余量为镁。

2.根据权利要求1所述具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金，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所述具备高热容量的铅浴替代用含Os镁浴合金，其特征在于包含如下加工步骤：该材料在镁浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，镁浴合金的使用温度为480-550度。