CN111500897A - 一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金，其原料按照质量百分比计包括以下成分：C 0.05‑0.10%、P 0.02‑0.03%、S 0.02‑0.03%、Mn 0.20‑0.80%、Si 0.60‑1.80%、Cr 18.00‑30.00%、Ni 34.0‑60.0%、Al 0.05‑6.00%、Mo 1.20‑2.00%、Fe 0.02‑0.04%、Nb 0.01‑0.04%、Zr 0.01‑0.03%、Ba 0.02‑0.04%、Re 0.02‑0.04%、Ti 0.01‑0.03%、B 0.01‑0.03%、Ng 0.02‑0.04%、V 0.01‑0.03%、Y 0.02‑0.04%，该高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金及其加工方法，致密性好，使用温度高，使用寿命长。

Description

一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金及其加工方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体为一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金及其加工方法。
背景技术
电热合金是一种通过金属电阻产生的焦耳热使电能转换为热能的功能性电热工程合金材料，作为高温合金材料的一个重要分类，由于其具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性、较高的高温强度等综合性能，主要以丝材、带材、管材、型村等形态用于制作工作温度在500-1400℃的精密电用元件电热元件，在电子电工、军工、航空航天、汽车、家电、建筑、石油化工、冶金等领域泛应用，随着科技不断进步和经济全球化的进展，电气化已深入到世界各个角落，电热合金材料的需求量日益增大，目前已成为一种重委的工程合金材料，在国民经济中占有重要的地位；
镍基电热合金在室温高温下均为奥氏体组织，合金组织稳定，高温强度高，由于它是均匀的固溶体组织,具有较好抗氮气能力，可用于含氮气氛环境的加热，在加热精度和使用寿命要求高的环境中应用较广泛，但镍基电热合金的缺点是电阻串稍低，最高工作温度为1200，合金中含有大量的镍、铬,成本较高，化学稳定性较差尤其在含硫的环境中使用时易腐蚀失效，为了提高镍基合金的高温强度和电阻串，目前主要从镍基合金成分的设计和加工工艺方面入手例，现有的镍铬电热合金的高温强度相对较低，使用寿命短，不能够满足使用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金及其加工方法，致密性好，使用温度高，使用寿命长，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金，其原料按照质量百分比计包括以下成分：C 0.05-0.10%、P 0.02-0.03%、S 0.02-0.03%、Mn 0.20-0.80%、Si 0.60-1.80%、Cr 18.00-30.00%、Ni 34.0-60.0%、Al 0.05-6.00%、Mo1.20-2.00%、Fe 0.02-0.04%、Nb 0.01-0.04%、Zr 0.01-0.03%、Ba 0.02-0.04%、Re 0.02-0.04%、Ti 0.01-0.03%、B 0.01-0.03%、Ng 0.02-0.04%、V 0.01-0.03%、Y 0.02-0.04%。
本发明还包括一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，包括以下步骤：
1）将脱水处理后的合金组份材料A放入中频感应真空炉内进行熔炼，合金组份材料A包括元素C、P、S、Mn、Si、Cr、Al、Mo、Fe，熔炼温度为1450.00-1520.00℃，熔炼时间为15.00-25.00分钟，得到熔融合金熔体a；。
2）将脱水处理后的合金组份材料B均匀加入熔融合金熔体a中，合金组份材料B包括元素Ni、Nb、Zr、Ba、Re、Ti、B、Ng、V、Y，熔炼温度为1000.00-1200.00℃，熔炼时间为5.00-10.00分钟，得到熔融合金熔体b；
3）将熔融合金熔体b进行锻造，锻造温度800.00-900.00℃，锻造完成后，得到锻造体c,将锻造体c投入粉碎机中，制得产物为粉末d；
