CN114990454B - 一种Fe-Cr-Si系合金及其制备方法 - Google Patents

一种Fe-Cr-Si系合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Fe‑Cr‑Si系合金，按重量份计，其制备原料包括以下组分：Fe 73‑75份、Cr 20份、Si 2份、Ni 2‑4份、C 1份；所述Fe‑Cr‑Si系合金的制备方法，包括以下步骤：（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料充分混合；（2）电弧熔炼：将充分混合后的制备原料放入电弧炉中的水冷铜坩埚内，将电弧炉密封抽真空，充入氩气洗炉，再抽至真空度为9E‑3 Pa，于1580‑1620℃电弧熔炼3‑4min，翻转熔炼5次及以上，得到Fe‑Cr‑Si系合金。本发明制得的Fe‑Cr‑Si系合金具有优良的耐腐蚀性、硬度，有效拓展了Fe‑Cr‑Si系合金的应用范围。

Description

一种Fe-Cr-Si系合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金生产精炼技术领域，更具体地说，涉及一种Fe-Cr-Si系合金及其制备方法。
背景技术
在冶金、化工、石油、矿山机械等领域中，大量在腐蚀、高温、磨损和重载等严酷条件下工作的关键金属构件，恶劣的侵蚀氧化等联合工况的严重制约了其使用寿命，造成的严重的损失以及降低了经济效益。
研究和开发新型耐蚀抗氧化的合金材料以提高现有金属构件的耐腐蚀性能具有重要的科学意义和工程价值。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提出一种Fe-Cr-Si系合金及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种Fe-Cr-Si系合金，按重量份计，其制备原料包括以下组分：Fe 73-75份、Cr 20份、Si 2份、Ni 2-4份、C 1份；
所述Fe-Cr-Si系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料充分混合；
（2）电弧熔炼：将充分混合后的制备原料放入电弧炉中的水冷铜坩埚内，将电弧炉密封抽真空，充入氩气洗炉，再抽至真空度为9E-3 Pa，于1580-1620℃电弧熔炼3-4min，翻转熔炼5次及以上，得到Fe-Cr-Si系合金。
电弧熔炼环境具有高真空度，可以避免合金熔炼过程中被氧化。熔炼合金时，能够在电弧枪和被熔物料表面之间产生电弧，迅速将坩埚内物料加热熔化。坩埚采用水冷铜坩埚的方式进行冷却，高含量的铬固溶到γ-Fe中随合金快速冷却，对合金产生了固溶强化的作用。电弧熔炼法制备的合金质量较小，冷却速度快，因此组织比较均匀。
根据以上方案，所述洗炉工艺为将电熔炉抽至真空度小于2.0E1 Pa，然后充入氩气至真空度为-0.08MPa~-0.06MPa进行洗炉。通过洗炉将残留在电弧炉中的金属和炉渣清出炉内，防止对成品造成污染。
根据以上方案，在步骤（2）的电弧熔炼过程中开启电磁搅拌器。电弧熔炼工艺搭配电磁搅拌功能，保证合金熔炼时的均匀性，从而能够有利于提高力学性能及耐腐蚀性。
根据以上方案，所述电弧熔炼所采用的熔炼电极为非自耗钨电极。采用非自耗钨电极可以避免因电极熔化而导致材料污染问题。
根据以上方案，所述制备原料均为块状固体。通过采用块状固体为制备原料，使得熔炼阶段易起弧且起弧时无粉末飞溅情况，可以保证熔炼出合金块在成分上没有缺失，熔炼出具有良好的强韧性、无片状剥落物的铁基合金材料。
根据以上方案，在步骤（1）称取制备原料前，将制备原料置于烧杯中，加入无水乙醇，超声震荡清洗20min，清洗后进行干燥。
根据以上方案，所述干燥工艺为：置于真空干燥箱中干燥，干燥温度140℃，真空度2.0Pa，干燥时间60min。
本发明的有益效果在于：
本发明在Fe-Cr-Si系合金中添加较多量的铬，采用电弧熔炼工艺将高含量的铬固溶到γ-Fe中随合金快速冷却，对合金产生了固溶强化的作用，有利于提高所得合金的硬度及耐腐蚀性。
附图说明
图1是实施例1-3所得Fe-Cr-Si系合金的低倍OM图；
图2是实施例1-3所得Fe-Cr-Si系合金的高倍OM图；
图3是实施例1-3所得Fe-Cr-Si系合金的XRD衍射结果。
其中，a是实施例1所得Fe-Cr-Si系合金；b实施例2所得Fe-Cr-Si系合金；c是实施例3所得Fe-Cr-Si系合金。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本发明所述Fe-Cr-Si系合金，按重量份计，其制备原料包括以下组分：Fe 75份、Cr20份、Si 2份、Ni 2份、C 1份；
所述Fe-Cr-Si系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料充分混合；
（2）电弧熔炼：将充分混合后的制备原料放入电弧炉中的水冷铜坩埚内，将电弧炉密封抽真空，充入氩气洗炉，再抽至真空度为9E-3 Pa，于1580℃电弧熔炼4min，翻转熔炼5次，得到Fe-Cr-Si系合金。
