CN111057937A - 一种电热合金铁铬铝丝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电热合金铁铬铝丝材及其制备方法，包括如下步骤：S1中频冶炼；S2电渣重熔（精炼）；S3锻造；S4热轧；S5退火；S6拉丝及中间退火。使用本发明技术能够制得力学性能优良，抗氧化性能好且使用寿命长的铁铬铝丝材，其可广泛应用于电子器件、车辆部件等各个领域。

Description

一种电热合金铁铬铝丝材及其制备方法
技术领域
本发明涉及电热合金制备技术领域，特别是涉及一种电热合金铁铬铝丝材及其制备方法。
背景技术
随着我国工业技术的飞速发展，冶金、电子、机械工业及金属热处理部门对电热合金的要求越来越高。电热合金是指利用金属的电阻特性制作发热体的电阻合金，包括镍铬系和铁铬铝系两类合金，其适用于在950～1400℃温度范围内工作的电加热元件，通常被用于工业电炉、实验室电炉和家用电器等的领域。
铁铬铝合金相较于同类电热合金具有电阻率系数大，电阻温度系数小，功率稳定，使用温度高，耐热性较好，比重小，在功率、电压和电热元件截面尺寸相同的条件下，其用量比其他合金少，价格低廉等优点。但铁铬铝合金仍有存在不足，如高温强度低，容易产生蠕变变形；脆性大，塑性和韧性比较差，加工性能差；经高温使用后，晶粒长大变脆，温度越高，时间越长，冷却后脆化越严重，且这种变化是不可逆的。工业电炉的发展迫切需要开发改进现有技术生产的铁铬铝电热合金，提高其加工性能及抗氧化能力，提高电热合金的使用寿命，获得综合性能优越的铁铬铝合金。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，其为经济型无镍，含有稀土、Si、及Cu等加工性能优良，抗氧化能力好，使用寿命长的铁铬铝丝材，其可广泛应用于电子器件、车辆部件等各个领域。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种电热合金铁铬铝丝材，按重量百分含量计，所述电热合金铁铬铝丝材中各成分组成如下：
C：≤0.06%；Si：≤0.50%；Mn：≤0.50%；P：≤0.025%；S：≤0.020%；Cr：23.0%～26.0%；Al：4.5%～6.5%；Ti：0.05%～0.15%；（La+Ce）：0.10%～0.40%；余量为Fe。
进一步地，电热合金铁铬铝丝材为0Cr25AL5。
进一步地，一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1中频冶炼：将合金原材料按照既定的重量比例精准配料，将除Al、（La+Ce）及Ti以外的其他原材料投入中频冶炼炉中进行熔炼得到钢水。
S2电渣重熔（精炼）：将渣料投入所述钢水内进行脱氧造渣，所述渣料用量占所述钢水量的3%～4%，所述渣料为石灰与萤石，精炼温度1600℃～1650℃；加入Al进行脱氧，5分钟后测所述中频冶炼炉的炉温，调节炉温至1650℃~1680℃，停留2min~3min，利用钢水高温降碳，将（La+Ce）放在所述钢水出口处出钢时冲入钢包中，将Ti加入所述钢包中出钢，吹氩2min~5min搅拌均匀，浇铸电极棒带帽口，补缩充分，得到合金铸锭。
S3锻造：将所述合金铸锭红转装炉锻造得到合金棒，锻造加热温度为1180℃～1280℃。
S4热轧：所述合金棒经热轧得到盘条，热轧温度为1180℃～1280℃，热轧软线规格为Ø7.2或Ø8-9mm。
S5退火：对所述盘条进行退火处理。
S6拉丝及中间退火：对退火后的所述盘条经多次拉丝及中间退火后得到所述电热合金铁铬铝丝材。
更进一步地，所述S6中，退火后的所述盘条在拉丝机上进行多次冷拉丝，每当变形量达25%时进行一次中间退火。
