铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410301962.0

申请日:

2014.06.25

公开号:

CN104087843A

公开日:

2014.10.08

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C22C 38/32申请公布日:20141008|||实质审查的生效IPC(主分类):C22C 38/32申请日:20140625|||公开

IPC分类号:

C22C38/32; C21D8/06

主分类号:

C22C38/32

申请人:

盐城市鑫洋电热材料有限公司

发明人:

郭健; 郭小芳; 郭乃林

地址:

224043 江苏省盐城市大冈冶金机械工业园区

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明涉及一种电热合金材料,特别是一种铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。所述铁铝系多元高电阻电热合金的组成元素包括C、Si、Mn、Al、Cr、Co、Hf、Nb、Ti、Ce、Dy、B和Fe等。所述制备方法包括:配料、熔炼、均匀化退火、等温锻造、热轧盘条、多道次拉拔和中间退火等工艺。本发明制备的材料成品具有优异抗高温氧化性、电阻率和使用寿命,克服了现有技术中的不足,具有良好的工业应用前景。

权利要求书

1.  一种铁铝系多元高电阻电热合金,其特征在于,所述合金的元素组成及其质量百分比为:C:0.1-0.2%、Si:0.6-0.8%、Mn:0.2-0.4%、Al:19-21%、Cr:1-2%、Co:0.5-1%、Hf:1-2%、Nb:2.4-3.3%、Ti:2-3%、Ce:0.3-0.6%、Dy:0.3-0.6%、B:0.008-0.02%、S≤0.001%、P≤0.001%,余量为铁和不可避免的杂质。

2.
  如权利要求1所述的一种铁铝系多元高电阻电热合金,所述元素含量优选为:C:0.13%、Si:0.76%、Mn:0.3%、Al:20.2%、Cr:1.4%、Co:0.9%、Hf:1.6%、Nb:2.8%、Ti:2.6%、Ce:0.5%、Dy:0.4%、B:0.015%、S:0.0003%、P:0.0005%,余量为铁和不可避免的杂质。

3.
  如权利要求1所述的一种铁铝系多元高电阻电热合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:(1)配料:按照以下组成进行配料:C:0.1-0.2%、Si:0.6-0.8%、Mn:0.2-0.4%、Al:19-21%、Cr:1-2%、Co:0.5-1%、Hf:1-2%、Nb:2.4-3.3%、Ti:2-3%、Ce:0.3-0.6%、Dy:0.3-0.6%、B:0.008-0.02%、S≤0.001%、P≤0.001%,余量为铁和不可避免的杂质;(2)熔炼:将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内,抽真空至1×10-3pa,充入高纯氩气至1×104pa,在2800℃-2900℃熔炼后随炉冷却成合金锭;(3)均匀化退火:将合金锭放入真空热处理炉内,在真空度1×10-3pa、温度1050℃下保温24小时后随炉冷却;(4)等温锻造:通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭,在四柱液压机上进行等温锻造;(5)热轧盘条:将锻造后的试样进行热轧盘条,热轧温度:1100℃-1200℃,开轧温度:1180℃,终轧温度:900℃,每道次变形量≤15%;(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔,其中间退火温度为810℃-820℃,时间为50-60min,油淬,每道次变形量≤10%;(7)漂洗后在光亮退火炉中退火,退火温度840℃,线速度为3-4m/mint,最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。

4.
  如权利要求3所述制备方法,熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部,Ce和Dy在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中,为保证成分均匀,每个铸锭都要熔炼4遍以上。

5.
  如权利要求3所述制备方法,等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800℃,保温1h,放入液压机内锻造,锻造温度900℃-950℃,在1×10-4S-1的应变速率进行等温锻造,变形量为35%。

