CN109825777A

CN109825777A - 一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法

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Publication number: CN109825777A
Application number: CN201910258065.9A
Authority: CN
Inventors: 沙国伟
Original assignee: Jiangsu Brotherhood Alloy Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Brotherhood Alloy Co Ltd
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-04-01
Also published as: CN109825777B

Abstract

本发明属于电热丝加工技术领域，具体涉及一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，包括如下步骤：（1）原料选择：Cr 23‑26wt%、Al 4‑6wt%、V 3‑5wt%、Fe（碳含量≤0.02wt%）余量；（2）熔炼：在真空下，按照Fe、Cr、Al、V顺序熔炼；（3）脱碳：从顶部吹入氧气脱碳，同时从底部吹入氩气进行搅拌；（4）还原造渣：加入硅铁、石灰、萤石、铝块进行脱氧、脱硫和造渣；（5）浇铸：破真空，软搅拌，喂丝，再软搅拌，熔液浇铸成合金锭；（6）制作盘条：在氩气保护下对合金锭进行退火处理，将退火后的合金锭锻造成坯料后轧制成盘条；（7）制作电热合金丝材：在氩气保护下对盘条进行退火处理，将退火后的盘条进行多道次拉拔，得到丝材；（8）电热合金丝材后处理。

Description

一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法

技术领域

本发明属于电热丝加工技术领域，具体涉及一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法。

背景技术

电加热丝是电加热器的发热部件，是电加热器的核心部件，随着工业的高速发展和人民生活水平的提高，电加热器广泛用于各个领域。由于电热合金丝材是由多种金属复配而成的合金材料，各组分在合金材料中的分布均匀性对电热合金丝材的稳定性等都会产生重要的影响，其中，尤其铝的分布均匀性对合金的电阻率、高温抗氧化性能以及加工性能等都起到非常重要的作用。在脱碳过程中，如果不能达到一定的供氧强度，吹入的氧气可能会有一大部分用于氧化铁和铬，而非氧化碳，因此，适当的供氧强度对于在降低碳含量的同时不影响铬含量来说尤为重要。

此外，在现有电热合金的制备过程中的拉拔阶段，往往需要在每道次拉拔之前上润滑剂，拉拔结束后通过酸洗等手段去除干净，然后在下道次拉拔之前再涂抹润滑剂，拉拔结束后再酸洗除去，不仅过程繁琐，而且润滑剂不易清除，往往需要进行酸洗，对环境不利，不符合环保的发展趋势，而且现有的拉拔工艺，每次拉拔就需要剪断一次，这样不仅需要更多的存放空间，还需要更多的处理时间，电热丝剪断的次数越多，加工就越困难，电热丝越容易打结，增加电热丝的报废率。因此，有必要开发一种电热丝连续拉拔工艺，简化拉拔工艺，减少剪断次数，降低报废率。

发明内容

为了提供现有电热合金中各组分的分散均匀性，形成均匀稳定的合金组分，提高除碳效果的同时降低对铬的影响，本发明公开了一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，按照Fe、Cr、Al、V的顺序熔炼，同时采用顶部吹氧脱碳、底部吹氩搅拌的方式进行脱碳，并在停止吹氧后在底部继续吹氩搅拌，同时进行顶部吹氩，从而提高合金中各元素的分散均匀性，降低碳含量，提高合金韧性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:

一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料选择：Cr 23-26wt％、Al 4-6wt％、V 3-5wt％、Fe(碳含量≤0.02wt％)余量；

(2)熔炼：在真空条件下，按照Fe、Cr、Al、V的顺序熔炼；

(3)脱碳：从顶部吹入氧气脱碳，同时从底部吹入氩气对熔液进行搅拌，当碳含量下降至0.03wt％以下时停止吹氧，之后继续底部吹氩搅拌，并从顶部吹入氮气，处理5-20min；