本发明的一种电热合金镍铬丝材中成分设计的原理在于：
C：碳元素在合金中和铬会形成碳化铬化合物，这种化合物在合金凝固过程中会在晶界处集中析出，易造成应力集中，形成裂纹源，大大降低合金的塑性，但这种化合物在一定程度上有助于提高合金的高温强度和电阻率。因此，将其含量设置为≤0.06%。
Si：硅的作用在于其能够促进合金的抗氧化性。硅和氧形成二氧化硅，分布于氧化铬和基体的界面上，能够阻止氧原子向机体内扩散，而且能增加氧化膜的致密性，但硅含量较高时会使合金的延展性变差。因此，将其含量设置为≤0.50%。
Mn：锰与硅的作用相似，能起到脱氧作用，但锰含量能提高合金的强度，但也会降低钢的塑性。因此，将其含量设置为≤0.50%。
P、S：为两种致命的有害元素，很难溶解到合金中，它们能与镍和铬生成低熔点和共晶化合物，随着合金的凝固，从晶界处析出并聚集在晶界上，使晶界变得脆化，影响了合金的塑性和热强性。因此，将其含量分别设置为P≤0.025%；S≤0.020%。
Cr：在该电热合金中，铬元素在合金高温抗氧化性能、高温强度和电阻率方面发挥作用。在该高温合金表面，铬会和氧气发生反应形成一层致密的，与基体粘着力很强的氧化铬氧化薄膜，能很好的阻止氧原子和其他腐蚀气体扩散到机体内部，确保电热元件在高温下长期使用；且随着铬含量的增加，电阻率不断增加。因此，将其含量设置为23.0～26.0%。
Al：起到脱氧剂的作用，当向合金内添加适量的铝时，能够提高合金在高温时的抗氧化性，但超过一定数值时会降低合金强度和塑性。因此，将其含量设置为4.5～6.5%。
Ti：钛起到脱氧剂的作用，也为铁素体形成元素，与C具有很强的化合作用，能形成稳定的Ti的碳氮化物，并能细化铁素体不锈钢的晶粒，提高钢的韧性、成型性能和耐晶间腐蚀性能。因此，将其含量设置为0.05～0.15%。
（La+Ce）：在合金中加入稀土元素，能改善氧化薄膜的致密性，从而提高合金的高温抗氧化性能；当该高温合金中加入适量的稀土元素时，稀土元素能与合金中的S等元素形成稀土化合物，有效地降低了有害杂质元素的含量，使其能够均匀地弥散于合金中；同时加入稀土元素能抑制合金晶粒长大，使晶粒趋向细化，减少裂纹的发生，从而提高合金的高温和室温的塑性和强度。因此，将其含量设置为0.10～0.40%。
Fe：铁为该铁素体电热合金的母体，其自身特性起主导作用。
本发明具有如下有益效果：本发明原料成分中未添加镍元素，采用添加稀土元素（La+Ce）的方法来改变表面绝缘层的组成及结构，降低氧化进程，延长了合金的使用寿命；增强高温强度、高温抗氧化能力和介质耐腐蚀能力，还获得更好的加工性能；通过优化各元素组成，有效地提高了铁铬铝丝材的韧性、抗拉强度及抗氧化性；其工艺流程合理，产品性能稳定，适合于大规模工业化生产。
具体实施方式
为使对本发明的目的及其功能有进一步地了解，兹配合实施例详细说明如下。
实施例1
一种电热合金铁铬铝丝材，按重量百分含量计，电热合金铁铬铝丝材中各成分组成如下：
C：0.045%；Si：0.17%；Mn：0.50%；P：0.02%；S：0.015%；Cr：24.0%；Al：5.5%；Ti：0.10%；（La+Ce）：0.10%；余量为Fe。
进一步地，电热合金铁铬铝丝材为0Cr25AL5。
进一步地，一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，包括如下步骤：
S1中频冶炼：将合金原材料按照既定的重量比例精准配料，将除Al、（La+Ce）及Ti以外的其他原材料投入中频冶炼炉中进行熔炼得到钢水。
