CN110527856B - 一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镍带材加工技术领域，具体涉及一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法。本发明在精炼过程中添加脱氧剂，并将纯镍与纯钇真空熔铸成镍钇合金方坯，在空气中预热后进行热轧，表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物，经氢气还原退火后生成Ni/Y2O3，冷轧成带材，镍钇合金方坯在空气中预热时表面生成纳米氧化钇，可提高表面硬度、基体强度及抗高温氧化能力，在热/冷轧加工过程中可提高板带材表面光洁度和表面精度，由于氧化钇颗粒尺寸为纳米级，含量很少（质量分数＜0.2%），对镍材的导热导电性能影响很小。制得的镍合金带材能够同时提高镍带材的强度、硬度和表面质量，以满足目前对高表面质量镍合金带材的市场需求。

Description

一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法
技术领域
本发明属于镍材加工技术领域，具体涉及一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法。
背景技术
纯镍拥有优良的机械特性，在多种不同环境中均有较高的抗蚀功能，还拥有磁致伸缩性及磁性、高传热性、高导电性、低气体量及低蒸气压力等特点，具有良好的点焊性能，拉伸张力高，电阻率低，主要用于制造镍氢电池、锂电池、组合电池与电动工具、通讯信息、特种灯泡等行业。
镍带材经完全再结晶热处理后，表现为强度低，运输制作过程中易变形，成为深加工一大难题。同时，在镍材轧制加工过程中，会出现加热温度偏高，表面出现严重氧化问题，加上表面硬度低，在轧制加工过程中造成镍带材表面质量下降，导致次品率提高，严重影响企业经济效益。目前有报道通过微量合金元素固溶强化来提高镍带强度和硬度，改善表面质量，但效果甚微。铸锭内部的缺陷包括缩孔、疏松、气孔、夹杂、裂纹、晶粒粗大等，这些缺陷对产品质量的影响十分严重，是造成加工时分层、轧裂、起皮、张嘴等废品的根源，往往造成大量成品的报废，熔铸工艺条件是决定熔铸质量的关键因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法。本发明在精炼过程中添加脱氧剂，并将纯镍与纯钇真空熔铸成镍钇合金方坯，在空气中预热后进行热轧，表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物，经氢气还原退火后生成Ni/Y2O3，冷轧成带材，制得的镍合金带材能够同时提高镍带材的机械强度、硬度和表面质量，以满足目前对高表面质量镍合金带材的市场需求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，其特征在于，该镍合金带材制备方法具有以下特征：
一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，包括以下步骤：
（1）镍钇合金方坯制备：将纯镍和纯钇金属原料在真空度为(2～3)×10-2Pa和温度为1430～1453℃的真空感应熔炼炉中熔化至熔液并沸腾精炼1~2分钟，精炼后调整真空感应熔炼炉的温度至1200～1250℃，添加脱氧剂，精炼8~12分钟，其后将合金熔液浇注在金属型模具中凝固成合金方坯，合金中钇的质量分数为0.02%~0.1%；
（2）方坯预热：将上述合金方坯在空气加热炉中预热，加热温度为800~1200℃，在合金表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物；
（3）热轧：将上述预热方坯进行多道次热轧，轧成所需厚度的板材；
（4）还原退火：将热轧板材在氢气还原炉中加热，还原温度为400~800℃，使板材表面形成高硬度的纳米Y2O3弥散强化镍薄层；
（5）冷轧：将还原退火后的板材进行冷轧加工成高表面质量高强度金属带材。
步骤（1）中所述真空感应熔炼炉的熔化期适当延长，延长的范围为45～50分钟。
步骤（1）中熔液浇注前充入少量惰性气体，并进行带电浇注，浇注过程先快后慢。
所述脱氧剂与纯镍的质量比为0.31%~0.45%，其中脱氧剂是碳、钛、铝、镍镁合金和稀土金属的混合物。
按重量分数计，所述脱氧剂中包括7.92%~16.44%的碳、6.93%~15.07%的钛、12.87%~24.66%的铝、29.70%~54.79%的镍镁合金、14.85%~27.40%的稀土金属。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明将纯镍与纯钇真空熔铸成镍钇合金方坯，镍钇合金方坯在空气中预热后进行热轧，表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物，经氢气还原退火后生成Ni/Y2O3，冷轧成带材，镍钇合金方坯在空气中预热时表面生成纳米氧化钇，可提高表面硬度、基体强度及抗高温氧化能力，在热/冷轧制加工过程中可提高板带材表面光洁度和表面精度，主要表现在以下方面：
