CN116891955A - 一种Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ni‑Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，属于金属材料加工领域。方法包括以下步骤：对Ni‑Cr电热合金热轧盘条进行软化退火处理；对经过软化退火处理的热轧盘条进行表面处理，表面处理分两步进行，首先进行浸碱处理，然后再进行喷砂处理；对经过喷砂处理的热轧盘条进行表面涂层处理；对经过表面涂层处理的热轧盘条进行冷拉拔加工，得到Ni‑Cr电热合金钢丝；对Ni‑Cr电热合金钢丝进行固溶热处理，冷却后得到成品Ni‑Cr电热合金钢丝，固溶热处理温度为1000~1050℃，固溶热处理时间为1~3h。本发明采用“软化退火处理+表面处理+表面涂层处理+冷拉拔加工+固溶热处理”的先进热加工方法制备出了高品质Ni‑Cr电热合金冷拉线材产品。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法。
背景技术
电热合金是一种利用材料电阻产生焦耳热使电能转换为热能的功能性合金材料，按照化学成分可分为Ni-Cr系、Ni-Cr-Fe系和Fe-Cr-Al系合金三大类。其中，Ni-Cr系电热合金是一种常用的中温高稳定性的电热合金，其使用温度主要在800-1200℃，具有高温强度高、无高温脆性、电阻性能稳定等诸多优点，常用于制备大功率工业电炉或高端精密装备用加热器件。
由于Ni-Cr系电热合金需要长期在高温条件下服役，其主要失效形式为氧化失效。产品的表面质量能直接影响其氧化层渗透的速率，进而影响其使用寿命。目前，电热合金产品通常只对表面折叠、裂纹、重皮以及凹陷等明显表面缺陷缺项进行了要求，而并未关注到材料的晶粒结构及其均匀性对材料使用寿命的影响。长期的实际应用表明，材料表层的晶粒结构的均匀性对材料使用寿命具有较大的影响。为了进一步提高电热合金的加工成型性能和使用性能，在制造最终形态产品前，需要进一步提升Ni-Cr电热合金热轧盘条的塑性、消除其组织不均匀性。因此，Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷变形工艺及其热处理方法的突破具有极为重要的作用。
鉴于此，现有技术有待改进。
发明内容
本发明的主要目的是针对现有生产技术的不足，提供一种Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，所述方法可以显著提高Ni-Cr电热合金热轧盘条的塑性，消除其组织不均匀性，提高后续电热元件加工过程中可成型性能，提高产品稳定性，进而显著提升Ni-Cr电热合金产品的使用性能，满足大功率工业电炉及高端精密装备用加热元器件的制备要求。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
根据本发明，提供了一种Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其包括以下步骤：
步骤1：对Ni-Cr电热合金热轧盘条进行软化退火处理，软化退火处理温度为1040~1140℃，保温时间为1~3h；
步骤2：对经过软化退火处理的热轧盘条进行表面处理，表面处理分两步进行，首先进行浸碱处理，然后再进行喷砂处理；
步骤3：对经过喷砂处理的热轧盘条进行表面涂层处理；
步骤4：对经过表面涂层处理的热轧盘条进行多道次冷拉拔加工，得到拉拔达到成品规格的钢丝；
步骤5：对拉拔达到成品规格的钢丝进行固溶热处理，冷却后得到成品Ni-Cr电热合金钢丝，固溶热处理温度为1000~1050℃，固溶热处理时间为1~3h。
根据本发明的一些实施例，步骤1中，软化退火处理温度和保温时间根据热轧盘条的规格进行选择。
根据本发明的一些实施例，步骤1中，当热轧盘条的直径φ≤10mm时，软化退火处理温度为1040~1120℃，保温时间为1~2h；当热轧盘条的直径φ＞10mm时，软化退火处理温度为1060~1140℃，保温时间为2~3h。
根据本发明的一些实施例，步骤1中，软化退火处理过程中采用分段式加热方式。
