CN109055822A - Cr30Ni70Nb棒材及其制造工艺 - Google Patents

Cr30Ni70Nb棒材及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种Cr30Ni70Nb棒材,其各成分的重量百分含量为:C为≤0.06%,Si为0.8%~1.2%,Mn为≤0.3%,P为≤0.015%,S为≤0.010%,Cr为29.0%~30.0%,Nb为0.40%~0.60%,Al为≤0.30%,Fe为≤0.40%,Ti为≤0.15%,其余为Ni。该Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺包括:原料准备、真空冶炼、电渣重熔、锻造和热处理。本发明的Cr30Ni70Nb棒材通过优化材料配方并精确控制,添加Nb元素,细化晶粒,提高了棒材的耐高温性能和强度,延长了使用寿命;采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺以提高棒材纯净度和脱气效果;控制热加工(锻造和热处理)的温度来得到合适的金相组织结构。

Description

Cr30Ni70Nb棒材及其制造工艺
技术领域
本发明涉及电热合金材料制备技术领域,特别是涉及Cr30Ni70Nb棒材及其制造工艺。
背景技术
在玻璃行业中,用于输送玻璃流体的管道需要具有良好的耐高温性能和强度,同时需要有较长的使用寿命,而Ni-Cr系电热合金由于高温强度高,高温冷却后无脆性,使用寿命较长,易于加工和焊接,是广泛使用的电热合金。
在Ni-Cr系中,镍与铬形成有限固溶体。当铬含量(质量分数)小于20%时,随铬含量增加电阻率提高,电阻温度系数减小;铬含量大于20%时,电阻温度系数增加,加工性能变差;而铬含量大于30%时靠近两相区,脆性增加,加工困难。因此铬含量以15%~30%为宜。加入铁使加工性能改善,但耐蚀性降低。而添加少量Si、Al、Ti、Zr或稀土元素可提高合金的工作温度和使用寿命。如何通过添加其他元素提高合金的各项性能是需要解决的问题。
发明内容
针对现有应用中对于Ni-Cr合金的特殊需求,本发明旨在通过化学元素的组合以达到提高Ni-Cr系电热合金性能的目的。
本发明的Cr30Ni70Nb棒材,各成分的重量百分含量为:C为≤0.06%,Si为0.8%~1.2%,Mn为≤0.3%,P为≤0.015%,S为≤0.010%,Cr为29.0%~30.0%,Nb为0.40%~0.60%,Al为≤0.30%,Fe为≤0.40%,Ti为≤0.15%,其余为Ni。
本发明的Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺,所要制造的Cr30Ni70Nb棒材的各成分的重量百分含量为:C为≤0.06%,Si为0.8%~1.2%,Mn为≤0.3%,P为≤0.015%,S为≤0.010%,Cr为29.0%~30.0%,Nb为0.40%~0.60%,Al为≤0.30%,Fe为≤0.40%,Ti为≤0.15%,其余为Ni,该制造工艺包括以下各步骤:
A.原料准备:纯金属材料Mn、Cr、Nb、Al、Fe、Ti、Ni配料,同钢种返回料20%,同时对原材料进行烘烤干燥,烘烤温度200度,时间大于2h;
B.真空冶炼:将原材料放入真空炉内的坩埚中,对真空炉预抽真空,真空度小于10帕送电熔炼;熔炼开始后,小功率逐级送电,最后以最大功率送电直至熔清,熔清后倾动坩埚2-3次,降低功率进行精炼;精炼结束后停电,进行降温结膜;大功率送电冲膜升温,然后降低功率,加入C和Si,倾动坩埚2-3次;调整温度,然后加入微量元素S和P;浇注220㎏电击棒,空冷却;
C.电渣重熔:渣系配比:CaF2:Al2O3:CaO:MgO=70:15:10:5加TiO2;电力制度:50-55V,电流4500-5500A,电渣400㎏;充分补缩,钢锭出模空冷,表面清理缺陷;
D.锻造:加热制度:1160-1180℃,开锻造温度大于1130℃,终锻造温度大于950℃,加回火时间大于50分钟;开始轻锻造再重锤锻造,φ145㎜元棒,锻后空冷却;表面修磨,探伤切除缺陷,两端无裂纹、缩孔;
E.热处理:装炉摆放至有效加热区,四面预留空间;热处理制度1050±10℃,保温1.5h,水冷。
其中,B步骤中的精炼温度为1460-1480℃,精炼期保持45分钟;C 步骤全程氩气保护操作。
与现有技术相比,本发明的Cr30Ni70Nb棒材通过优化材料配方并精确控制,添加Nb元素,细化晶粒,提高了棒材的耐高温性能和强度,延长了使用寿命,制得的棒材具有较好的机加工性能,可以加工中空导管,作为玻璃制备过程中的玻璃水流通管道;棒材采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺以提高棒材纯净度和脱气效果;控制热加工(锻造和热处理)的温度来得到合适的金相组织结构。