S2电渣重熔（精炼）：将渣料投入钢水内进行脱氧造渣，渣料用量占钢水量的3%，渣料为石灰与萤石，精炼温度1620℃；加入Al进行脱氧，5分钟后测中频冶炼炉的炉温，调节炉温至1660℃，停留3min，利用钢水高温降碳，将（La+Ce）放在钢水出口处出钢时冲入钢包中，将Ti加入钢包中出钢，吹氩5min搅拌均匀，浇铸电极棒带帽口，补缩充分，得到合金铸锭。
S3锻造：将合金铸锭红转装炉锻造得到合金棒，锻造加热温度为1220℃。
S4热轧：合金棒经热轧得到盘条，热轧温度为1220℃，热轧软线规格为Ø7.2或Ø8-9mm。
S5退火：对盘条进行退火处理。
S6拉丝及中间退火：对退火后的盘条经多次拉丝及中间退火后得到电热合金铁铬铝丝材。
更进一步地，S6中，退火后的所述盘条在拉丝机上进行多次冷拉丝，每当变形量达25%时进行一次中间退火。
对制得的铁铬铝丝材作性能检测，其室温电阻率为1.72μΩ·m，；抗拉强度为985MPa；延伸率为20%；其氧化膜形态平整，与合金基体不存在掉落现象；其在1300℃下的快速寿命值为135h，明显高于GB/T13300-1991高电阻电热合金快速寿命试验方法所规定的80h标准。
实施例2
一种电热合金铁铬铝丝材，按重量百分含量计，电热合金铁铬铝丝材中各成分组成如下：
C：0.035%；Si：0.20%；Mn：0.45%；P：0.015%；S：0.013%；Cr：23.65%；Al：6.0%；Ti：0.10%；（La+Ce）：0.30%；余量为Fe。
进一步地，电热合金铁铬铝丝材为0Cr25AL5。
进一步地，一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，包括如下步骤：
S1中频冶炼：将合金原材料按照既定的重量比例精准配料，将除Al、（La+Ce）及Ti以外的其他原材料投入中频冶炼炉中进行熔炼得到钢水。
S2电渣重熔（精炼）：将渣料投入钢水内进行脱氧造渣，渣料用量占钢水量的3%，渣料为石灰与萤石，精炼温度1620℃；加入Al进行脱氧，5分钟后测中频冶炼炉的炉温，调节炉温至1660℃，停留3min，利用钢水高温降碳，将（La+Ce）放在钢水出口处出钢时冲入钢包中，将Ti加入钢包中出钢，吹氩5min搅拌均匀，浇铸电极棒带帽口，补缩充分，得到合金铸锭。
S3锻造：将合金铸锭红转装炉锻造得到合金棒，锻造加热温度为1220℃。
S4热轧：合金棒经热轧得到盘条，热轧温度为1220℃，热轧软线规格为Ø7.2或Ø8-9mm。
S5退火：对盘条进行退火处理。
S6拉丝及中间退火：对退火后的盘条经多次拉丝及中间退火后得到电热合金铁铬铝丝材。
更进一步地，S6中，退火后的所述盘条在拉丝机上进行多次冷拉丝，每当变形量达25%时进行一次中间退火。
对制得的铁铬铝丝材作性能检测，其室温电阻率为2.32μΩ·m，；抗拉强度为1010MPa；延伸率为23%；其氧化膜形态平整，与合金基体不存在掉落现象；其在1300℃下的快速寿命值为187h，明显高于GB/T13300-1991高电阻电热合金快速寿命试验方法所规定的80h标准。
实施例3
一种电热合金铁铬铝丝材，按重量百分含量计，电热合金铁铬铝丝材中各成分组成如下：
C：0.035%；Si：0.40%；Mn：0.250%；P：0.015%；S：0.016%；Cr：23%；Al：4.0%；Ti：0.10%；（La+Ce）：0.40%；余量为Fe。
进一步地，电热合金铁铬铝丝材为0Cr25AL5。
进一步地，一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，包括如下步骤：
S1中频冶炼：将合金原材料按照既定的重量比例精准配料，将除Al、（La+Ce）及Ti以外的其他原材料投入中频冶炼炉中进行熔炼得到钢水。