根据本发明的一些实施例，步骤1中，软化退火处理过程中采用两段式加热方式：第一阶段加热速率不高于200℃/h，加热温度控制在800~880℃之间，保温0.5h；第二阶段加热速率不高于150℃/h，继续升温至目标温度进行保温。
根据本发明的一些实施例，步骤2中，浸碱处理使用的碱性溶液为NaOH溶液、KMnO4溶液、KOH溶液中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，步骤2中，浸碱处理时碱性溶液温度为60~80℃，浸碱处理时间为1~3h。
根据本发明的一些实施例，步骤2中，喷砂处理采用粒度小于80目的精制石英砂进行，喷砂处理至热轧盘条表面光亮且无明显毛刺即可。
根据本发明的一些实施例，步骤3中，表面涂层处理包括在经过喷砂处理的Ni-Cr电热合金热轧盘条表面形成有机树脂涂层。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，在冷拉拔加工过程中，使用润滑剂。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，拉拔直径d≥1mm的钢丝采用固体润滑剂。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，根据拉拔的钢丝规格选择不同的拉丝设备。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，拉拔直径d≥5mm的钢丝时，选用单道次拉丝机；拉拔直径d＜5mm的钢丝时，选用连续拉拔机组。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，拉拔过程中，第一道次采用道次压缩率8%以下的小变形；第二道次采用道次压缩率30%以上的大变形；后续中间道次采用道次压缩率平均分配，平均道次压缩率设置在12~18%范围内，最后道次采用道次压缩率8%以下的小变形，拉拔速度控制在1~2m/s。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，拉拔过程中，根据总压缩率确定是否进行中间退火处理，中间退火处理温度为750~850℃，退火时间为1~2h。
根据本发明的一些实施例，步骤4中，拉拔过程中，总压缩率在50%以下的，不用中间退火处理；总压缩率超过50%时，进行中间退火处理。
根据本发明的一些实施例，步骤5中，固溶热处理温度和固溶热处理时间根据成品Ni-Cr电热合金钢丝的规格进行选择。
根据本发明的一些实施例，步骤5中，当成品Ni-Cr电热合金钢丝的直径d≥4mm时，固溶热处理温度为1020~1050℃，固溶热处理时间为1.5~3h；当成品Ni-Cr电热合金钢丝的直径d＜4mm时，固溶热处理温度为1000~1030℃，固溶热处理时间为1~2h。
根据本发明的一些实施例，步骤5中，固溶热处理热后采用气淬方式进行冷却。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果中的至少一项：
本发明采用“软化退火处理+表面处理+表面涂层处理+冷拉拔加工+固溶热处理”的先进热加工方法制备出了高品质Ni-Cr电热合金冷拉线材产品。所提供的方法及关键控制工艺能够有效降低冷加工过程中Ni-Cr电热合金材料断裂的风险，同时能够进一步提升Ni-Cr电热合金热轧盘条的塑性，消除其组织不均匀性，进而显著改善Ni-Cr电热合金线材产品表面质量及钢丝材料整体的晶粒均匀性，提升Ni-Cr电热合金冷拉线材产品使用寿命。
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，下面结合具体实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据需要，本发明说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应当理解在此公开的实施例仅为可通过多种、可替代形式实施的本发明的示例。在下文的描述中，在构想的多个实施例中描述了多个操作参数和部件。这些具体的参数和部件在本说明书中仅作为示例而并不意味着限定。
