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具有优异 传热性能的 热处理用含Sn和Mn铋浴 合金

阅读：607发布：2023-03-07

专利汇可以提供具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:1.0-1.8wt.%,Sn:4.0-6.0wt.%,Mn:0.5-1.0wt.%,Sc：0.2-0.5wt.%，Sm:0.2-0.3wt.%,Ni:1.0-2.0wt.%,余量为铋。采用该铋浴合金来替代铅浴合金进行热处理,限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳。和普通加热方法比，提高了钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。，下面是具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金专利的具体信息内容。

权利要求

1.具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 1.0-1.8wt.%,Sn:4.0-6.0wt.%,Mn:0.5-1.0wt.%,Sc：0.2-0.5wt.%，Sm:0.2-
0.3wt.%, Ni:1.0-2.0wt.%,余量为铋。
2.根据权利要求1所述具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在
700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-10m/min。
3.根据权利要求1所述具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金，其特征在于包含如下加工步骤：该材料在铋浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，铋浴合金的使用温度为480-550度。

说明书全文

具有优异传热性能的 热处理用含Sn和Mn铋浴 合金

技术领域

[0001] 本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铋浴合金。

背景技术

[0002] 热轧线材在拉拔过程中会产生较大的变形，进而造成加工硬化，导致线材整体内应力不均匀，在后续深加工过程中出现断裂，高强线材的均匀性是影响线材后续加工的关键因素，线材的强度越高，对其均匀性要求越高。制绳钢丝是以热轧盘条为原料经过多道次拉拔而制成。在钢丝拉拔过程中，为了消除其加工硬化，需要对钢丝进行韧化处理，使其转变成有利于深度拉拔的细珠光体(索氏体)组织，即钢丝的索氏体化处理。

[0003] 制绳钢丝传统的索氏体化处理采用的是铅浴等温淬火工艺，此工艺自从问世因其生产稳定，可以获得优良综合力学性能和冷加工性能的索氏体而被广泛运用，成为几乎无法超越的经典工艺。铅浴淬火是在等温条件下获得索氏体组织，故冷却过程应在铅浴温度下结束。当钢丝浸入熔融铅浴中时，换热仅发生在与铅浴接触的表面，主要以传导和对流方式换热，后者占主导作用。

[0004] 铅的熔点是327度，在400-500℃时即向空气中散发大量铅的蒸气，并且随着温度的增高铅蒸气迅速地增长。铅浴淬火温度一般在500℃以上，因此会产生大量铅蒸气，由铅锅逸出的铅蒸气在空气中迅速氧化，以氧化铅的形态形成铅烟尘凝集并弥漫于生产车问内，从而造成工作环境的严重恶化。铅是作用于全身各系统和器官的毒物，尤其是对神经系统、造血、心血管和消化系统损害更大。轻度中毒或中毒早期机体的损害往往以功能性改变为主;在严重中毒或中毒晚期，则可发生一系列器质性甚至是不可逆性的病变，直至急、慢性死亡。如铅中毒性脑病、周围神经麻痹等。

[0005] 一直以来人们在不断的探究代替铅浴处理工艺的绿色新工艺。目前研究较多的是用水浴代替铅浴对钢丝进行索氏体化处理。钢丝水浴淬火就是通过在水溶液中加入添加剂，改变钢丝、溶液、水蒸气三者之间的表面张力，来改变钢丝在水浴溶液中的冷却速度，达到使钢丝在水溶液中的冷却曲线与铅浴中的冷却曲线相同或相似的目的。在20世纪70年代，国内外对水浴淬火进行了大量的科研和生产试验，并且一致认为水浴热处理是钢丝绳生产工艺的一项重大技术革命，随后在制品行业掀起了水浴淬火的热潮，建起了以水代铅的生产线。