说明书

铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电热合金材料,特别是一种铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。
背景技术
电热合金材料是利用物质的电阻特性制造发热体的电阻合金。目前电热合金材料已成为一种重要的工程合金材料,适用于机械、冶金、电子、化工等行业,在国民经济中占有重要的地位。工业上用于1300℃以下的电热元件主要采用镍铬合金和铁铬铝合金。镍铬合金价格昂贵,在温度大于1000℃时,抗氧化性显著降低。铁铬铝合金含碳量较高,合金元素单一,在高温使用时,内部晶粒长大,晶界上网状析出物容易引起脆断,严重影响工业使用。现有技术公开了一种新型高电阻电热合金材料(CN1155590A),其合金配方为Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(1-6)a,a为Cr和Mn中的一种或两种;Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce(或B)-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b,a为Cr和Mn中的一种或两种,b为W、Mo、Nb中的一种或几种。上述合金的电阻率、抗高温氧化性优于镍铬合金和铁铬铝合金,但其性能仍存在进一步提升的空间。本发明通过优化合金配方、改善合金的制备方法,提供一种具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命的铁铝系多元高电阻电热合金。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命的铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。
一种铁铝系多元高电阻电热合金,其特征在于,所述合金的元素组成及其质量百分比为:C:0.1-0.2%、Si:0.6-0.8%、Mn:0.2-0.4%、Al:19-21%、Cr:1-2%、Co:0.5-1%、Hf:1-2%、Nb:2.4-3.3%、Ti:2-3%、Ce:0.3-0.6%、Dy:0.3-0.6%、B:0.008-0.02%、S≤0.001%、P≤0.001%,余量为铁和不可避免的杂质。
所述元素含量优选为:C:0.13%、Si:0.76%、Mn:0.3%、Al:20.2%、Cr:1.4%、Co:0.9%、Hf:1.6%、Nb:2.8%、Ti:2.6%、Ce:0.5%、Dy:0.4%、B:0.015%、S:0.0003%、P:0.0005%,余量为铁和不可避免的杂质。
一种铁铝系多元高电阻电热合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
(1)配料:按照以下组成进行配料:C:0.1-0.2%、Si:0.6-0.8%、Mn:0.2-0.4%、Al:19-21%、Cr:1-2%、Co:0.5-1%、Hf:1-2%、Nb:2.4-3.3%、Ti:2-3%、Ce:0.3-0.6%、Dy:0.3-0.6%、B:0.008-0.02%、S≤0.001%、P≤0.001%,余量为铁和不可避免的杂质;
(2)熔炼:将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内,抽真空至1×10-3pa,充入高纯氩气至1×104pa,在2800℃-2900℃熔炼后随炉冷却成合金锭;
(3)均匀化退火:将合金锭放入真空热处理炉内,在真空度1×10-3pa、温度1050℃下保温24小时后随炉冷却;
(4)等温锻造:通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭,在四柱液压机上进行等温锻造;
(5)热轧盘条:将锻造后的试样进行热轧盘条,热轧温度:1100℃-1200℃,开轧温度:1180℃,终轧温度:900℃,每道次变形量≤15%;
(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔,其中间退火温度为810℃-820℃,时间为50-60min,油淬,每道次变形量≤10%;
(7)漂洗后在光亮退火炉中退火,退火温度840℃,线速度为3-4m/mint,最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。
熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部,Ce和Dy在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中,为保证成分均匀,每个铸锭都要熔炼4遍以上。
等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800℃,保温1h,放入液压机内锻造,锻造温度900℃-950℃,在1×10-4S-1的应变速率进行等温锻造,变形量为35%。
本发明制备的材料成品具有优异抗高温氧化性、电阻率和使用寿命。以Fe3Al高温合金为基体,添加稀土Ce和Dy能够净化合金基体,改善夹杂物形貌,细化晶粒,同时在晶界处形成的富氧颗粒能够对位错滑移形成阻碍,从而提高合金强度;微量B的加入对于改善合金塑性和加工性能具有重要作用;通过添加Cr、Co、Hf、Nb、Ti等元素能够有效改善合金的抗高温抗氧化性和电阻率;制备工艺中的等温锻造、热轧盘条,以及后序的多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔工艺有效的改善合金相组成和微观结构,对提高合金成品使用寿命具有重要作用。
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。
按照如下方法制备实施例的合金成品:(1)配料:按照以下组成进行配料:C:0.13%、Si:0.76%、Mn:0.3%、Al:20.2%、Cr:1.4%、Co:0.9%、Hf:1.6%、Nb:2.8%、Ti:2.6%、Ce:0.5%、Dy:0.4%、B:0.015%、S:0.0003%、P:0.0005%,余量为铁和不可避免的杂质;(2)熔炼:将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内,抽真空至1×10-3pa,充入高纯氩气至1×104pa,在2850℃熔炼后随炉冷却成合金锭;(3)均匀化退火:将合金锭放入真空热处理炉内,在真空度1×10-3pa、温度1050℃下保温24小时后随炉冷却;(4)等温锻造:通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭,在四柱液压机上进行等温锻造;(5)热轧盘条:将锻造后的试样进行热轧盘条,热轧温度:1100℃-1200℃,开轧温度:1180℃,终轧温度:900℃,每道次变形量为12%;(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔,其中间退火温度为815℃,时间为55min,油淬,每道次变形量为8%;(7)漂洗后在光亮退火炉中退火,退火温度840℃,线速度为3.2m/mint,最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金 成品。熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部,Ce和Dy在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中,为保证成分均匀,每个铸锭都要熔炼4遍以上。等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800℃,保温1h,放入液压机内锻造,锻造温度920℃,在1×10-4S-1的应变速率进行等温锻造,变形量为35%。
本发明实施例制备的合金成品具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命,克服了现有技术中的不足,具有较广的工业应用前景。以背景技术中CN1155590A中的实施例2为参照(以下简称对比例),具体测试数据如下:
表2室温电阻率(Ωmm2/m)

