CN112575249A - 一种电热合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电热合金材料，化学成分按质量百分比为：C：≤0.08%，Si：1.0‑3.0%，Mn：≤1.0%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Cr：18.0‑21.0%，Ni：30.0‑34.0%，Al：≤0.40%，Ti：0.20‑0.50%，稀土元素：≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素包括La和Ce。本发明的电热合金材料的制备方法包括原料准备、中频冶炼、电渣重熔、热轧和钢丝拉拔的步骤；本发明对电热合金材料的成分及制备工艺进行优化设计，单件成品重量可达500kg以上，能够提高成材率，降低制造成本，缩短生产周期，成品具有良好的综合性能，应用于各种电加热元件中，使用寿命延长。

Description

一种电热合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种电热合金材料及其制备方法。
背景技术
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Ni-Cr系和Fe-Cr-Al系两类合金，广泛用于各种工业电炉、实验室电炉和家用电器的电加热元件。传统电热合金生产工艺成材率低，单件产品质量小，一般为100kg左右，产品生产周期长，制造成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电热合金材料及其制备方法，提高成材率，降低制造成本，缩短生产周期。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电热合金材料，化学成分按质量百分比为：C：≤0.08%，Si：1.0-3.0%，Mn：≤1.0%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Cr：18.0-21.0%，Ni：30.0-34.0%，Al：≤0.40%，Ti：0.20-0.50%，稀土元素：≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述稀土元素包括La和Ce。
优选地，所述电热合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.06%，Si：2.80%，Mn：0.80%，P：0.015%，S：0.010%，Cr：21.0%，Ni：33.8%，Al：0.32%，Ti：0.35%，La+Ce：0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供一种电热合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：原料准备：按照设计成分配比原辅材料，原辅材料烘烤后使用；同钢种返回料配入量≤30%，其余采用新料；
步骤S2：中频冶炼：空气湿度≤55%，原料装炉，装炉顺序：返回料-镍板-铬铁-硅铁-电解锰，熔炼过程中加渣覆盖，禁止钢水裸露；造渣、合金化、二次换渣，精炼温度1500-1520℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟；出钢前3-5分钟向钢包加入脱氧剂，出钢温度1560-1580℃，出钢清扫干净炉台，钢包烘烤750℃暗红，出钢时吹氩后镇静30秒浇注，充分补缩，浇注260kg电极，确保帽口线以下无缩孔；
步骤S3：电渣重熔：电渣重熔前切除电极两端缩孔，修磨去除电极表面缺陷；电渣重熔渣系配比：Al2O3：CaF2 =30：70，渣料烘烤后使用，电压50V，电流4000-5500A，电渣后期充分补缩，确保无缩孔；电渣重熔形成规格为550kg的方锭，空冷；
步骤S4：热轧：热轧温度1150-1180℃，保温120分钟；热轧规格Φ5.5mm软线盘条，空冷后盘条单件重量500kg；盘条经碱浸酸白后清洗干净，确保表面无黑斑、氧化皮；
步骤S5：钢丝拉拔：采用高速连拔机组直线拉丝生产，拉拔道次Φ5.5mm-Φ4.5mm-Φ4.5mm-Φ3.6mm-Φ3.0mm-Φ2.6mm-Φ2.2mm-Φ1.8mm*退火-Φ1.2mm-Φ1.1mm-Φ0.9mm-Φ0.8mm-Φ0.7mm-Φ0.6mm-Φ0.50mm；氢气保护退火，退火温度为1100℃。