附图说明
图1为本发明的Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺流程示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
Cr30Ni70Nb棒材,各成分的重量百分含量为:C为≤0.06%,Si为0.8%~1.2%,Mn为≤0.3%,P为≤0.015%,S为≤0.010%,Cr为29.0%~30.0%,Nb为0.40%~0.60%,Al为≤0.30%,Fe为≤0.40%,Ti为≤0.15%,其余为Ni。
Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺,所要制造的Cr30Ni70Nb棒材的各成分的重量百分含量为:C为≤0.06%,Si为0.8%~1.2%,Mn为≤0.3%,P为≤0.015%,S为≤0.010%,Cr为29.0%~30.0%,Nb为0.40%~0.60%,Al为≤0.30%,Fe为≤0.40%,Ti为≤0.15%,其余为Ni,该制造工艺包括以下各步骤:
A.原料准备:纯金属材料Mn、Cr、Nb、Al、Fe、Ti、Ni配料,同钢种返回料20%,同时对原材料进行烘烤干燥,烘烤温度200度,时间大于2h;
B.真空炉冶炼:将原材料放入真空炉内的坩埚中,对真空炉预抽真空,真空度小于10帕送电熔炼;熔炼开始后,小功率逐级送电,最后以最大功率送电直至熔清,熔清后倾动坩埚2-3次,降低功率进行精炼;精炼结束后停电,进行降温结膜;大功率送电冲膜升温,然后降低功率,加入C和Si,倾动坩埚2-3次;调整温度,然后加入微量元素S和P;浇注220㎏电击棒,空冷却;
C.电渣重熔:渣系配比:CaF2:Al2O3:CaO:MgO=70:15:10:5加TiO2;电力制度:50-55V,电流4500-5500A,电渣400㎏;充分补缩,钢锭出模空冷,表面清理缺陷;
D.锻造:加热制度:1160-1180℃,开锻造温度大于1130℃,终锻造温度大于950℃,加回火时间大于50分钟;开始轻锻造再重锤锻造,φ145㎜元棒,锻后空冷却;表面修磨,探伤切除缺陷,两端无裂纹、缩孔;
E.热处理:装炉摆放至有效加热区,四面预留空间;热处理制度1050±10℃,保温1.5h,水冷。
其中,B步骤中的精炼温度为1460-1480℃,精炼期保持45分钟;C 步骤全程氩气保护操作。
Cr30Ni70Nb棒材中各化学元素的性能如下:
(1)C元素:C与Nb、Ti元素形成碳化物弥散分布在晶体内起强化作用。
(2)Cr元素:高温抗氧化性能和耐蚀能力的关键元素,在高温形成的保护氧化膜主要由Cr2O3组成,以Cr2O3为主的氧化膜较致密,附着性也较强,可以保证合金在高温下长期使用。
(3)Si元素:Si在高温氧化后生成SiO2,分布在氧化膜和基体金属的界面处,可以防止氧渗入,降低合金的氧化速度。
(4)Ni元素:Ni与其他元素形成奥氏体晶格,高温不发生相变,在高温下稳定性好。Ni为奥氏体化元素,可以提供良好的综合性能,稳定性好,高温下可以与Cr形成固溶体,具有比较高的高温强度,在常温时具有高的塑性,良好的加工工艺性能。
(5)Al元素:形成γ’相的主要元素,在Ni-Cr系合金中Al能与Ni形成Ni3Al相,是提高抗氧化性的重要因素,并能提高合金高温强度和高温持久强度。
(6)Ti元素:形成γ’相的主要元素,能够促进Ni3Al形成和形成Ni3(Al,Ti),提高γ’相强化程度。
(7)Nb元素:强碳化物形成元素,形成NbC,细化晶粒。大量Nb形成γ”(Ni3Nb)是主要强化相,少量溶入γ’相促进γ’析出,延缓γ’的长大,提高强度。
(8)P元素:提高合金的高温持久强度。
(9)Mn元素:奥氏体形成元素,少量Mn与S形成MnS能够降低热脆。
(10)Fe元素:材料基体,随材料组成元素变化产生相变。
实施例1:
Cr30Ni70Nb棒材各成分的重量百分含量为:C为0.05%,Si为1.0 %,Mn为0.2%,P为0.012%,S为0.009%,Cr为29.5%,Nb为0.50%,Al为0.25%,Fe为0.35%,Ti为0.12%,其余为Ni。
将上述原材料按照Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺逐步进行制得Cr30Ni70Nb棒材。
实施例2:
Cr30Ni70Nb棒材各成分的重量百分含量为:C为0.06%,Si为1.2 %,Mn为0.3%,P为0.015%,S为0.010%,Cr为30.0%,Nb为0.60%,Al为0.30%,Fe为0.40%,Ti为0.15%,其余为Ni。