合金本发明对比例电阻率2.312.06

表3大气环境中抗氧化试验
合金温度(℃)氧化时间(h)增重(mg/cm2)本发明12005003.28对比例12005004.0

显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

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1、10申请公布号CN104087843A43申请公布日20141008CN104087843A21申请号201410301962022申请日20140625C22C38/32200601C21D8/0620060171申请人盐城市鑫洋电热材料有限公司地址224043江苏省盐城市大冈冶金机械工业园区72发明人郭健郭小芳郭乃林54发明名称铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法57摘要本发明涉及一种电热合金材料,特别是一种铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。所述铁铝系多元高电阻电热合金的组成元素包括C、SI、MN、AL、CR、CO、HF、NB、TI、CE、DY、B和FE等。所述制备方法包括配料、熔炼、。

2、均匀化退火、等温锻造、热轧盘条、多道次拉拔和中间退火等工艺。本发明制备的材料成品具有优异抗高温氧化性、电阻率和使用寿命,克服了现有技术中的不足,具有良好的工业应用前景。51INTCL权利要求书1页说明书3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页10申请公布号CN104087843ACN104087843A1/1页21一种铁铝系多元高电阻电热合金,其特征在于,所述合金的元素组成及其质量百分比为C0102、SI0608、MN0204、AL1921、CR12、CO051、HF12、NB2433、TI23、CE0306、DY0306、B0008002、S0001、P0。

3、001,余量为铁和不可避免的杂质。2如权利要求1所述的一种铁铝系多元高电阻电热合金,所述元素含量优选为C013、SI076、MN03、AL202、CR14、CO09、HF16、NB28、TI26、CE05、DY04、B0015、S00003、P00005,余量为铁和不可避免的杂质。3如权利要求1所述的一种铁铝系多元高电阻电热合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括1配料按照以下组成进行配料C0102、SI0608、MN0204、AL1921、CR12、CO051、HF12、NB2433、TI23、CE0306、DY0306、B0008002、S0001、P0001,余量为铁和不可避免的杂质。

4、;2熔炼将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内,抽真空至1103PA,充入高纯氩气至1104PA,在28002900熔炼后随炉冷却成合金锭;3均匀化退火将合金锭放入真空热处理炉内,在真空度1103PA、温度1050下保温24小时后随炉冷却;4等温锻造通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭,在四柱液压机上进行等温锻造;5热轧盘条将锻造后的试样进行热轧盘条,热轧温度11001200,开轧温度1180,终轧温度900,每道次变形量15;6将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔,其中间退火温度为810820,时间为5060MIN,油淬,每道次变形量10;7漂洗后在光亮退火炉。

5、中退火,退火温度840,线速度为34M/MINT,最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。4如权利要求3所述制备方法,熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部,CE和DY在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中,为保证成分均匀,每个铸锭都要熔炼4遍以上。5如权利要求3所述制备方法,等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800,保温1H,放入液压机内锻造,锻造温度900950,在1104S1的应变速率进行等温锻造,变形量为35。权利要求书CN104087843A1/3页3铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法技术领域0001本发明涉及一种电热合金材料,特别是一种铁铝系多元高电阻电热合金及。

6、其制备方法。背景技术0002电热合金材料是利用物质的电阻特性制造发热体的电阻合金。目前电热合金材料已成为一种重要的工程合金材料,适用于机械、冶金、电子、化工等行业,在国民经济中占有重要的地位。工业上用于1300以下的电热元件主要采用镍铬合金和铁铬铝合金。镍铬合金价格昂贵,在温度大于1000时,抗氧化性显著降低。铁铬铝合金含碳量较高,合金元素单一,在高温使用时,内部晶粒长大,晶界上网状析出物容易引起脆断,严重影响工业使用。现有技术公开了一种新型高电阻电热合金材料CN1155590A,其合金配方为FE2432AL00102CE16A,A为CR和MN中的一种或两种;FE2432AL00102CE或B。