根据本发明，提供了一种Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其包括以下步骤：
步骤1：对Ni-Cr电热合金热轧盘条进行软化退火处理，软化退火处理温度为1040~1140℃，保温时间为1~3h；
步骤2：对经过软化退火处理的热轧盘条进行表面处理，表面处理分两步进行，首先进行浸碱处理，然后再进行喷砂处理；
步骤3：对经过喷砂处理的热轧盘条进行表面涂层处理；
步骤4：对经过表面涂层处理的热轧盘条进行多道次冷拉拔加工，得到拉拔达到成品规格的钢丝；
步骤5：对拉拔达到成品规格的钢丝进行固溶热处理，冷却后得到成品Ni-Cr电热合金钢丝，固溶热处理温度为1000~1050℃，固溶热处理时间为1~3h。
本发明中提及的Ni-Cr电热合金热轧盘条可以是采用真空感应熔炼（或电炉+炉外精炼）+电渣重熔+锻造开坯+热轧工艺制备的Ni-Cr电热合金热轧盘条。当然，本发明的方法不对Ni-Cr电热合金热轧盘条的制备工艺进行限制，Ni-Cr电热合金热轧盘条可以采用不同于上述工艺的其他工艺制备而成。
本发明中提及的Ni-Cr电热合金热轧盘条可以是Cr20Ni80或Cr30Ni70系列电热合金热轧盘条。当然，本发明的方法不对Ni-Cr电热合金热轧盘条的具体型号进行限制，Ni-Cr电热合金热轧盘条可以是不同于上述型号的其他型号的Ni-Cr电热合金热轧盘条。
在一些实施例中，为方便后续冷加工同时保障产品质量，Ni-Cr电热合金热轧盘条的尺寸应是成品材尺寸1.5倍以上；成品材直径不大于4mm时，热轧盘条的尺寸应是成品材尺寸1.8倍以上。
在本发明的步骤1中，对Ni-Cr电热合金热轧盘条进行软化退火处理，原因是：Ni-Cr系列电热合金热轧生成的盘条通常具有较高的形变储能，即具有较高的强度和较低的塑性，不能直接进行冷加工，需进行软化退火处理来进一步提升其塑性，防止在冷加工过程中发生材料断裂的风险。
在本发明的步骤1中，软化退火处理温度具体可以设置为1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃或其间的任何值，保温时间具体可以设置为1h、1.5h、2h、2.5h、3h或其间的任何值。
在本发明的步骤1中，软化退火处理过程中，需根据热轧盘条的规格选择不同的退火工艺，例如，选择不同的软化退火处理温度和保温时间，以便于达到更充分的软化效果。其中，热轧盘条的规格包括热轧盘条的直径，当热轧盘条的直径大于某一阈值时，相比于热轧盘条的直径不大于该阈值的情况，相应的软化退火处理温度有所提高，相应的保温时间有所延长。在一些实施例中，热轧盘条直径φ≤10mm时，选用软化退火处理温度为1040~1120℃之间，保温时间为1~2h；热轧盘条直径φ＞10mm时，选用退火处理温度为1060~1140℃之间，保温时间为2~3h。
在本发明的步骤1中，由于加热保温过程中盘条表面会不可避免地产生氧化层，为使表面氧化层均匀，降低后工序表面处理难度及去除量，应对软化退火处理过程中的加热过程进行分段设置，即软化退火处理采用分段式加热方式。例如，可以采用两段式加热方式，设置中间温度保温，以保障盘条在升温过程中充分的均温，降低内外部温差，第二阶段升温速率较第一阶段略微降低，以便于在高温阶段形成的氧化膜更为均匀。在一些实施例中，第一阶段加热速率不高于200℃/h，加热温度控制在800~880℃之间，保温0.5h；第二阶段加热速率不高于150℃/h，继续升温至目标温度进行保温。保温完成后空冷。
在本发明的步骤2中，对经过软化退火处理的Ni-Cr电热合金热轧盘条进行表面处理以清除其表面的氧化膜。经过软化退火处理的Ni-Cr电热合金盘条会形成一层氧化膜，主要成分为Cr2O3和NiO，氧化膜必须在冷加工前清除干净，否则会在冷加工过程中严重损伤盘条表面质量。由于Ni-Cr电热合金盘条表面氧化层与基体连接较为紧密，为达到良好的清除效果，表面处理需分两步进行，即首先进行浸碱处理，然后再进行喷砂处理。浸碱处理的主要目的是为了使氧化层变疏松，以提高喷砂处理的质量。浸碱处理过程是将电热合金盘条浸入碱性溶液，使碱性溶液中的组分与氧化层进行反应。常用的碱性溶液组分为：NaOH（40~80g/L）、KMnO4（30~60g/L）、 KOH（10~30g/L）、其余为水。在一些实施例中，为进一步提高浸碱处理的效果，可将碱性溶液升温至60~80℃，浸碱处理时间控制在1~3h。具体地，碱性溶液温度可以设置为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或其间的任何值，浸碱处理时间可以设置为1h、1.5h、2h、2.5h、3h或其间的任何值。