将上述原材料按照Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺逐步进行制得Cr30Ni70Nb棒材。
实施例3:
Cr30Ni70Nb棒材各成分的重量百分含量为:C为0.04%,Si为0.8 %,Mn为0.1%,P为0.009%,S为0.008%,Cr为29.0%,Nb为0.40%,Al为0.20%,Fe为0.30%,Ti为0.10%,其余为Ni。
将上述原材料按照Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺逐步进行制得Cr30Ni70Nb棒材。
各实施例制得的Cr30Ni70Nb棒材抽样检测结果如下表1:
表1:Cr30Ni70Nb棒材性能测试结果
本发明的Cr30Ni70Nb棒材通过优化材料配方并精确控制,添加Nb元素,细化晶粒,使材料具有很好的力学性能;制得的棒材亦具有较好的机加工性能,可以加工成中空导管,作为玻璃制备过程中的玻璃水流通管道,耐高温性能优异,强度高且具有较长的使用寿命;棒材采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺以提高钢材纯净度和脱气效果;控制热加工(锻造和热处理)的温度来得到合适的金相组织结构。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种Cr30Ni70Nb棒材,其特征在于,各成分的重量百分含量为:C为≤0.06%,Si为0.8%~1.2%,Mn为≤0.3%,P为≤0.015%,S为≤0.010%,Cr为29.0%~30.0%,Nb为0.40%~0.60%,Al为≤0.30%,Fe为≤0.40%,Ti为≤0.15%,其余为Ni。
2.一种Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺,其特征在于,所述Cr30Ni70Nb棒材的各成分的重量百分含量如权利要求1所述,该Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺包括以下各步骤:
A.原料准备:纯金属材料Mn、Cr、Nb、Al、Fe、Ti、Ni配料,同钢种返回料20%,同时对原材料进行烘烤干燥,烘烤温度200度,时间大于2h;
B.真空冶炼:将原材料放入真空炉内的坩埚中,对真空炉预抽真空,真空度小于10帕送电熔炼;熔炼开始后,小功率逐级送电,最后以最大功率送电直至熔清,熔清后倾动坩埚2-3次,降低功率进行精炼;精炼结束后停电,进行降温结膜;大功率送电冲膜升温,然后降低功率,加入C和Si,倾动坩埚2-3次;调整温度,然后加入微量元素S和P;浇注220㎏电击棒,空冷却;
C.电渣重熔:渣系配比:CaF2:Al2O3:CaO:MgO=70:15:10:5加TiO2;电力制度:50-55V,电流4500-5500A,电渣400㎏;充分补缩,钢锭出模空冷,表面清理缺陷;
D.锻造:加热制度:1160-1180℃,开锻造温度大于1130℃,终锻造温度大于950℃,加回火时间大于50分钟;开始轻锻造再重锤锻造,φ145㎜元棒,锻后空冷却;表面修磨,探伤切除缺陷,两端无裂纹、缩孔;
E.热处理:装炉摆放至有效加热区,四面预留空间;热处理制度1050±10℃,保温1.5h,水冷。
3.如权利要求3所述的一种Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺,其特征在于,所述B步骤中的精炼温度为1460-1480℃,精炼期保持45分钟。
4.如权利要求3所述的一种Cr30Ni70Nb棒材的制造工艺,其特征在于,所述C步骤全程氩气保护操作。
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Applicant after: Jiangsu Xinhua Alloy Co., Ltd

Address before: 225722 Luo West Village, Zhang Guo Town, Xinghua City, Taizhou, Jiangsu

Applicant before: Jiangsu Xinhua Alloy Electric Apparatus Co., Ltd.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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