[0006] 到目前为止，虽然国外发达国家在钢帘线和切割钢丝等产品的生产方面已经成功实现用水浴淬火代替铅浴淬火的工艺，但是对于大多数的金属线材制品，如电梯用钢丝绳、港口码头起重用钢丝绳，以及大量的镀锌钢丝绳而言，仍然采用铅浴淬火处理，水浴淬火处理技术并没有实现突破并广泛应用。随着钢帘线行业的蓬勃发展，一些生产企业由原来的铅浴淬火处理、流化床处理转变为水浴淬火处理，但也仅限于帘线用细小规格的钢丝，但水浴淬火不能广泛应用于中粗规格的钢丝。

[0007] 目前针对铅淬火进行铅污染防治的措施，主要以铅锅覆盖剂法为主。也就是选用某种能够对铅锅起到一定封闭作用的材料，覆盖于铅液之上，以防止和控制铅蒸气超量逸出，从而达到铅污染超标治理的方法。使用铅锅覆盖剂法进行铅污染防治的效果如何，关键取决于覆盖剂的性能与特点。不同的铅锅覆盖剂其效果也不尽相同。好的铅锅覆盖剂不仅具有较好的铅污染防治功能，而且能够达到节能降耗，保证产品质量的效果。因覆盖剂密封效果不理想，使得铅浴热处理的应用和推广受到了很大的限制。铅浴淬火在还不能被其他方式完全取代之前，以它自身的优越性，仍将在较长时问内存在。

[0008] 具备极低铅蒸气压的新型铅合金有两种方法，一种是加入合金元素通过热力学的交互作用来降低铅的活度，另一种是通过加入特定的合金元素来形成低熔点的氧化物和氮化物，从而将铅浴和空气隔绝开来。但是这两种办法都没有从根本上消灭到热处理过程中遇到的铅污染问题。因而，开发无铅屈氏体热处理合金浴用合金是从根本上的解决办法。

发明内容

[0009] 本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在480-550度大气条件下具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金。该合金用于合金浴屈氏体热处理，在此温度区间对钢帘线进行屈氏体化热处理时，完全可以替代现有的铅浴合金。该材料还具有高热容的特点,可以适用于高加工效率的环境。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。

[0010] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 1.0-1.8wt.%,Sn:4.0-6.0wt.%,Mn:0.5-1.0wt.%,Sc：0.2-0.5wt.%，Sm:0.2-
0.3wt.%, Ni:1.0-2.0wt.%,余量为铋。

[0011] 上述具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-10m/min。该材料在铋浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，铋浴合金的使用温度为480-550度。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：（1）本发明专利针对目前屈氏体热处理中铅浴合金污染严重的现状提供了一种新型的材料学解决方案。因而,本专利实质上提供了一种无铅的铋浴合金替代方案。铋合金最大的特点是在冶炼和使用过程中因为合金熔体容易氧化，生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止铋蒸汽向大气中的挥发，达到阻止铋在高温下的急剧蒸发和氧化。与铅浴合金相比，该铋浴合金在熔炼过程中挥发可以消除熔剂夹杂，降低对大气的污染。

[0013] （2）该合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化，可以达到在480-550度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态铋合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。

[0014] （3）该铋浴合金同时使用,具有热容量大、导热率高、投资小、成本低、工艺易于控制，等温转变程度高、处理后钢丝性能好、质量稳定等优点。该铋浴合金有优异的流动特性，在钢丝生产中，可以避免覆盖合金粘铁丝及影响液态合金对铋蒸汽的密封性。在奥氏体化过程中浸于铋浴内，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，和普通加热方法比，提高了钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。可以得到晶粒细小，表面脱碳极少的半成品钢丝，对于提高钢绳的强度、韧性、耐磨性、柔韧性和疲劳性能都有积极的效果。