7、00103ZR16A012B,A为CR和MN中的一种或两种,B为W、MO、NB中的一种或几种。上述合金的电阻率、抗高温氧化性优于镍铬合金和铁铬铝合金,但其性能仍存在进一步提升的空间。本发明通过优化合金配方、改善合金的制备方法,提供一种具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命的铁铝系多元高电阻电热合金。发明内容0003本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命的铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。0004一种铁铝系多元高电阻电热合金,其特征在于,所述合金的元素组成及其质量百分比为C0102、SI0608、MN0204、AL1921、CR12、CO05。

8、1、HF12、NB2433、TI23、CE0306、DY0306、B0008002、S0001、P0001,余量为铁和不可避免的杂质。0005所述元素含量优选为C013、SI076、MN03、AL202、CR14、CO09、HF16、NB28、TI26、CE05、DY04、B0015、S00003、P00005,余量为铁和不可避免的杂质。0006一种铁铝系多元高电阻电热合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括00071配料按照以下组成进行配料C0102、SI0608、MN0204、AL1921、CR12、CO051、HF12、NB2433、TI23、CE0306、DY0306、B00080。

9、02、S0001、P0001,余量为铁和不可避免的杂质;00082熔炼将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内,抽真空至1103PA,充入高纯氩气至1104PA,在28002900熔炼后随炉冷却成合金锭;00093均匀化退火将合金锭放入真空热处理炉内,在真空度1103PA、温度1050下保温24小时后随炉冷却;00104等温锻造通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭,在四柱液压机说明书CN104087843A2/3页4上进行等温锻造;00115热轧盘条将锻造后的试样进行热轧盘条,热轧温度11001200,开轧温度1180,终轧温度900,每道次变形量15;00126将热轧盘条后的坯件进行多道次。

10、拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔,其中间退火温度为810820,时间为5060MIN,油淬,每道次变形量10;00137漂洗后在光亮退火炉中退火,退火温度840,线速度为34M/MINT,最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。0014熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部,CE和DY在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中,为保证成分均匀,每个铸锭都要熔炼4遍以上。0015等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800,保温1H,放入液压机内锻造,锻造温度900950,在1104S1的应变速率进行等温锻造,变形量为35。0016本发明制备的材料成品具有优异抗高温氧化性、电阻率和。

11、使用寿命。以FE3AL高温合金为基体,添加稀土CE和DY能够净化合金基体,改善夹杂物形貌,细化晶粒,同时在晶界处形成的富氧颗粒能够对位错滑移形成阻碍,从而提高合金强度;微量B的加入对于改善合金塑性和加工性能具有重要作用;通过添加CR、CO、HF、NB、TI等元素能够有效改善合金的抗高温抗氧化性和电阻率;制备工艺中的等温锻造、热轧盘条,以及后序的多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔工艺有效的改善合金相组成和微观结构,对提高合金成品使用寿命具有重要作用。具体实施方式0017下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。0018按照如下方法制备实施例的合金成品1配料按照以下组成进行配料C013、SI0。

12、76、MN03、AL202、CR14、CO09、HF16、NB28、TI26、CE05、DY04、B0015、S00003、P00005,余量为铁和不可避免的杂质;2熔炼将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内,抽真空至1103PA,充入高纯氩气至1104PA,在2850熔炼后随炉冷却成合金锭;3均匀化退火将合金锭放入真空热处理炉内,在真空度1103PA、温度1050下保温24小时后随炉冷却;4等温锻造通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭,在四柱液压机上进行等温锻造;5热轧盘条将锻造后的试样进行热轧盘条,热轧温度11001200,开轧温度1180,终轧温度900,每道次变形量为12;6将热轧。

13、盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔,其中间退火温度为815,时间为55MIN,油淬,每道次变形量为8;7漂洗后在光亮退火炉中退火,退火温度840,线速度为32M/MINT,最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部,CE和DY在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中,为保证成分均匀,每个铸锭都要熔炼4遍以上。等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800,保温1H,放入液压机内锻造,锻造温度920,在1104S1的应变速率进行等温锻造,变形量为35。0019本发明实施例制备的合金成品具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命,。

14、克服了现有技术中的不足,具有较广的工业应用前景。以背景技术中CN1155590A中的实施例2为参照以下简称对比例,具体测试数据如下说明书CN104087843A3/3页50020表2室温电阻率MM2/M0021合金本发明对比例电阻率2312060022表3大气环境中抗氧化试验0023合金温度氧化时间H增重MG/CM2本发明1200500328对比例1200500400024显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。说明书CN104087843A。

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