(4)还原造渣：加入硅铁、石灰、萤石、铝块进行脱氧、脱硫和造渣，处理10-20min；

(5)浇铸：破真空，软搅拌，喂丝，再软搅拌，熔液浇铸成合金锭；

(6)制作盘条：在氩气保护下对合金锭进行退火处理，将退火后的合金锭锻造成坯料，然后将坯料轧制成盘条；

(7)制作电热合金丝材：在氩气保护下对盘条进行退火处理，将退火后的盘条进行多道次拉拔，得到电热合金丝材；

(8)电热合金丝材后处理：用毛刷机对丝材表面进行清理，然后经碱洗、水洗、烘干，然后在氩气保护下进行退火处理即可。

作为优选，上述步骤(1)中的原料还包括Y 0.3-0.5wt％和Nb 0.1-0.5wt％，所述步骤(2)中按照Fe、Cr、Al、V、Y、Nb的顺序熔炼。

作为优选，上述步骤(3)中顶部吹氧的吹氧管管径≥20mm，吹氧流量为150-200m³/(min·t)。

作为优选，上述步骤(3)底部吹氩的吹氩流量为2-10m³/(min·t)，顶部吹氩的吹氩流量为150-200m3/(min·t)。

作为优选，上述步骤(6)中退火处理的温度为900-1000℃，所述步骤(7)中退火处理的温度为700-770℃，所述步骤(8)中退火处理的温度为500-600℃。

作为优选，上述步骤(7)中对盘条进行多道次拉拔的具体步骤为：

(a)对盘条进行预处理，去除表面的氧化膜；

(b)将预处理后的盘条涂上润滑剂，通过加热炉使润滑剂固化；

(c)将涂有润滑剂的盘条加热至拉拔温度，经过三道拉拔之后获得所需的直径；

(d)电热丝冷却后，润滑剂涂层破裂脱落，通过毛刷机清理未完全脱落的涂层，然后经碱洗、水洗、烘干即得所需的电热丝；

所述步骤(b)中的润滑剂由以下重量份的各组分组成：高岭土30-40份、碳纤维3-8份、羧甲基纤维素钠3-5份、改性环氧大豆油10-15份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、硬脂酸钠1-3份、硅烷偶联剂水解液50-60份。

作为优选，上述步骤(b)中润滑剂的制备方法为：将高岭土、碳纤维和硅烷偶联剂水解液加入球磨机中球磨，然后依次加入聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸钠和改性环氧大豆油，继续球磨至混合均匀即可。

作为优选，上述碳纤维为硅烷偶联剂KH550改性碳纤维。

作为优选，上述硅烷偶联剂水解液是将硅烷偶联剂加入乙醇水溶液中超声震荡20min获得，所述硅烷偶联剂与乙醇水溶液的质量比为1：8-12，所述乙醇水溶液中乙醇与水的质量比为1：9。

作为优选，上述硅烷偶联剂水解液中的硅烷偶联剂为KH550或KH560中的一种或两种。

本发明具有如下的有益效果：(1)本发明熔炼过程中按照Fe、Cr、Al、V的顺序熔炼，有利于提高各组分在合金中的分散均匀性，细化晶粒，形成均匀稳定的合金，其中铝的分布均匀性对合金的电阻率、高温抗氧化性能以及加工性能等都起到非常重要的作用；

(2)本发明采用顶部吹氧脱碳、底部吹氩搅拌的方式进行脱碳，并在停止吹氧后在底部继续吹氩搅拌，同时进行顶部吹氩，可以在降低碳含量的同时避免因氧过剩而造成铬氧化而影响合金性能，提高合金韧性，同时，通过氩气搅拌钢水也有利于提高合金中化学成分的均匀性，特别是铝元素发均匀性，有利于减少电气性能和机械性能差异；

(3)本发明拉拔过程中所用的润滑剂以高岭土为主，其中含有大量的硅，表面张力低，有利于拉拔结束后润滑剂涂层在冷却后脱落，另外，润滑剂中的碳纤维和改性环氧大豆油复配使用，不仅可以改善润滑效果，还可以提高润滑剂的韧性，而且以硅烷偶联剂水解液作为分散介质，硅烷偶联剂KH550一端的氨基(或KH560一端的环氧基)与改性环氧大豆油中环氧基反应，另一端水解产生的羟基接枝到高岭土或碳纤维上，不但有利于碳纤维和环氧大豆油的分散，KH550(或KH560)的碳链还有助于增加改性环氧大豆油的柔性，进一步增加润滑剂的韧性；

