CN112813307A - 一种耐高温镍合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种耐高温镍合金及其制备方法。目前应用的大多数镍铬合金仍然存在高温强度差、使用寿命短的缺点，镍铬合金在1200℃下的普遍快速寿命为80h左右，远不能满足工业用电热元件力学性能要求。基于上述问题，本发明提供一种耐高温镍合金，通过合理的设计电热镍合金的配方，优化真空熔炼过程中的加料顺序，大大提高了电热镍合金的高温寿命和力学强度，本法所制备的耐高温镍合金具有优异的耐高温性能和较高的电阻率，其在1200℃下的快速寿命高达200h以上，其在1100℃下的高温下长期工作的使用寿命可达4000h，具有较好的应用前景。

Description

一种耐高温镍合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种耐高温镍合金及其制备方法。
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，它的最高使用温度可达1400℃。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。电热合金一般具有较高的电阻率和稳定而较小的电阻温度系数，通过电流能产生较高的热量和稳定的功率。
目前电热合金材料己成为一种重要的工程合金材料，在国民经济中占有重要的地位。随着家用电器工业的发展，各种工业电炉的广泛使用，对高阻电热合金的需求量急剧增大。目前工业上所用电热元件，要求其材料既要具有熔点高、热膨胀系数小、抗氧化性能良好和高温强度好的优良性能，又要求其具有较高的电阻率。目前应用的大多数镍铬合金仍然存在高温强度差、使用寿命短的缺点，镍铬合金在1200℃下的普遍快速寿命为80h左右，远不能满足工业用电热元件力学性能要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是：目前被广泛应用的镍铬合金ERNiCrMo-3高温强度差、使用寿命短的缺点，此镍铬合金在1200℃下的快速寿命80h左右，远不能满足工业用电热元件力学性能要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Figure BDA0002879370180000011
Figure BDA0002879370180000021
具体地，所述的耐高温镍合金，其特征在于，制备方法如下：
(1)按配比成分进行配料装入真空精炼炉中冶炼，精炼期温度控制在1500-1550℃，精炼时间1h，出钢温度1540-1580℃；
(2)电渣精炼，精炼温度控制在1520-1580℃，精炼电压45-50V，精炼电流2500-3000A；
(3)锻造，锻造温度1150-1200℃，开锻温度1160℃，终锻温度900-1000℃；
(4)热轧盘条，将锻造后的方棒进行热轧盘条，热轧温度900-1190℃，开轧温度1000℃，终轧温度为900℃；
(5)退火，退火温度900-1100℃，退火保温2小时；
(6)漂洗：将热轧盘条、退火后的坯件进行酸洗、水洗；
(7)将漂洗后的盘条挂灰烘干多道次进行拉拔→退火→拉拔，得到耐高温镍合金成品。
具体地，所述原料装入真空精炼炉中冶炼，其熔融阶段，装料顺序为：C、Cr、Ni、Si、Mo、W、Nb。
具体地，所述原料装入真空精炼炉中冶炼，其精炼期，装料顺序为：Al、Ti、B、Zr。
具体地，所述原料装入真空精炼炉中冶炼，惰性气体保护下，Ce、Mn在出钢前5min内全部加入到钢液中并充分搅拌均匀。
具体地，所述拉拔采用单车慢速进行，其线速度为8-9m/mint；
具体地，所述退火，采用光亮热处理退火，退火温度为950-1050℃；
具体地，所述漂洗，酸洗步骤中其酸液按重量份配比为：HNO3：HF：H2O＝1.5：0.8：100，酸液温度为40-60℃，酸浸时间为10-15min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所制备的耐高温镍合金具有优异的耐高温性能和较高的电阻率，其在1200℃下的快速寿命高达200h以上，其在1100℃下的高温下长期工作的使用寿命最高可达4000h，其电阻率可达1.2/μΩ·m以上；
(2)本发明合理的设计镍合金元素配方，优化真空熔炼过程中的加料顺序，大大提高了电热镍合金的高温寿命和力学强度。
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。
本发明以下实施例的耐高温镍合金，均按照以下步骤制备：
(1)按照配方量依次将C、Cr、Ni、Si、Mo、W、Nb装入真空精炼炉中熔化完全，精炼期温度控制在1500-1550℃，按照配方量依次加入Al、Ti、B、Zr，精炼时间1h，通入惰性气体，Ce、Mn在出钢前5min内全部加入到钢液中并充分搅拌均匀，出钢温度1540-1580℃；
(2)电渣精炼，精炼温度控制在1520-1580℃，精炼电压45-50V，精炼电流2500-3000A；
(3)锻造，锻造温度1150-1200℃，开锻温度1160℃，终锻温度900-1000℃；
(4)热轧盘条，将锻造后的方棒进行热轧盘条，热轧温度900-1190℃，开轧温度1000℃，终轧温度为900℃；
(5)退火，退火温度900-1100℃，退火保温2小时；
(6)漂洗：将热轧盘条、退火后的坯件进行酸洗、水洗，酸液按重量份配比为：HNO3：HF：H2O＝1.5：0.8：100，酸液温度为40-60℃，酸浸时间为10-15min；
(7)将漂洗后的盘条挂灰烘干多道次进行拉拔→退火→拉拔，得到耐高温镍合金成品；所述拉拔采用单车慢速进行，其线速度为8-9m/mint；所述退火，采用光亮热处理退火，退火温度为950-1050℃。
实施例1
耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Figure BDA0002879370180000041
实施例2
耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Figure BDA0002879370180000051
实施例3
耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Figure BDA0002879370180000052
Figure BDA0002879370180000061
实施例4
耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Figure BDA0002879370180000062
实施例5
耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Figure BDA0002879370180000071
对比例1同实施例3，不同之处在于，对比例1中原料装入真空精炼炉中冶炼，其熔融阶段，装料顺序为：C、Cr、Mo、Ni、Si、W、Nb。
对比例2同实施例3，不同之处在于，对比例2中原料装入真空精炼炉中冶炼，其精炼期，装料顺序为：Al、Zr、Ti、B。
对比例3同实施例3，不同之处在于，对比例3中原料装入真空精炼炉中冶炼，原料装入真空精炼炉中冶炼，其精炼期，装料顺序为：Al、Ti、B、Zr、Ce，只有Mn在出钢前5min内全部加入到钢液中。
对比例4同实施例3，不同之处在于，对比例4中Mo的添加量为10％。
对比例5同实施例3，不同之处在于，对比例5中Ti的添加量为5％。
对比例6同实施例3，不同之处在于，对比例6中Ti的添加量为2％。
性能测试：
(1)力学性能
实施例1-5、对比例1-6获得的直径为0.8mm的耐高温镍合金均采用CMT5305(0.5级)微机控制电子万能试验机并根据GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》测试其力学性能；
(2)实施例1-5、对比例1-6获得的直径为0.8mm的耐高温镍合金均采用寿命试验仪并根据GB/T1234-1995高电阻电热合金寿命测试其快速寿命。具体方法是：将直径为0.8mm的丝材试样呈形挂在电热合金寿命试验仪上，实验温度为1200℃，按规定条件进行2min通电、2min断电(其二者之差应不大于3s)受冷热循环累计小时数为试样的快速寿命。
具体测试结果见表1：
表1
Figure BDA0002879370180000081
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 (6)