进一步地说，所述洗炉工艺为将电熔炉抽至真空度小于2.0E1 Pa，然后充入氩气至真空度为-0.08MPa进行洗炉。
进一步地说，在步骤（2）的电弧熔炼过程中开启电磁搅拌器。
进一步地说，所述电弧熔炼所采用的熔炼电极为非自耗钨电极。
进一步地说，所述制备原料均为块状固体。
进一步地说，在步骤（1）称取制备原料前，将制备原料置于烧杯中，加入无水乙醇，超声震荡清洗20min，清洗后进行干燥。
进一步地说，所述干燥工艺为：置于真空干燥箱中干燥，干燥温度140℃，真空度2.0Pa，干燥时间60min。
实施例2
本发明所述Fe-Cr-Si系合金，按重量份计，其制备原料包括以下组分：Fe 74份、Cr20份、Si 2份、Ni 3份、C 1份；
所述Fe-Cr-Si系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料充分混合；
（2）电弧熔炼：将充分混合后的制备原料放入电弧炉中的水冷铜坩埚内，将电弧炉密封抽真空，充入氩气洗炉，再抽至真空度为9E-3 Pa，于1600℃电弧熔炼3.5min，翻转熔炼6次，得到Fe-Cr-Si系合金。
进一步地说，所述洗炉工艺为将电熔炉抽至真空度小于2.0E1 Pa，然后充入氩气至真空度为-0.07MPa进行洗炉。
进一步地说，在步骤（2）的电弧熔炼过程中开启电磁搅拌器。
进一步地说，所述电弧熔炼所采用的熔炼电极为非自耗钨电极。
进一步地说，所述制备原料均为块状固体。
进一步地说，在步骤（1）称取制备原料前，将制备原料置于烧杯中，加入无水乙醇，超声震荡清洗20min，清洗后进行干燥。
进一步地说，所述干燥工艺为：置于真空干燥箱中干燥，干燥温度140℃，真空度2.0Pa，干燥时间60min。
实施例3
本发明所述Fe-Cr-Si系合金，按重量份计，其制备原料包括以下组分：Fe 73份、Cr20份、Si 2份、Ni 4份、C 1份；
所述Fe-Cr-Si系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料充分混合；
（2）电弧熔炼：将充分混合后的制备原料放入电弧炉中的水冷铜坩埚内，将电弧炉密封抽真空，充入氩气洗炉，再抽至真空度为9E-3 Pa，于1620℃电弧熔炼3min，翻转熔炼7次，得到Fe-Cr-Si系合金。
进一步地说，所述洗炉工艺为将电熔炉抽至真空度小于2.0E1 Pa，然后充入氩气至真空度为0.06MPa进行洗炉。
进一步地说，在步骤（2）的电弧熔炼过程中开启电磁搅拌器。
进一步地说，所述电弧熔炼所采用的熔炼电极为非自耗钨电极。
进一步地说，所述制备原料均为块状固体。
进一步地说，在步骤（1）称取制备原料前，将制备原料置于烧杯中，加入无水乙醇，超声震荡清洗20min，清洗后进行干燥。
进一步地说，所述干燥工艺为：置于真空干燥箱中干燥，干燥温度140℃，真空度2.0Pa，干燥时间60min。
实施例1-3所得Fe-Cr-Si系合金的性能和组织测试：
1、利用FALCON 511型显微维氏硬度测试仪对实施例1-3所得合金进行硬度测试，结果如下表1所示。
表1
实施例 1 2 3
硬度（HV） 290 370 350
2、分别截取实施例1-3所得合金的截面观察金相组织，用王水（HCl：HNO3=3:1）作为金相侵蚀剂，利用Leica DmirmMW-550型光学显微镜观察显微组织，结果如附图1所示。从附图1-2可见，本发明所得合金均具有良好的质量，无气孔、裂纹等明显缺陷，具有优良的耐腐蚀性，且合金主要由树枝晶和枝晶间基体组成。
3、利用Smartlab-9KW型X射线衍射仪进行物相分析，结果如下图3所示，实施例1-3所得合金物相组成均为γ-Fe和α-Fe。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种Fe-Cr-Si系合金，其特征在于，按重量份计，其制备原料由块状固体组分构成：Fe 73-75份、Cr 20份、Si 2份、Ni 2-4份、C 1份；
所述Fe-Cr-Si系合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料充分混合；
步骤（1）中，称取制备原料前，将制备原料置于烧杯中，加入无水乙醇，超声震荡清洗20min，清洗后进行干燥；
所述干燥工艺为：置于真空干燥箱中干燥，干燥温度140℃，真空度2.0Pa，干燥时间60min；
（2）电弧熔炼：将充分混合后的制备原料放入电弧炉中的水冷铜坩埚内，将电弧炉密封抽真空，充入氩气洗炉，再抽至真空度为9E-3 Pa，熔炼温度为1580-1620℃，开启电磁搅拌器电弧熔炼3-4min，翻转熔炼5次及以上，得到Fe-Cr-Si系合金；
步骤（2）中，氩气洗炉过程为：将电弧炉抽至真空度小于2.0E1 Pa，然后充入氩气至真空度为-0.08MPa~-0.06MPa进行洗炉；
步骤（2）中，电弧熔炼所采用的熔炼电极为非自耗钨电极。
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