(4)以硅烷偶联剂KH550改性碳纤维，使碳纤维更加均匀地分散在润滑剂中，进一步增加润滑效果和韧性，从而有利于直接进行多道次拉拔，无需在每道次拉拔前后都涂覆和清除润滑剂，剪断次数减少，报废率低。

具体实施方式

现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，包括如下步骤：

(2)熔炼：在真空条件下，按照Fe、Cr、Al、V的顺序熔炼；

(8)电热合金丝材后处理：用毛刷机对丝材表面进行清理，然后经碱洗、水洗、烘干即可。

制备实施例1-4及制备对比例1-3的各组分及其重量百分比用量详见表1。

表1

制备对比例7与制备实施例4基本相同，不同之处在于，步骤(2)按照Cr、Al、V、Y、Fe、Nb的顺序熔炼。

制备对比例8与制备实施例4基本相同，不同之处在于，步骤(2)按照Fe、Cr、Nb、Y、Al、V的顺序熔炼。

制备对比例9与制备实施例4基本相同，不同之处在于，步骤(2)按照Fe、Cr、V、Nb、Y、Al的顺序熔炼。

制备对比例10与制备实施例4基本相同，不同之处在于，步骤(2)中是将所有组分同时熔炼。

制备对比例11与制备实施例4基本相同，不同之处在于，搅拌方式为机械搅拌，未进行底部吹氩。

制备对比例12与制备实施例4基本相同，不同之处在于，停止吹氧后，未进行顶部吹氩。

以上制备实施例和制备对比例均按照下面的拉拔实施例5进行拉拔处理。

步骤(7)中对盘条进行多道次拉拔的具体步骤为：

(a)对盘条进行预处理，去除表面的氧化膜；

其中，所述步骤(b)中润滑剂的制备方法为：将高岭土、碳纤维和硅烷偶联剂水解液加入球磨机中球磨，然后依次加入聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸钠和改性环氧大豆油，继续球磨至混合均匀即可。

拉拔实施例1-6及拉拔对比例1-4的各组分及其重量份用量详见表2。

表2

拉拔对比例5与拉拔实施例5基本相同，不同之处在于，用水代替硅烷偶联剂水解液。

以上拉拔实施例和拉拔对比例均按照制备实施例4制备电热丝。

其中，硅烷偶联剂KH550改性碳纤维的方法为：取720g乙醇和80g配成醇水溶液中，将200g硅烷偶联剂加入其中，充分搅拌混合均匀，获得硅烷偶联剂水解液，将碳纤维分散于其中，搅拌或超声震荡30-60min，滤出纤维，干燥即可。

硅烷偶联剂KH560和KH570改性碳纤维的制备方法与KH550改性碳纤维的制备方法相同。

采用上述拉拔实施例1-6及拉拔对比例1-5所制备的润滑剂涂在直径为Φ7.5mm的电热丝盘条表面，然后将盘条通过加热炉使润滑剂固化，然后将盘条加热至拉拔温度(500℃，在具体实施例中，可根据具体需求加热至300-1000℃)，第一道拉拔后，电热丝直径变为Φ6mm，通过感应加热使经过第一道拉拔后的电热丝达到拉拔温度(500℃)，进行第二道拉拔，电热丝直径变为Φ4.8mm，然后再通过感应加热使经过第二道拉拔后的电热丝达到拉拔温度(500℃)，进行第三道拉拔，电热丝直径变为Φ4mm，待电热丝冷却后，润滑剂涂层破裂脱落，通过毛刷机清理未完全脱落的涂层，然后经碱洗、水洗、烘干，即完成电热丝的拉拔处理。