在本发明的步骤2中，将浸碱处理后的Ni-Cr电热合金盘条晾干后进行喷砂处理。喷砂处理是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂）高速喷射到Ni-Cr电热合金盘条表面，使Ni-Cr电热合金盘条表面的外表或形状发生变化。在一些实施例中，喷砂处理采用粒度小于80目的精制石英砂进行，喷砂处理至盘表表面光亮且无明显毛刺即可。
在本发明的步骤3中，对经过喷砂处理的Ni-Cr电热合金热轧盘条进行表面涂层处理，涂层能作为润滑剂的载体，将润滑剂带入拉丝模具，进而有效降低拉丝过程中的摩擦力，提高拉拔后盘条的表面质量。在一些实施例中，经过喷砂处理后的Ni-Cr电热合金盘条选用有机树脂涂层处理，采用市面成品钢丝拉拔用有机树脂涂层材料，采用三氯乙烯或三氯乙烷溶剂与有机树脂进行(1~2):1比例的稀释，将喷砂后的Ni-Cr电热合金盘条在稀释后的溶液中浸涂后，自然晾干后即可进行冷加工。
在本发明的步骤4中，对经过表面涂层处理的Ni-Cr电热合金热轧盘条进行冷拉拔加工，在冷拉拔加工过程中，即将盘条冷拉拔成不同规格钢丝的过程中，应使用润滑剂。在一些实施例中，拉拔直径d≥1mm的钢丝，可采用固体润滑剂，其主成分为硬脂酸钠或硬脂酸钙，添加石墨和云母等添加剂组成。
在本发明的步骤4中，根据拉拔的钢丝规格选择不同的拉丝设备，以便于在保障拉拔质量的同时提高拉拔加工效率。拉拔的钢丝规格包括拉拔钢丝的直径，在拉拔钢丝的直径大于某一阈值时，选用单道次拉丝机，在拉拔钢丝的直径不大于该阈值时，采用连续拉拔机组。例如，在一些实施例中，拉拔直径d≥5mm的钢丝时，可采用单道次拉丝机生产；拉拔直径d＜5mm的钢丝，可采用连续拉拔机组生产。
在本发明的步骤4中，拉拔过程中，采用了特殊的拉拔道次设计：第一道次采用相对较小的道次压缩率，以保证钢丝表面形成良好的润滑层；第二道次采用相对较大的道次压缩率，以使钢丝内部能充分变形，提升材料拉拔质量；后续中间道次可采用道次压缩率平均分配；最后道次采用相对较小的道次压缩率，以保证成品具有良好的表面质量。在一些实施例中，拉拔过程中，第一道次采用道次压缩率8%以下的小变形，以保证钢丝表面形成良好的润滑层；第二道次采用道次压缩率30%以上的大变形，使得钢丝内部能充分变形，提升材料拉拔质量；中间道次可采用道次压缩率平均分配，平均道次压缩率可设置在12~18%范围，最后道次采用道次压缩率8%以下的小变形，以保证成品具有良好的表面质量，拉拔速度控制在1~2 m/s。其中，道次压缩率Q=（拉拔前钢丝横截面积F0-拉拔后钢丝横截面积F1）/拉拔前钢丝横截面积F0*100%。
在本发明的步骤4中，拉拔过程中，可以根据总压缩率确定是否需要进行中间退火处理。在一些实施例中，对于Ni-Cr电热合金，总压缩率在50%以下的，一般可不用中间退火处理；总压缩率超过50%时，增加一道中间退火，以降低拉拔过程中抗力，便于后续拉拔道次的顺利进行。其中，总压缩率Q总=（拉拔前钢丝横截面积F0-多道次拉拔后钢丝横截面积Fn）/拉拔前钢丝横截面积F0*100%。在一些实施例中，中间退火处理温度可以为750~850℃，中间退火处理时间为1~2h。具体地，中间退火处理温度可以设置为750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃或其间的任何值，中间退火处理时间可以设置为1h、1.5h、2h或其间的任何值。
在本发明的步骤5中，对拉拔达到成品规格的Ni-Cr电热合金钢丝，应进行固溶热处理，以便于消除内应力。固溶热处理温度具体可以设置为1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃或其间的任何值，固溶热处理时间具体可以设置为1h、1.5h、2h、2.5h、3h或其间的任何值。