S2电渣重熔（精炼）：将渣料投入钢水内进行脱氧造渣，渣料用量占钢水量的3%，渣料为石灰与萤石，精炼温度1620℃；加入Al进行脱氧，5分钟后测中频冶炼炉的炉温，调节炉温至1660℃，停留3min，利用钢水高温降碳，将（La+Ce）放在钢水出口处出钢时冲入钢包中，将Ti加入钢包中出钢，吹氩5min搅拌均匀，浇铸电极棒带帽口，补缩充分，得到合金铸锭。
S3锻造：将合金铸锭红转装炉锻造得到合金棒，锻造加热温度为1220℃。
S4热轧：合金棒经热轧得到盘条，热轧温度为1220℃，热轧软线规格为Ø7.2或Ø8-9mm。
S5退火：对盘条进行退火处理。
S6拉丝及中间退火：对退火后的盘条经多次拉丝及中间退火后得到电热合金铁铬铝丝材。
更进一步地，S6中，退火后的所述盘条在拉丝机上进行多次冷拉丝，每当变形量达25%时进行一次中间退火。
对制得的铁铬铝丝材作性能检测，其室温电阻率为1.80μΩ·m，；抗拉强度为1006MPa；延伸率为18%；其氧化膜形态平整，与合金基体不存在掉落现象；其在1300℃下的快速寿命值为142h，明显高于GB/T13300-1991高电阻电热合金快速寿命试验方法所规定的80h标准。
本发明原料成分中未添加镍元素，采用添加稀土元素（La+Ce）的方法来改变表面绝缘层的组成及结构，降低氧化进程，延长了合金的使用寿命；增强高温强度、高温抗氧化能力和介质耐腐蚀能力，还获得更好的加工性能；通过优化各元素组成，有效地提高了铁铬铝丝材的韧性、抗拉强度及抗氧化性；其工艺流程合理，产品性能稳定，适合于大规模工业化生产。
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。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)

1.一种电热合金铁铬铝丝材，其特征在于，按重量百分含量计，所述电热合金铁铬铝丝材中各成分组成如下：
C：≤0.06%；Si：≤0.50%；Mn：≤0.50%；P：≤0.025%；S：≤0.020%；Cr：23.0%～26.0%；Al：4.5%～6.5%；Ti：0.05%～0.15%；（La+Ce）：0.10%～0.40%；余量为Fe。
2.如权利要求1所述的一种电热合金铁铬铝丝材，其特征在于所述电热合金铁铬铝丝材为0Cr25AL5。
3.如权利要求1-2任意一项所述的一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1中频冶炼：将合金原材料按照既定的重量比例精准配料，将除Al、（La+Ce）及Ti以外的其他原材料投入中频冶炼炉中进行熔炼得到钢水；
S2电渣重熔（精炼）：将渣料投入所述钢水内进行造渣，所述渣料用量占所述钢水量的3%～4%，所述渣料为石灰与萤石，精炼温度1600℃～1650℃；加入Al进行脱氧，5分钟后测所述中频冶炼炉的炉温，调节炉温至1650℃~1680℃，停留2min~3min，利用所述钢水的高温降碳，将（La+Ce）放在所述钢水出口处出钢时冲入钢包中，将Ti加入所述钢包中出钢，吹氩2min~5min搅拌均匀，浇铸电极棒带帽口，补缩充分，得到合金铸锭；
S3锻造：将所述合金铸锭红转装炉锻造得到合金棒，锻造加热温度为1180℃～1280℃；
S4热轧：所述合金棒经热轧得到盘条，热轧温度为1180℃～1280℃，热轧软线规格为Ø7.2或Ø8-9mm；
S5退火：对所述盘条进行退火处理；
S6拉丝及中间退火：对退火后的所述盘条经多次拉丝及中间退火后得到所述电热合金铁铬铝丝材。
4.如权利要求3所述的一种电热合金铁铬铝丝材的制备方法，其特征在于，所述S6中，退火后的所述盘条在拉丝机上进行多次冷拉丝，每当变形量达25%时进行一次中间退火。
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