4）将粉末d进行热等静压-烧结-挤压工艺后最终得到镍铬电热合金产物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述合金组份材料A中的含水量低于0.04%，合金组份材料B中的含水量低于0.05%。
作为本发明的一种优选技术方案，所述中频感应真空炉的频率20.00-50.00Hz，激磁电流为 300.00-400.00A。
作为本发明的一种优选技术方案，所述粉末d的粒度为300.0-400.0目。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本镍铬电热合金中加入有Ti，可以提高合金表面氧化膜的致密性，通过加入B和Ng来净化晶界，减少氢脆和晶界裂纹萌生，通过加入V和Y来提高合金抗氧化和抗氮化能力，延长其使用寿命，同时，能够消除晶间氧化和弱化脆性，提高了合金的热稳定性、高温强度和抗蠕变能力，通过加入Zr和Ba来提高合金的最高使用温度，在加工过程中，先将合金制成粉末，然后通过热等静压工艺来制备产品，得到的合金可以完全致密化，且提高了合金的整体力学性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金，其原料按照质量百分比计包括以下成分：C0.05%、P 0.02%、S 0.02%、Mn 0.20%、Si 0.60%、Cr 18.00%、Ni 34.0-60.0%、Al 0.05%、Mo1.20%、Fe 0.02%、Nb 0.01%、Zr 0.01%、Ba 0.02%、Re 0.02%、Ti 0.01%、B 0.01%、Ng 0.02%、V 0.01%、Y 0.02%。
本发明还包括一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，包括以下步骤：
1）将脱水处理后的合金组份材料A放入中频感应真空炉内进行熔炼，合金组份材料A中的含水量低于0.04%，中频感应真空炉的频率20.00Hz，激磁电流为 300.00A，合金组份材料A包括元素C、P、S、Mn、Si、Cr、Al、Mo、Fe，熔炼温度为1450.00℃，熔炼时间为15.00分钟，得到熔融合金熔体a；。
2）将脱水处理后的合金组份材料B均匀加入熔融合金熔体a中，合金组份材料B中的含水量低于0.05%，合金组份材料B包括元素Ni、Nb、Zr、Ba、Re、Ti、B、Ng、V、Y，熔炼温度为1000.00℃，熔炼时间为5.00分钟，得到熔融合金熔体b；
3）将熔融合金熔体b进行锻造，锻造温度800.00-900.00℃，锻造完成后，得到锻造体c,将锻造体c投入粉碎机中，制得产物为粉末d，粉末d的粒度为300.0目；
4）将粉末d进行热等静压-烧结-挤压工艺后最终得到镍铬电热合金产物。
本实施例中，粉末d的粒度为300.0目，此时，该合金的致密性一般。
实施例二
一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金，其原料按照质量百分比计包括以下成分：C0.08%、P 0.02%、S 0.02%、Mn 0.40%、Si 0.8%、Cr 20.00%、Ni 40.0%、Al 0.05%、Mo 1.60%、Fe 0.03%、Nb 0.03%、Zr 0.02%、Ba 0.03%、Re 0.03%、Ti 0.02%、B 0.02%、Ng 0.03%、V %、Y0.03%。
本发明还包括一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，包括以下步骤：
1）将脱水处理后的合金组份材料A放入中频感应真空炉内进行熔炼，合金组份材料A中的含水量低于0.04%，中频感应真空炉的频率30.00Hz，激磁电流为 350.00A，合金组份材料A包括元素C、P、S、Mn、Si、Cr、Al、Mo、Fe，熔炼温度为1500.0000℃，熔炼时间为20.00分钟，得到熔融合金熔体a；。
2）将脱水处理后的合金组份材料B均匀加入熔融合金熔体a中，合金组份材料B中的含水量低于0.05%，合金组份材料B包括元素Ni、Nb、Zr、Ba、Re、Ti、B、Ng、V、Y，熔炼温度为1100.00-℃，熔炼时间为7.00分钟，得到熔融合金熔体b；
3）将熔融合金熔体b进行锻造，锻造温度850.00℃，锻造完成后，得到锻造体c,将锻造体c投入粉碎机中，制得产物为粉末d，粉末d的粒度为350.0目；
4）将粉末d进行热等静压-烧结-挤压工艺后最终得到镍铬电热合金产物。
本实施例中，粉末d的粒度为350.0目，此时，该合金的致密性有所提高。
实施例三