在本发明的步骤5中，可以根据成品钢丝的规格选择固溶热处理的工艺参数，例如，固溶热处理温度和固溶热处理时间。其中，成品钢丝的规格包括成品钢丝的直径，当成品钢丝的直径大于某一阈值时，相比于成品钢丝的直径不大于该阈值的情况，相应的固溶热处理温度有所提高，相应的固溶热处理时间有所延长。在一些实施例中，成品钢丝直径d≥4mm时，固溶热处理温度为1020~1050℃，固溶热处理时间为1.5~3h；成品钢丝直径d＜4mm时，固溶热处理温度为1000~1030℃，固溶热处理时间为1~2h。在一些实施例中，为保障成品电热合金钢丝表面光亮度，可以采用真空淬火炉进行固溶热处理，热处理后采用气淬方式进行冷却。
综上，本发明率先采用一种“软化退火处理+表面处理+表面涂层处理+冷拉拔加工（中间退火）+固溶热处理”的先进热加工方法用于制备高品质Ni-Cr电热合金冷拉线材产品。所提供的方法及关键控制工艺能够有效降低冷加工过程中Ni-Cr电热合金材料断裂的风险，同时能够进一步提升Ni-Cr电热合金热轧盘条的塑性、消除其组织不均匀性，进而显著改善Ni-Cr电热合金线材产品表面质量及钢丝材料整体的晶粒均匀性，提升Ni-Cr电热合金产品使用寿命。
本发明明确了Ni-Cr电热合金热轧盘条冷加工前后的软化退火处理、表面处理、表面涂层处理、冷拉拔加工（中间退火）、固溶热处理等各工序的关键参数的选取方法或控制范围，在实现效果提升的基础上，最大限度地保证控制工艺的稳定性，以实现产品质量的稳定性。
下面通过具体的实施例对本发明进行具体的说明。
实施例1：
按照如下方法进行实施高品质Ni-Cr电热合金的冷加工及热处理：
1、热轧盘条制备：采用真空感应熔炼+电渣重熔+锻造开坯+热轧制备的Cr20Ni80电热合金热轧盘条，材料成分及非金属夹杂物控制等满足国家标准GB/T1234-2012的要求。热轧盘条尺寸为d=11.0mm。
2、软化退火处理：对Cr20Ni80电热合金热轧盘条进行软化退火处理，采用的工艺为：对加热过程进行分段设置，第一阶段加热速率不高于200℃/h，加热温度控制在840±10℃，保温0.5h；第二阶段加热速率不高于150℃/h，升温至退火温度1100±10℃，保温时间为2.5h，保温完成后空冷。
3、表面处理：经过软化退火处理的Cr20Ni80电热合金盘条会形成一层氧化膜。氧化膜必须在冷加工前清除干净，表面处理分为：①首先进行浸碱处理，采用的碱性溶液组分为：NaOH（70g/L）、KMnO4（40g/L）、 KOH（20g/L）、其余为水，将溶液升温至70±5℃，浸碱处理时间控制在1.5h左右。然后将浸碱处理后的Cr20Ni80电热合金盘条晾干后进行喷砂处理，喷砂处理采用粒度小于80目的精制石英砂进行，喷砂处理至盘表表面光亮且无明显毛刺即可。
4、涂层处理：经过喷砂处理后的Cr20Ni80电热合金盘条建议选用有机树脂进行表面涂层处理，采用市面成品钢丝拉拔用有机树脂涂层材料，采用三氯乙烯溶剂与有机树脂进行1.8:1比例的稀释。将喷砂后的Cr20Ni80电热合金盘条在稀释后的溶液中浸涂后，自然晾干后即可进行冷加工。
5、冷拉拔加工：①润滑：采用硬脂酸钠为主要成分的固体润滑剂，添加石墨和云母等添加剂组成。②拉拔方式：采用单道次拉丝机生产。③拉拔道次设计：第一道次由d=11.0mm拉拔至10.7mm,道次压缩率为5.4%；第二道次拉拔至8.5mm，道次压缩率为36.9%；第三道次拉拔至7.8mm，道次压缩率为15.8%；拉拔完后进行一次中间退火，退火温度为800±10℃，退火时间1.5h；第四道次拉拔至7.2mm，道次压缩率为14.8%；第五道次拉拔至6.7mm，道次压缩率为13.4%；第六道次拉拔至6.2mm，道次压缩率为14.4%；最后一道次拉拔至6.0mm，道次压缩率为6.3%。拉拔速率控制在1.5m/s。
6、固溶热处理：对拉拔到规格为d=6.0mm的Cr20Ni80电热合金钢丝采用真空淬火炉进行固溶热处理，固溶温度为1040±10℃，固溶时间温2h，热处理后采用气淬方式进行冷却。