优选地，所述步骤S1中，铬铁、硅铁在400℃烘烤不少于2小时，镍板在400℃烘烤不少于6小时，电解锰在200℃烘烤大于2小时。
优选地，所述步骤S2中，造渣过程使用的造渣材料为石灰：萤石=60:40，现取现用，造渣材料加入量为每吨钢水加入30-40kg。
优选地，所述步骤S2中，脱氧剂包括：硅钙、Ni-Mg合金以及稀土材料，每吨钢水中硅钙加入量为3kg，Ni-Mg合金加入量为1.5kg，稀土材料加入量2kg。
优选地，所述脱氧剂还包括金属钙，每吨钢水中金属钙的加入量为2kg。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明对电热合金材料的成分及制备工艺进行优化设计，单件成品重量可达500kg以上，能够提高成材率，降低制造成本，缩短生产周期，成品具有良好的综合性能，应用于各种电加热元件中，使用寿命延长。
附图说明
图1为本发明的一种电热合金材料的制备方法的流程图。
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。
本发明的一种电热合金材料，化学成分按质量百分比为：C：≤0.08%，Si：1.0-3.0%，Mn：≤1.0%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Cr：18.0-21.0%，Ni：30.0-34.0%，Al：≤0.40%，Ti：0.20-0.50%，稀土元素：≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素包括La和Ce。采用本发明设计成分配比的电热合金材料，具有良好的综合性能，熔点大于1395℃，密度7.90-8.10g/cm3，在20℃的电阻率为1.00-1.10μΩ·m，延伸率≥20%，应用于各种电加热元件中，可延长使用寿命。
本发明还提供一种电热合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：原料准备：按照设计成分配比原辅材料，原辅材料烘烤后使用；同钢种返回料配入量≤30%，其余采用新料；其中，铬铁、硅铁需在400℃烘烤不少于2小时，镍板需在400℃烘烤不少于6小时，电解锰需在200℃烘烤大于2小时。原料经过烘烤，在冶炼过程中能够更好地合金化，提高合金纯度，优化合金的金相结构。
步骤S2：中频冶炼：空气湿度≤55%，原料装炉，装炉顺序：返回料-镍板-铬铁-硅铁-电解锰，熔炼过程中加渣覆盖，禁止钢水裸露；造渣、合金化、二次换渣，精炼温度1500-1520℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟；出钢前3-5分钟向钢包加入脱氧剂，出钢温度1560-1580℃，出钢清扫干净炉台，钢包烘烤750℃暗红，出钢时吹氩后镇静30秒浇注，充分补缩，浇注260kg电极，确保帽口线以下无缩孔。
其中，造渣过程使用的造渣材料为石灰：萤石=60:40，现取现用，造渣材料加入量为每吨钢水加入30-40kg；脱氧剂包括：硅钙、Ni-Mg合金、金属钙以及稀土材料，每吨钢水中硅钙加入量为3kg，Ni-Mg合金加入量为1.5kg，金属钙加入量为2kg，稀土材料加入量2kg。脱氧剂的加入，能够实现更好的脱气效果，提高合金纯度，提升合金的综合性能。
步骤S3：电渣重熔：电渣重熔前切除电极两端缩孔，修磨去除电极表面缺陷；电渣重熔渣系配比：Al2O3：CaF2 =30：70，渣料烘烤后使用，电压50V，电流4000-5500A，电渣后期充分补缩，确保无缩孔；电渣重熔形成规格为550kg的方锭，空冷。
步骤S4：热轧：热轧温度1150-1180℃，保温120分钟；热轧规格Φ5.5mm软线盘条，空冷后盘条单件重量500kg；盘条经碱浸酸白后清洗干净，确保表面无黑斑、氧化皮。
步骤S5：钢丝拉拔：采用高速连拔机组直线拉丝生产，拉拔道次Φ5.5mm-Φ4.5mm-Φ4.5mm-Φ3.6mm-Φ3.0mm-Φ2.6mm-Φ2.2mm-Φ1.8mm*退火-Φ1.2mm-Φ1.1mm-Φ0.9mm-Φ0.8mm-Φ0.7mm-Φ0.6mm-Φ0.50mm；氢气保护退火，退火温度为1100℃。
采用本发明制备的电热合金材料盘条，单件质量可达500kg，提高了成材率，缩短了生产周期，降低了制造成本。
实施例1：