（1）本发明通过在镍板材中形成高硬度纳米氧化钇弥散强化镍，提高了表面硬度，有利于在轧制加工过程中提高表面光洁度和表面精度，从而提高成品率。
（2）纳米氧化钇的弥散强化作用使镍带材具有优异的抗氧化能力，提高了基材的力学性能，对导电导热等性能影响不大。由于氧化钇颗粒尺寸为纳米级，含量很少（质量分数＜0.2%），因此对镍材的导热导电性能影响很小。
（3）精炼期新型脱氧剂的添加脱氧、去气和杂质去除的效果更好，铸件组织的致密性得到提高，进一步提高了镍带材的机械强度和硬度。
（4）浇铸前充入少量惰性气体，既能防止浇铸飞溅，又能吸出浇铸时缸液流内的杂气，真空下的缸水具有更高的液体流动性，因此铸锭变得更加密实，能够浇铸出符合品质要求的坯锭，为后续生产提供合格的坯锭。
下面通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1
一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，包括以下步骤
（1）镍钇合金方坯制备：将纯镍和纯钇金属原料在真空度为2×10-2Pa和温度为1453℃的真空感应熔炼炉中熔化至熔液并沸腾精炼1分钟，精炼后调整真空感应熔炼炉的温度至1250℃，添加脱氧剂，精炼10分钟，其后将合金熔液浇注在金属型模具中凝固成合金方坯，合金中钇的质量分数为0.02%；
（2）方坯预热：将上述合金方坯在空气加热炉中预热，加热温度为800℃，在合金表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物；
（3）热轧：将上述预热方坯进行多道次热轧，轧成所需厚度的板材；
（4）还原退火：将热轧板材在氢气还原炉中加热，还原温度为400℃，使板材表面形成高硬度的纳米Y2O3弥散强化镍薄层；
（5）冷轧：将还原退火后的板材进行冷轧加工成高表面质量高强度金属带材，带材抗拉强度提高了26%。
步骤（1）中所述真空感应熔炼炉的熔化期适当延长，延长的范围为45分钟。
步骤（1）中熔液浇注前充入少量高纯氩气，并进行带电浇注，浇注过程先快后慢，细流补缩。
所述脱氧剂与纯镍的质量比为0.31%，其中脱氧剂是碳、钛、铝、镍镁合金和稀土金属的混合物。
按重量分数计，所述脱氧剂中包括80克碳、70克钛、130克铝、300克镍镁合金、150克稀土金属镧。
实施例2
一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，包括以下步骤：
（1）镍钇合金方坯制备：将纯镍和纯钇金属原料在真空度为2×10-2Pa和温度为1430℃的真空感应熔炼炉中熔化至熔液并沸腾精炼2分钟，精炼后调整真空感应熔炼炉的温度至1200℃，添加脱氧剂，精炼10分钟，其后将合金熔液浇注在金属型模具中凝固成合金方坯，合金中钇的质量分数为0.06%；
（2）方坯预热：将上述合金方坯在空气加热炉中预热，加热温度为900℃，在合金表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物；
（3）热轧：将上述预热方坯进行多道次热轧，轧成所需厚度的板材；
（4）还原退火：将热轧板材在氢气还原炉中加热，还原温度为500℃，使板材表面形成高硬度的纳米Y2O3弥散强化镍薄层；
（5）冷轧：将还原退火后的板材进行冷轧加工成高表面质量高强度金属带材，带材抗拉强度提高了42%；
步骤（1）中所述真空感应熔炼炉的熔化期适当延长，延长的范围为45分钟。
步骤（1）中熔液浇注前充入少量高纯氩气，并进行带电浇注，浇注过程先快后慢，细流补缩。
所述脱氧剂与纯镍的质量比为0.38%，其中脱氧剂是碳、钛、铝、镍镁合金和稀土金属的混合物。
按重量分数计，所述脱氧剂中包括100克碳、100克钛、150克铝、350克镍镁合金、180克稀土金属铈。
实施例3
一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，包括以下步骤：
（1）镍钇合金方坯制备：将纯镍和纯钇金属原料在真空度为3×10-2Pa和温度为1430℃的真空感应熔炼炉中熔化至熔液并沸腾精炼1分钟，精炼后调整真空感应熔炼炉的温度至1200℃，添加脱氧剂，精炼10分钟，其后将合金熔液浇注在金属型模具中凝固成合金方坯，合金中钇的质量分数为0.08%；
（2）方坯预热：将上述合金方坯在空气加热炉中预热，加热温度为1100℃，在合金表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物；
