高纯铁铬铝电阻合金及其冶炼方法 |
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| 申请号 | CN202311622394.X | 申请日 | 2023-11-30 | 公开(公告)号 | CN117568712A | 公开(公告)日 | 2024-02-20 |
| 申请人 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司; | 发明人 | 林发驹; 陈文雄; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高纯 铁 铬 铝 电阻 合金 及其 冶炼 方法，属于 钢 铁 冶金 技术领域。高纯铁铬铝电阻合金，其化学成分按 质量 百分比为：C 0.005‑0.01％，Si 0.60‑1.30％，Mn 0.25‑1.00％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr 18.00‑25.00％，Mo 0.10‑1.00％，Co 0.1‑1.50％，Nb 0.20‑2.50％，Ti0.10‑0.80％，Y+Zr 0.05‑3.50％，Al 5.00‑8.00％，其余为Fe及不可避免的杂质。其冶炼方法为 真空 感应+真空自耗工艺，产品质量更加纯净，可提高产品质量 稳定性 ，确保使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.高纯铁铬铝电阻合金，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C 0.005‑0.01％，Si0.60‑1.30％，Mn 0.25‑1.00％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr 18.00‑25.00％，Mo 0.10‑ |
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| 说明书全文 | 高纯铁铬铝电阻合金及其冶炼方法技术领域背景技术[0002] 随着我国工业技术的飞速发展，冶金、电子、机械工业及金属热处理部门对电热合金的要求越来越高。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，包括镍铬系和铁铬铝系两类合金，其适用于在950‑1400℃温度范围内工作的电加热元件，通常被用于工业电炉、实验室电炉和家用电器等的领域。尤其是铁基合金，由于它具有电阻率大、热稳性好、使用寿命长、资源丰富和成本低廉等优点，在功率、电压和电热组件截面尺寸相同的情况下，铁基合金用量比Ni‑Cr合金少，而且价格便宜，费用只是Ni‑Cr合金的1/3。目前，大部分企业采用真空感应炉+电渣重熔的工艺方式进行生产铁铬铝产品，其产品中的氧、氮含量较高，严重影响电阻合金的使用寿命，阻碍高端电阻合金的快速发展。对于高端电阻合金，国内还未研究出有效的解决办法。CN115786636A公开了一种真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的方法，CN108715971A公开了一种铁铬铝合金真空冶炼工艺，CN104164606A公开了一种冶炼铁铬铝合金加铝的方法。上述发明方法虽然涉及铁铬铝合金的真空冶炼，但其品种和冶炼工艺路线、参数等与本发明均不同，其产品质量和使用寿命无法满足用户需求。 发明内容[0003] 本发明所要解决的技术问题是现有特殊领域高端电阻合金质量不稳定和使用寿命不满足用户使用要求的问题。 [0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高纯铁铬铝电阻合金，其化学成分按质量百分比为：C 0.005‑0.01％，Si 0.60‑1.30％，Mn 0.25‑1.00％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr18.00‑25.00％，Mo 0.10‑1.00％，Co 0.1‑1.50％，Nb 0.20‑2.50％，Ti 0.10‑ 0.80％，Y+Zr 0.05‑3.50％，Al 5.00‑8.00％，其余为Fe及不可避免的杂质。 [0005] 上述高纯铁铬铝电阻合金坯料的冶炼方法为：按高纯铁铬铝电阻合金的化学成分配料后装料，经真空感应熔炼→坯料热处理→真空自耗的工序步骤冶炼得到高纯铁铬铝电阻合金坯料，所述坯料化学成分中S≤0.0008％，P≤0.0010％，[O]＜20PPm，[N]＜15PPm。 [0006] 进一步的是，将所有合金抛光，清除表面氧化物及附着物后进行配料。 [0007] 进一步的是，装料前，先将钢锭模、溜槽、保温冒口在200‑600℃的加热炉内烘干，保温时间＞3h。 [0009] 上述所述真空感应熔炼工序为：抽真空后送电熔化金属，熔清后调温到1630‑1680℃精炼；加入1/3‑1/2Si、1/5‑1/3Mn、1/5‑1/3Al精炼后加入余下的Si、Mn、Al精炼，然后加入Ti精炼，最后加入Y+Zr均匀化，调温到1610‑1650℃出钢浇铸。 [0010] 进一步的是，上述真空感应熔炼工序，至少满足下列一项： [0011] 整个真空感应熔炼过程中真空度≤10Pa； [0012] 精炼时间按T＝(0.1‑5)t/kg*M计算，式中M为坩埚总装炉量(＜1t)，单位kg； [0013] 加入Ti之前的总精炼时间＞1h，加入Ti后的精炼时间为6‑30min； [0014] 均匀化时间为6‑30min； [0015] 动模时间＞2h。 [0016] 上述坯料热处理工序为：将脱模后的坯料快速转入回火炉进行回火出炉，以＞120℃/小时的升温速率升温至750‑900℃保温，保温时间按T＝D*0.5‑2t/mm计算，式中D为钢锭直径，单位mm。 [0017] 上述真空自耗工序为：对真空感应锭进行扒皮、切头尾装炉，抽真空后开始自耗，控制锭身正常融化速率1‑10.0kg/min，补缩段融化速率0.5‑4kg/min；自耗锭冷却后得到合格的高纯铁铬铝电阻合金坯料。 [0018] 进一步的是，上述真空自耗工序，至少满足下列一项： [0019] 真空度＜25pa时开始自耗； [0021] 动模时间＞3h。 [0022] 本发明的有益效果是：本发明提供一种高纯铁铬铝电阻合金及其冶炼方法，通过真空感应+真空自耗工艺，产品质量更加纯净。本发明产品中的氧、氮、磷、硫含量较低，可提高产品质量稳定性，确保使用寿命。 具体实施方式[0023] 本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。 [0024] 本发明提供了一种高纯铁铬铝电阻合金，其化学成分按质量百分比为：C 0.005‑0.01％，Si 0.60‑1.30％，Mn 0.25‑1.00％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr 18.00‑25.00％，Mo 0.10‑1.00％，Co 0.1‑1.50％，Nb 0.20‑2.50％，Ti 0.10‑0.80％，Y+Zr 0.05‑3.50％，Al 5.00‑8.00％，其余为Fe及不可避免的杂质。 [0025] 所述的高纯铁铬铝电阻合金的冶炼方法，采用真空感应+真空自耗工艺冶炼，该冶炼方法包括以下步骤： [0026] A：原料准备；B：生产前准备；C：真空感应熔炼；D：坯料热处理；E：真空自耗。 [0027] 进一步地，步骤A将所有合金抛光，清除表面氧化物及附着物，然后按化学组分配料。 [0028] 进一步地，步骤B将钢锭模、溜槽、保温冒口在200‑600℃的加热炉内烘干，保温时间＞3h； [0029] 进一步地，步骤B装料顺序为：小块纯铁铺底，纯铁棒围在坩埚四周，随炉料金属铬、金属钼、金属钴、金属铌装中间，熔清后先加入金属硅、锰和一部分铝，精炼一段时间后加入余下的金属硅、锰、铝、钛铁，精炼一段时间，最后加入稀土金属。 [0030] 进一步地，步骤C先大功率熔化，熔清后调温到1630‑1680℃，精练一段时间后先加1/3‑1/2硅铁、1/5‑1/3锰铁、1/5‑1/3铝，再精炼一段时间；然后加入余下的金属硅、铝、锰，精炼一段时间后加入钛铁，精炼6‑30分钟，最后加入稀土钇和锆，均匀化6‑30分钟，调温到 1610‑1650℃出钢浇铸。 [0031] 进一步地，上述的精炼时间按T＝(0.1‑5)t/kg*M计算，式中M为坩埚总装炉量(＜1t)，单位kg。 [0032] 进一步地，步骤C整个熔化过程，真空度≤10Pa。 [0033] 进一步地，步骤C精炼时间＞1h。 [0034] 进一步地，步骤C动模时间＞2h。 [0035] 进一步地，步骤D钢锭脱模后快速转入回火炉进行回火出炉，回火温度750℃‑900℃，保温时间按T＝D*0.5‑2t/mm计算，D为钢锭直径，单位mm。 [0036] 进一步地，步骤E先对真空感应锭进行扒皮、切头尾。 [0037] 进一步地，步骤E锭身正常融化速率1‑10.0kg/min，补缩段融化速率0.5‑4kg/min。 [0038] 进一步地，步骤E锭身整个自耗过程电流和电压平稳，波动值为±100A或±10V。 [0039] 进一步地，步骤E动模时间＞3h。 [0040] 进一步地，步骤E自耗锭冷却后可得到合格的高纯度铁铬铝电阻合金坯料，其S含量≤0.0006％，P含量≤0.0008％，[O]含量＜20PPm，[N]含量＜15PPm。 [0041] 下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。 [0042] 实施例 [0043] 实施例1采用本发明方法冶炼高纯铁铬铝电阻合金坯料 [0044] 本实施例采用150kg真空感应炉和自耗炉冶炼高纯电阻合金，具体为： [0045] 步骤一：原料准备首先对纯铁、金属铬、金属钼、金属钴、金属铌进行喷砂处理，然后按一下化学组分配料：C每炉8‑10g，Si 1.00％，Mn 0.85％，Cr 20.00％，Mo 0.45％，Co 0.30％，Nb 0.40％，Ti 0.15％，Y+Zr 0.25％，Al 6.8％、其余为纯铁棒； [0046] 步骤二：生产前准备 [0047] (1)将钢锭模、溜槽、保温冒口在500℃的加热炉内烘干，保温时间5h； [0048] (2)坩埚内装料：小块纯铁铺底，纯铁棒围在坩埚四周，随炉料金属铬、金属钼、金属钴、金属铌松散装中间。 [0049] 步骤三：真空感应熔炼 [0050] (1)抽真空，真空度小于等于20pa后开始送电； [0051] (2)大功率熔化金属，熔清后调温到1660℃‑1680℃，精炼15分钟；然后加入1/3硅铁、2/5锰铁、1/3铝，再精炼25分钟；然后加入余下的金属硅、铝、锰，精炼25min后加入钛铁，精炼10分钟，最后加入稀土钇和锆，均匀化10分钟，调温到1630℃‑1640℃出钢浇铸。 [0052] (3)3小时后破空、脱模。 [0053] 步骤四：坯料退火处理 [0054] 将脱模后的高纯电阻合金坯料快速转入炉中，以＞120℃/小时的升温速率升温至820℃，保温3h，随炉冷至常温。 [0055] 步骤五：真空自耗 [0056] (1)将退火后的高纯电阻合金坯料切头尾，然后扒皮，清除干净裂纹和氧化铁皮； [0057] (2)将加工后的坯料装入真空自耗炉，抽真空，真空度＜25pa时开始自耗； [0058] (3)自耗工艺：锭身熔化速率按2.4kg/min、电流7000A、电压40V控制；补缩阶段化速率按0.6kg/min、电流5000A、电压25V控制。 [0059] (4)冷却5h后破空、脱模，即可得到合格的高纯电阻合金坯料。 [0060] (5)对坯料成分进行检测，其中S含量小于0.0005％，P含量0.00057％，[O]含量12PPm，[N]含量13PPm。 [0061] 实施例2采用本发明方法冶炼高纯电阻合金坯料 [0062] 本实施例采用500kg真空感应炉和自耗炉冶炼高纯电阻合金合金，具体为： [0063] 步骤一：原料准备 [0064] 首先对纯铁、金属铬、金属钼、金属钴、金属铌进行喷砂处理，然后按化学组分配料：C每炉8‑10g，Si 1.30％，Mn 0.65％，Cr 25.00％，Mo 0.68％，Co 0.50％，Nb 0.25％，Ti 0.25％，Y+Zr 0.35％，Al 8.0％，其余为纯铁棒； [0065] 步骤二：生产前准备 [0066] (1)将钢锭模、溜槽、保温冒口在550℃的加热炉内烘干，保温时间4.5h； [0067] (2)坩埚内装料：小块纯铁铺底，纯铁棒围在坩埚四周，随炉料金属铬、金属钼、金属钴、金属铌松散装中间。 [0068] 步骤三：真空感应熔炼 [0069] (3)抽真空，真空度小于等于20pa后开始送电； [0070] (4)大功率熔化金属，熔清后调温到1650℃‑1675℃，精炼25分钟；然后加入1/3硅铁、2/5锰铁、1/3铝，再精炼30分钟；然后加入余下的金属硅、铝、锰，精炼30min后加入钛铁，精炼12分钟，最后加入稀土钇和锆，均匀化12分钟，调温到1620℃‑1635℃出钢浇铸。 [0071] (5)3小时后破空、脱模。 [0072] 步骤四：坯料退火处理 [0073] 将脱模后的高纯电阻合金坯料快速转入到回火炉，以＞120℃/小时的升温速率升温至870℃，保温5h，随炉冷至常温。 [0074] 步骤五：真空自耗 [0075] (6)将退火后的高纯电阻合金坯料切头尾，然后扒皮，清除干净裂纹和氧化铁皮； [0076] (7)将加工后的坯料装入真空自耗炉，抽真空，真空度＜25pa时开始自耗； [0077] (8)自耗工艺：锭身熔化速率按3.8kg/min、电流9000A、电压60V控制；补缩阶段化速率按1.0kg/min、电流6500A、电压40V控制。 [0078] (9)冷却5h后破空、脱模，即可得到合格的高纯电阻合金坯料。 [0079] (10)对坯料成分进行检测，其中S含量小于0.0005％，P含量0.00053％，[O]含量18PPm，[N]含量14PPm。 |
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