一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金，其原料按照质量百分比计包括以下成分：C0.10%、P 0.03%、S 0.03%、Mn 0.80%、Si 1.80%、Cr 130.00%、Ni 60.0%、Al 6.00%、Mo2.00%、Fe 0.04%、Nb 0.04%、Zr 0.03%、Ba 0.04%、Re 0.02-0.04%、Ti 0.03%、B 0.03%、Ng0.04%、V 0.03%、Y 0.04%。
本发明还包括一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，包括以下步骤：
1）将脱水处理后的合金组份材料A放入中频感应真空炉内进行熔炼，合金组份材料A中的含水量低于0.04%，中频感应真空炉的频率50.00Hz，激磁电流为400.00A，合金组份材料A包括元素C、P、S、Mn、Si、Cr、Al、Mo、Fe，熔炼温度为1520.00℃，熔炼时间为25.00分钟，得到熔融合金熔体a；。
2）将脱水处理后的合金组份材料B均匀加入熔融合金熔体a中，合金组份材料B中的含水量低于0.05%，合金组份材料B包括元素Ni、Nb、Zr、Ba、Re、Ti、B、Ng、V、Y，熔炼温度为1200.00℃，熔炼时间为10.00分钟，得到熔融合金熔体b；
3）将熔融合金熔体b进行锻造，锻造温度900.00℃，锻造完成后，得到锻造体c,将锻造体c投入粉碎机中，制得产物为粉末d，粉末d的粒度为400.0目；
4）将粉末d进行热等静压-烧结-挤压工艺后最终得到镍铬电热合金产物。
本实施例中，粉末d的粒度为400.0目，此时，该合金的致密化好，整体强度高。
本发明中加入有Ti，可以提高合金表面氧化膜的致密性，通过加入B和Ng来净化晶界，减少氢脆和晶界裂纹萌生，通过加入V和Y来提高合金抗氧化和抗氮化能力，延长其使用寿命，同时，能够消除晶间氧化和弱化脆性，提高了合金的热稳定性、高温强度和抗蠕变能力，通过加入Zr和Ba来提高合金的最高使用温度，在加工过程中，先将合金制成粉末，然后通过热等静压工艺来制备产品，得到的合金可以完全致密化，且提高了合金的整体力学性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金，其特征在于：其原料按照质量百分比计包括以下成分：C 0.05-0.10%、P 0.02-0.03%、S 0.02-0.03%、Mn 0.20-0.80%、Si 0.60-1.80%、Cr 18.00-30.00%、Ni 34.0-60.0%、Al 0.05-6.00%、Mo 1.20-2.00%、Fe 0.02-0.04%、Nb0.01-0.04%、Zr 0.01-0.03%、Ba 0.02-0.04%、Re 0.02-0.04%、Ti 0.01-0.03%、B 0.01-0.03%、Ng 0.02-0.04%、V 0.01-0.03%、Y 0.02-0.04%。
2.一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将脱水处理后的合金组份材料A放入中频感应真空炉内进行熔炼，合金组份材料A包括元素C、P、S、Mn、Si、Cr、Al、Mo、Fe，熔炼温度为1450.00-1520.00℃，熔炼时间为15.00-25.00分钟，得到熔融合金熔体a；
2）将脱水处理后的合金组份材料B均匀加入熔融合金熔体a中，合金组份材料B包括元素Ni、Nb、Zr、Ba、Re、Ti、B、Ng、V、Y，熔炼温度为1000.00-1200.00℃，熔炼时间为5.00-10.00分钟，得到熔融合金熔体b；
3）将熔融合金熔体b进行锻造，锻造温度800.00-900.00℃，锻造完成后，得到锻造体c,将锻造体c投入粉碎机中，制得产物为粉末d；
4）将粉末d进行热等静压-烧结-挤压工艺后最终得到镍铬电热合金产物。
3.根据权利要求2中所述的一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，其特征在于：所述合金组份材料A中的含水量低于0.04%，合金组份材料B中的含水量低于0.05%。
4.根据权利要求2中所述的一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，其特征在于：所述中频感应真空炉的频率20.00-50.00Hz，激磁电流为 300.00-400.00A。
5.根据权利要求2中所述的一种高强度抗氧化耐腐镍铬电热合金的加工方法，其特征在于：所述粉末d的粒度为300.0-400.0目。
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