[0015] （4）此外，该铋浴合金的传热系数在480-550度维持在100-120W/m·K。而现有的铅浴合金在该温度下的传热系数只有60-80W/m·K。传热性能的提升可以增加单位时间内送入铋浴炉内钢帘线的数量，并能使得铋合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线的奥氏体转变提供稳定的热力学条件。因而，采用高导热铋浴用合金是提高生产效率的一种有效手段。

具体实施方式

[0016] 实施例1一种在490度使用具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.5wt.%,Sn:4.2wt.%,Mn:0.8wt.%,Sc：0.3wt.%，Sm:0.2wt.%, Ni:
1.40wt.%,余量为铋。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为6m/min。该材料在铋浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，铋浴合金的使用温度为480-550度。

[0017] 该铋浴合金有优异的流动特性，在钢丝生产中，可以避免覆盖合金粘铁丝及影响液态合金对铋蒸汽的密封性。在奥氏体化过程中浸于铋浴内，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，和普通加热方法比，提高了钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。可以得到晶粒细小，表面脱碳极少的半成品钢丝，对于提高钢绳的强度、韧性、耐磨性、柔韧性和疲劳性能都有积极的效果。此外，该铋浴合金的传热系数在480-550度维持在105W/m·K。而现有的铅浴合金在该温度下的传热系数只有60-80W/m·K。
传热性能的提升可以增加单位时间内送入铋浴炉内钢帘线的数量，并能使得铋合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线的奥氏体转变提供稳定的热力学条件。因而，采用高导热铋浴用合金是提高生产效率的一种有效手段。

[0018] 实施例2一种在520度使用具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金。按重量百分比。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.2wt.%,Sn:4.8wt.%,Mn:0.6wt.%,Sc：0.4wt.%，Sm:0.2wt.%, Ni:1.4wt.%,余量为铋。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为8m/min。该材料在铋浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，铋浴合金的使用温度为480-550度。

[0019] 该铋浴合金有优异的流动特性，在钢丝生产中，可以避免覆盖合金粘铁丝及影响液态合金对铋蒸汽的密封性。在奥氏体化过程中浸于铋浴内，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，和普通加热方法比，提高了钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。可以得到晶粒细小，表面脱碳极少的半成品钢丝，对于提高钢绳的强度、韧性、耐磨性、柔韧性和疲劳性能都有积极的效果。此外，该铋浴合金的传热系数在480-550度维持在108W/m·K。而现有的铅浴合金在该温度下的传热系数只有60-80W/m·K。
传热性能的提升可以增加单位时间内送入铋浴炉内钢帘线的数量，并能使得铋合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线的奥氏体转变提供稳定的热力学条件。因而，采用高导热铋浴用合金是提高生产效率的一种有效手段。

[0020] 实施例3一种在540度使用具有优异传热性能的热处理用含Sn和Mn铋浴合金。按重量百分比。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ba: 1.6wt.%,Sn:4.5wt.%,Mn:0.8wt.%,Sc：0.4wt.%，Sm:0.3wt.%, Ni:1. 0wt.%,余量为铋。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为8m/min。该材料在铋浴时用于钢铁材料的屈氏体热处理；其中，铋浴合金的使用温度为480-550度。

[0021] 该铋浴合金有优异的流动特性，在钢丝生产中，可以避免覆盖合金粘铁丝及影响液态合金对铋蒸汽的密封性。在奥氏体化过程中浸于铋浴内，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，和普通加热方法比，提高了钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。可以得到晶粒细小，表面脱碳极少的半成品钢丝，对于提高钢绳的强度、韧性、耐磨性、柔韧性和疲劳性能都有积极的效果。此外，该铋浴合金的传热系数在480-550度维持在114W/m·K。而现有的铅浴合金在该温度下的传热系数只有60-80W/m·K。
传热性能的提升可以增加单位时间内送入铋浴炉内钢帘线的数量，并能使得铋合金的温度保持在480-550度。从而为钢帘线的奥氏体转变提供稳定的热力学条件。因而，采用高导热铋浴用合金是提高生产效率的一种有效手段。

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