本实施案例中，得到的Cr20Ni80电热合金产品表面质量高，轧制后材料晶粒尺寸约为8级。获得钢丝的抗拉强度≥780 MPa，延伸率≥50%，（国家标准GB/T1234-2012要求为抗拉强度≥650MPa，延伸率≥25%）；实物产品每米电阻均匀性度控制在偏差1%以内（国标GB/T1234-2012要求为4%以内）；拉拔后成本材电热合金丝材直径偏差为±0.015mm（国家标准GB/T1234-2012要求为±0.035mm）。
实施例2：
按照如下方法进行实施高品质Ni-Cr电热合金的冷加工及热处理：
1、热轧盘条制备：采用真空感应熔炼+电渣重熔+锻造开坯+热轧制备的Cr30Ni70电热合金热轧盘条，材料成分及非金属夹杂物控制等满足国家标准GB/T1234-2012的要求。热轧盘条尺寸为d=8.0mm。
2、软化退火处理：对Cr30Ni70电热合金热轧盘条进行软化退火处理，采用的工艺为：对加热过程进行分段设置，第一阶段加热速率不高于200℃/h，加热温度控制在830±10℃，保温0.5h；第二阶段加热速率不高于150℃/h，升温至退火温度1080±10℃，保温时间为2h，保温完成后空冷。
3、表面处理：经过软化退火处理的Cr30Ni70电热合金盘条会形成一层氧化膜，主要成分为Cr2O3和NiO。氧化膜必须在冷加工前清除干净，表面处理分为：①首先进行浸碱处理，采用的碱性溶液组分为：NaOH（60g/L）、KMnO4（50g/L）、KOH（20g/L）、其余为水，将溶液升温至70±5℃，浸碱处理时间控制在1.5h左右。然后将浸碱处理后的Ni-Cr电热合金盘条晾干后进行喷砂处理，喷砂处理采用粒度小于80目的精制石英砂进行，喷砂处理至盘表表面光亮且无明显毛刺即可。
4、涂层处理：经过喷砂处理后的Cr30Ni70电热合金盘条建议选用有机树脂进行表面涂层处理，采用市面成品钢丝拉拔用有机树脂涂层材料，采用三氯乙烯溶剂与有机树脂进行1.8:1比例的稀释。将喷砂后的Cr30Ni70电热合金盘条在稀释后的溶液中浸涂后，自然晾干后即可进行冷加工。
5、冷拉拔加工：①润滑：采用硬脂酸钙为主要成分的固体润滑剂，添加石墨和云母等添加剂组成。②拉拔方式：采用连续拉拔机组生产。③拉拔道次设计：第一道次由d=8.0mm拉拔至7.8mm,道次压缩率为4.9%；第二道次拉拔至6.2mm，道次压缩率为36.8%；第三道次拉拔至5.7mm，道次压缩率为15.4%；第四道次拉拔至5.2mm，道次压缩率为16.8%；拉拔完后进行一次中间退火，退火温度为800±10℃，退火时间1h；第五道次拉拔至4.8mm，道次压缩率为14.8%；第六道次拉拔至4.4mm，道次压缩率为16.0%；第七道次拉拔至4.0mm，道次压缩率为17.4%；第八道次拉拔至3.7mm，道次压缩率为14.4%；第九道次拉拔至3.4mm，道次压缩率为15.6%；第十道次拉拔至3.1mm，道次压缩率为16.9%；最后一道次拉拔至3.0mm，道次压缩率为6.4%。
6、固溶热处理：对拉拔到规格为d=3.0mm的Cr30Ni70电热合金钢丝采用真空淬火炉进行固溶热处理，固溶温度为1020±10℃，固溶时间温2h，热处理后采用气淬方式进行冷却。
本实施案例中，得到的Cr30Ni70电热合金产品表面质量高，轧制后材料晶粒尺寸约为9级；实物产品每米电阻均匀性度控制在偏差1%以内（国标GB/T1234-2012要求为4%以内）；拉拔后成本材电热合金丝材直径偏差为±0.008mm（国家标准GB/T1234-2012要求为±0.030mm）。
Claims (10)
1.一种Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对Ni-Cr电热合金热轧盘条进行软化退火处理，软化退火处理温度为1040~1140℃，保温时间为1~3h；
步骤2：对经过软化退火处理的热轧盘条进行表面处理，表面处理分两步进行，首先进行浸碱处理，然后再进行喷砂处理；
步骤3：对经过喷砂处理的热轧盘条进行表面涂层处理；
步骤4：对经过表面涂层处理的热轧盘条进行多道次冷拉拔加工，得到拉拔达到成品规格的钢丝；
步骤5：对拉拔达到成品规格的钢丝进行固溶热处理，冷却后得到成品Ni-Cr电热合金钢丝，固溶热处理温度为1000~1050℃，固溶热处理时间为1~3h。