本发明实施例1的一种电热合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.06%，Si：2.80%，Mn：0.80%，P：0.015%，S：0.010%，Cr：21.0%，Ni：33.8%，Al：0.32%，Ti：0.35%，La+Ce：0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明实施例1的一种电热合金材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1：原料准备：按照设计成分配比原辅材料，原辅材料烘烤后使用；同钢种返回料配入量≤30%，其余采用新料；其中，铬铁、硅铁需在400℃烘烤不少于2小时，镍板需在400℃烘烤不少于6小时，电解锰需在200℃烘烤大于2小时。
步骤S2：中频冶炼：空气湿度≤55%，原料装炉，装炉顺序：返回料-镍板-铬铁-硅铁-电解锰，熔炼过程中加渣覆盖，禁止钢水裸露；造渣、合金化、二次换渣，精炼温度1500-1520℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟；出钢前3-5分钟向钢包加入脱氧剂，出钢温度1560-1580℃，出钢清扫干净炉台，钢包烘烤750℃暗红，出钢时吹氩后镇静30秒浇注，充分补缩，浇注260kg电极，确保帽口线以下无缩孔。
其中，造渣过程使用的造渣材料为石灰：萤石=60:40，现取现用，造渣材料加入量为每吨钢水加入30-40kg；脱氧剂包括：硅钙、Ni-Mg合金、金属钙以及稀土材料，每吨钢水中硅钙加入量为3kg，Ni-Mg合金加入量为1.5kg，金属钙加入量为2kg，稀土材料加入量2kg。
步骤S3：电渣重熔：电渣重熔前切除电极两端缩孔，修磨去除电极表面缺陷；电渣重熔渣系配比：Al2O3：CaF2 =30：70，渣料烘烤后使用，电压50V，电流4000-5500A，电渣后期充分补缩，确保无缩孔；电渣重熔形成规格为550kg的方锭，空冷。
步骤S4：热轧：热轧温度1150-1180℃，保温120分钟；热轧规格Φ5.5mm软线盘条，空冷后盘条单件重量500kg；盘条经碱浸酸白后清洗干净，确保表面无黑斑、氧化皮。
步骤S5：钢丝拉拔：采用高速连拔机组直线拉丝生产，拉拔道次Φ5.5mm-Φ4.5mm-Φ4.5mm-Φ3.6mm-Φ3.0mm-Φ2.6mm-Φ2.2mm-Φ1.8mm*退火-Φ1.2mm-Φ1.1mm-Φ0.9mm-Φ0.8mm-Φ0.7mm-Φ0.6mm-Φ0.50mm；氢气保护退火，退火温度为1100℃。
实施例2：
本发明实施例2的一种电热合金材料的化学成分按质量百分比为：C：0.07%，Si：2.60%，Mn：0.80%，P：0.015%，S：0.008%，Cr：20.4%，Ni：32.6%，Al：0.35%，Ti：0.45%，La+Ce：0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明实施例2的一种电热合金材料的制备方法包括以下步骤：
步骤S1：原料准备：按照设计成分配比原辅材料，原辅材料烘烤后使用；同钢种返回料配入量≤30%，其余采用新料；其中，铬铁、硅铁需在400℃烘烤不少于2小时，镍板需在400℃烘烤不少于6小时，电解锰需在200℃烘烤大于2小时。
步骤S2：中频冶炼：空气湿度≤55%，原料装炉，装炉顺序：返回料-镍板-铬铁-硅铁-电解锰，熔炼过程中加渣覆盖，禁止钢水裸露；造渣、合金化、二次换渣，精炼温度1500-1520℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟；出钢前3-5分钟向钢包加入脱氧剂，出钢温度1560-1580℃，出钢清扫干净炉台，钢包烘烤750℃暗红，出钢时吹氩后镇静30秒浇注，充分补缩，浇注260kg电极，确保帽口线以下无缩孔。
其中，造渣过程使用的造渣材料为石灰：萤石=60:40，现取现用，造渣材料加入量为每吨钢水加入30-40kg；脱氧剂包括：硅钙、Ni-Mg合金、金属钙以及稀土材料，每吨钢水中硅钙加入量为3kg，Ni-Mg合金加入量为1.5kg，金属钙加入量为2kg，稀土材料加入量2kg。
步骤S3：电渣重熔：电渣重熔前切除电极两端缩孔，修磨去除电极表面缺陷；电渣重熔渣系配比：Al2O3：CaF2 =30：70，渣料烘烤后使用，电压50V，电流4000-5500A，电渣后期充分补缩，确保无缩孔；电渣重熔形成规格为550kg的方锭，空冷。
步骤S4：热轧：热轧温度1150-1180℃，保温120分钟；热轧规格Φ5.5mm软线盘条，空冷后盘条单件重量500kg；盘条经碱浸酸白后清洗干净，确保表面无黑斑、氧化皮。