（3）热轧：将上述预热方坯进行多道次热轧，轧成所需厚度的板材；
（4）还原退火：将热轧板材在氢气还原炉中加热，还原温度为700℃，使板材表面形成高硬度的纳米Y2O3弥散强化镍薄层；
（5）冷轧：将还原退火后的板材进行冷轧加工成高表面质量高强度金属带材，带材抗拉强度提高了58%。
步骤（1）中所述真空感应熔炼炉的熔化期适当延长，延长的范围为50分钟。
步骤（1）中熔液浇注前充入少量高纯氩气，并进行带电浇注，浇注过程先快后慢，细流补缩。
所述脱氧剂与纯镍的质量比为0.45%，其中脱氧剂是碳、钛、铝、镍镁合金和稀土金属的混合物。
按重量分数计，所述脱氧剂中包括120克碳、110克钛、180克铝、400克镍镁合金、200克稀土金属镧。
实施例4
一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，包括以下步骤：
（1）镍钇合金方坯制备：将纯镍和纯钇金属原料在真空度为3×10-2Pa和温度为1440℃的真空感应熔炼炉中熔化至熔液并沸腾精炼2分钟，精炼后调整真空感应熔炼炉的温度至1230℃，添加脱氧剂，精炼10分钟，其后将合金熔液浇注在金属型模具中凝固成合金方坯，合金中钇的质量分数为0.1%；
（2）方坯预热：将上述合金方坯在空气加热炉中预热，加热温度为1200℃，在合金表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物；
（3）热轧：将上述预热方坯进行多道次热轧，轧成所需厚度的板材；
（4）还原退火：将热轧板材在氢气还原炉中加热，还原温度为800℃，使板材表面形成高硬度的纳米Y2O3弥散强化镍薄层；
（5）冷轧：将还原退火后的板材进行冷轧加工成高表面质量高强度金属带材，带材抗拉强度提高了79%。
步骤（1）中所述真空感应熔炼炉的熔化期适当延长，延长的范围为50分钟。
步骤（1）中熔液浇注前充入少量高纯氮气，并进行带电浇注，浇注过程先快后慢，细流补缩。
所述脱氧剂与纯镍的质量比为0.38%，其中脱氧剂是碳、钛、铝、镍镁合金和稀土金属的混合物。
按重量分数计，所述脱氧剂中包括100克碳、100克钛、150克铝、350克镍镁合金、180克稀土金属铈。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）镍钇合金方坯制备：将纯镍和纯钇金属原料在真空度为 (2～3)×10-2 Pa和温度为1430～1453℃的真空感应熔炼炉中熔化至熔液并沸腾精炼1~2分钟，精炼后调整真空感应熔炼炉的温度至1200～1250℃，添加脱氧剂，精炼8~12分钟，其后将合金熔液浇注在金属型模具中凝固成合金方坯，合金中钇的质量分数为0.02%~0.1%；
（2）方坯预热：将上述合金方坯在空气加热炉中预热，加热温度为800~1200℃，在合金表面生成Ni2O3/Y2O3复合氧化物；
（3）热轧：将上述预热方坯进行多道次热轧，轧成所需厚度的板材；
（4）还原退火：将热轧板材在氢气还原炉中加热，还原温度为400~800℃，使板材表面形成高硬度的纳米Y2O3弥散强化镍薄层；
（5）冷轧：将还原退火后的板材进行冷轧加工成高表面质量高强度金属带材；
按重量分数计，所述脱氧剂中包括7.92%~16.44%的碳、6.93%~15.07%的钛、12.87%~24.66%的铝、29.70%~54.79%的镍镁合金和14.85%~27.40%的稀土金属。
2.根据权利要求1所述的高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述真空感应熔炼炉的熔化期适当延长，延长的范围为45～50分钟。
3.根据权利要求1所述的高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中熔液浇注前充入少量惰性气体，并进行带电浇注，浇注过程先快后慢。
4.根据权利要求1所述的高表面质量、高强度镍合金带材的制备方法，其特征在于，所述脱氧剂与纯镍的质量比为0.31%~0.45%。
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Denomination of invention: A Preparation Method for High Surface Quality and High Strength Nickel Alloy Strip

Granted publication date: 20210430

Pledgee: Wuxi Xishan sub branch of Bank of China Ltd.

Pledgor: WUXI TOYON NEW MATERIALS CO.,LTD.

Registration number: Y2024980010816

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