1.一种耐高温镍合金，以质量百分含量计，包括以成分：
Cr 18-21%
W 7.5-8.5%
Mo 7.5-8.5%
Ti 2.5-3.5%
Nb 0.95-1.25%
Mn 0.4-0.6%
C ≤0.03%
Al ≤0.3%
B ≤ 0.01%
Ce ≤ 0.02%
Zr ≤ 0.05%
Si ≤0.3%
P ≤0.015%
S ≤ 0.015%
Ni 余量。
2.根据权利要求1所述的耐高温镍合金，其特征在于，制备方法如下：
（1）按配比成分进行配料装入真空精炼炉中冶炼，精炼期温度控制在1500-1550℃，精炼时间1h，出钢温度1540-1580℃；
（2）电渣精炼，精炼温度控制在1520-1580℃，精炼电压45-50V，精炼电流2500-3000A；
（3）锻造，锻造温度1150-1200℃，开锻温度1160℃，终锻温度900-1000℃；
（4）热轧盘条，将锻造后的方棒进行热轧盘条，热轧温度900-1190℃，开轧温度1000℃，终轧温度为900℃；
（5）退火，退火温度900-1100℃，退火保温2小时；
（6）漂洗：将热轧盘条、退火后的坯件进行酸洗、水洗；
（7）将漂洗后的盘条挂灰烘干多道次进行拉拔→退火→拉拔，得到耐高温镍合金成品。
3.根据权利要求2所述的耐高温镍合金，其特征在于：所述原料装入真空精炼炉中冶炼，其熔融阶段，装料顺序为：C、Cr、Ni、Si、Mo、W、Nb。
4.根据权利要求2所述的耐高温镍合金，其特征在于：所述原料装入真空精炼炉中冶炼，其精炼期，装料顺序为：Al、Ti、B、Zr。
5.根据权利要求2所述的耐高温镍合金，其特征在于：所述原料装入真空精炼炉中冶炼，惰性气体保护下，Ce、Mn在出钢前5min内全部加入到钢液中并充分搅拌均匀。
6.根据权利要求2所述的耐高温镍合金，其特征在于：
所述拉拔采用单车慢速进行，其线速度为8-9m/mint；
所述退火，采用光亮热处理退火，退火温度为950-1050℃；
所述漂洗，酸洗步骤中其酸液按重量份配比为：HNO3：HF：H2O=1.5：0.8：100，酸液温度为40-60℃，酸浸时间为10-15min。
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