步骤S5：钢丝拉拔：采用高速连拔机组直线拉丝生产，拉拔道次Φ5.5mm-Φ4.5mm-Φ4.5mm-Φ3.6mm-Φ3.0mm-Φ2.6mm-Φ2.2mm-Φ1.8mm*退火-Φ1.2mm-Φ1.1mm-Φ0.9mm-Φ0.8mm-Φ0.7mm-Φ0.6mm-Φ0.50mm；氢气保护退火，退火温度为1100℃。
综上所述，本发明对电热合金材料的成分及制备工艺进行优化设计，单件成品重量可达500kg以上，能够提高成材率，降低制造成本，缩短生产周期，成品具有良好的综合性能，应用于各种电加热元件中，使用寿命延长。
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 (8)

1.一种电热合金材料，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：≤0.08%，Si：1.0-3.0%，Mn：≤1.0%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Cr：18.0-21.0%，Ni：30.0-34.0%，Al：≤0.40%，Ti：0.20-0.50%，稀土元素：≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的电热合金材料，其特征在于：所述稀土元素包括La和Ce。
3.如权利要求2所述的电热合金材料，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.06%，Si：2.80%，Mn：0.80%，P：0.015%，S：0.010%，Cr：21.0%，Ni：33.8%，Al：0.32%，Ti：0.35%，La+Ce：0.15%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.一种电热合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：原料准备：按照设计成分配比原辅材料，原辅材料烘烤后使用；同钢种返回料配入量≤30%，其余采用新料；
步骤S2：中频冶炼：空气湿度≤55%，原料装炉，装炉顺序：返回料-镍板-铬铁-硅铁-电解锰，熔炼过程中加渣覆盖，禁止钢水裸露；造渣、合金化、二次换渣，精炼温度1500-1520℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟；出钢前3-5分钟向钢包加入脱氧剂，出钢温度1560-1580℃，出钢清扫干净炉台，钢包烘烤750℃暗红，出钢时吹氩后镇静30秒浇注，充分补缩，浇注260kg电极，确保帽口线以下无缩孔；
步骤S3：电渣重熔：电渣重熔前切除电极两端缩孔，修磨去除电极表面缺陷；电渣重熔渣系配比：Al2O3：CaF2 =30：70，渣料烘烤后使用，电压50V，电流4000-5500A，电渣后期充分补缩，确保无缩孔；电渣重熔形成规格为550kg的方锭，空冷；
步骤S4：热轧：热轧温度1150-1180℃，保温120分钟；热轧规格Φ5.5mm软线盘条，空冷后盘条单件重量500kg；盘条经碱浸酸白后清洗干净，确保表面无黑斑、氧化皮；
步骤S5：钢丝拉拔：采用高速连拔机组直线拉丝生产，拉拔道次Φ5.5mm-Φ4.5mm-Φ4.5mm-Φ3.6mm-Φ3.0mm-Φ2.6mm-Φ2.2mm-Φ1.8mm*退火-Φ1.2mm-Φ1.1mm-Φ0.9mm-Φ0.8mm-Φ0.7mm-Φ0.6mm-Φ0.50mm；氢气保护退火，退火温度为1100℃。
5.如权利要求4所述的电热合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，铬铁、硅铁在400℃烘烤不少于2小时，镍板在400℃烘烤不少于6小时，电解锰在200℃烘烤大于2小时。
6.如权利要求4所述的电热合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，造渣过程使用的造渣材料为石灰：萤石=60:40，现取现用，造渣材料加入量为每吨钢水加入30-40kg。
7.如权利要求4所述的电热合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，脱氧剂包括：硅钙、Ni-Mg合金以及稀土材料，每吨钢水中硅钙加入量为3kg，Ni-Mg合金加入量为1.5kg，稀土材料加入量2kg。
8.如权利要求7所述的电热合金材料的制备方法，其特征在于：所述脱氧剂还包括金属钙，每吨钢水中金属钙的加入量为2kg。
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