2.根据权利要求1所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，包括以下中的一项或多项：
步骤1中，根据热轧盘条的规格选择软化退火处理温度和保温时间；
步骤1中，软化退火处理过程中采用分段式加热方式；
步骤2中，浸碱处理使用的碱性溶液为NaOH溶液、KMnO4溶液、KOH溶液中的至少一种；
步骤2中，喷砂处理采用粒度小于80目的精制石英砂进行，喷砂处理至热轧盘条表面光亮且无明显毛刺即可；
步骤3中，表面涂层处理包括在经过喷砂处理的热轧盘条表面形成有机树脂涂层；
步骤4中，在冷拉拔加工过程中，使用润滑剂；
步骤4中，根据拉拔的钢丝规格选择不同的拉丝设备；
步骤4中，拉拔过程中，根据总压缩率确定是否进行中间退火处理，中间退火处理温度为750~850℃，退火时间为1~2h；
步骤5中，根据成品Ni-Cr电热合金钢丝的规格选择固溶热处理温度和固溶热处理时间；
步骤5中，固溶热处理热后采用气淬方式进行冷却。
3.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤1中，当热轧盘条的直径φ≤10mm时，软化退火处理温度为1040~1120℃，保温时间为1~2h；当热轧盘条的直径φ＞10mm时，软化退火处理温度为1060~1140℃，保温时间为2~3h。
4.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤1中，软化退火处理过程中采用两段式加热方式：第一阶段加热速率不高于200℃/h，加热温度控制在800~880℃之间，保温0.5h；第二阶段加热速率不高于150℃/h，继续升温至目标温度进行保温。
5.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤2中，浸碱处理时碱性溶液温度为60~80℃，浸碱处理时间为1~3h。
6.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤4中，拉拔直径d≥1mm的钢丝采用固体润滑剂。
7.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤4中，拉拔直径d≥5mm的钢丝时，选用单道次拉丝机；拉拔直径d＜5mm的钢丝时，选用连续拉拔机组。
8.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤4中，拉拔过程中，第一道次采用道次压缩率8%以下的小变形；第二道次采用道次压缩率30%以上的大变形；后续中间道次采用道次压缩率平均分配，平均道次压缩率设置在12~18%范围内，最后道次采用道次压缩率8%以下的小变形，拉拔速度控制在1~2m/s。
9.根据权利要求1或2所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤4中，拉拔过程中，总压缩率在50%以下的，不用中间退火处理；总压缩率超过50%时，进行中间退火处理。
10.根据权利要求1所述的Ni-Cr电热合金热轧盘条的冷加工及其热处理方法，其特征在于，步骤5中，当成品Ni-Cr电热合金钢丝的直径d≥4mm时，固溶热处理温度为1020~1050℃，固溶热处理时间为1.5~3h；当成品Ni-Cr电热合金钢丝的直径d＜4mm时，固溶热处理温度为1000~1030℃，固溶热处理时间为1~2h。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 于朝清: "Ni80Cr20高电阻电热合金的工艺技术研究现状", 《电工材料》, no. 4, pages 19 - 23 * |
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|---|---|
| CN116891955B (zh) | 2023-12-01 |
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