按照拉拔实施例5进行拉拔处理的制备实施例1-4及制备对比例1-12所制备的电热丝的力学性能见表3。

表3

拉拔实施例1-6和拉拔对比例1-5中所制备电热丝的性能测试结果见表4。

表4

其中，拉拔对比例1经第二道拉拔后润滑剂涂层损坏严重(表4中的拉拔力下降数据为拉拔对比例1第一道拉拔和第二道拉拔的平均数据)；拉拔对比例2经第一道拉拔后润滑剂涂层已出现较为严重的损坏(表4中的拉拔力下降数据为拉拔对比例2第一道拉拔的数据)；拉拔对比例3经第二道拉拔后润滑剂涂层损坏(表4中的拉拔力下降数据为拉拔对比例3第一道拉拔和第二道拉拔的平均数据)；拉拔对比例5经第二道拉拔后润滑剂涂层损坏(表4中的拉拔力下降数据为拉拔对比例5第一道拉拔和第二道拉拔的平均数据)；其余拉拔实施例或拉拔对比例的拉拔力下降数据为三道拉拔的平均数据。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）原料选择：Cr 23-26wt%、Al 4-6wt%、V 3-5wt%、Fe（碳含量≤0.02wt%）余量；

（2）熔炼：在真空条件下，按照Fe、Cr、Al、V的顺序熔炼；

（3）脱碳：从顶部吹入氧气脱碳，同时从底部吹入氩气对熔液进行搅拌，当碳含量下降至0.03wt%以下时停止吹氧，之后继续底部吹氩搅拌，并从顶部吹入氮气，处理5-20min；

（4）还原造渣：加入硅铁、石灰、萤石、铝块进行脱氧、脱硫和造渣，处理10-20min；

（5）浇铸：破真空，软搅拌，喂丝，再软搅拌，熔液浇铸成合金锭；

（6）制作盘条：在氩气保护下对合金锭进行退火处理，将退火后的合金锭锻造成坯料，然后将坯料轧制成盘条；

（7）制作电热合金丝材：在氩气保护下对盘条进行退火处理，将退火后的盘条进行多道次拉拔，得到电热合金丝材；

（8）电热合金丝材后处理：用毛刷机对丝材表面进行清理，然后经碱洗、水洗、烘干，然后在氩气保护下进行退火处理即可。

2.如权利要求1所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的原料还包括Y 0.3-0.5wt%和Nb 0.1-0.5wt%，所述步骤（2）中按照Fe、Cr、Al、V、Y、Nb的顺序熔炼。

3.如权利要求1所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中顶部吹氧的吹氧管管径≥20mm，吹氧流量为150-200m³/(min•t)。

4.如权利要求1所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）底部吹氩的吹氩流量为2-10 m³/(min•t) ，顶部吹氩的吹氩流量为150-200m³/(min•t)。

5.如权利要求1所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中退火处理的温度为900-1000℃，所述步骤（7）中退火处理的温度为700-770℃，所述步骤（8）中退火处理的温度为500-600℃。

6.如权利要求1所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中对盘条进行多道次拉拔的具体步骤为：

（a）对盘条进行预处理，去除表面的氧化膜；

（b）将预处理后的盘条涂上润滑剂，通过加热炉使润滑剂固化；

（c）将涂有润滑剂的盘条加热至拉拔温度，经过三道拉拔之后获得所需的直径；

（d）电热丝冷却后，润滑剂涂层破裂脱落，通过毛刷机清理未完全脱落的涂层，然后经碱洗、水洗、烘干即得所需的电热丝；

所述步骤（b）中的润滑剂由以下重量份的各组分组成：高岭土30-40份、碳纤维3-8份、羧甲基纤维素钠3-5份、改性环氧大豆油10-15份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、硬脂酸钠1-3份、硅烷偶联剂水解液50-60份。

7.如权利要求6所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）中润滑剂的制备方法为：将高岭土、碳纤维和硅烷偶联剂水解液加入球磨机中球磨，然后依次加入聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸钠和改性环氧大豆油，继续球磨至混合均匀即可。

8.如权利要求6所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述碳纤维为硅烷偶联剂KH550改性碳纤维。

9.如权利要求6所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂水解液是将硅烷偶联剂加入乙醇水溶液中超声震荡20min获得，所述硅烷偶联剂与乙醇水溶液的质量比为1：8-12，所述乙醇水溶液中乙醇与水的质量比为1：9。

10.如权利要求6所述的高韧性铁铬铝电热合金的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂水解液中的硅烷偶联剂为KH550或KH560中的一种或两种。