CN111101024A - 一种节能型镍基合金加热线及其生产工艺 - Google Patents

一种节能型镍基合金加热线及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种节能型镍基合金加热线，所述加热线包括芯线和包覆芯线的胶层，所述芯线为镍基合金，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.0‑1.5wt％，Cr：13.5‑15.5wt％，Mo：7.0‑9.0wt％，Cu：3.5‑5.5wt％，W：3.5‑4.5wt％，Nb：1.5‑2.5wt％，Si：2.0‑3.0wt％，B：0.2‑1.0wt％，Ba：0.2‑1.0wt％，In：0.2‑1.0wt％，P：0.5‑1.0wt％，Ni：余量。本发明提供加热线，生产工艺参数合理芯线，具有良好的塑性和强度。

Description

一种节能型镍基合金加热线及其生产工艺
技术领域
本发明属于合金制备领域，具体是涉及到一种节能型镍基合金加热线及其生产工艺。
背景技术
镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。
加热线是以电阻材料为发热源，并在外层包覆软性绝缘材料，用以制造各种家用或工业用电器辅助加热用的电热元件。按主要材料可分为陶瓷加热线、碳纤维加热线、硅橡胶加热线、PVC加热线。具备的特点有：1、光谱辐射匹配吸收特性好，长期使用辐射性能不变，电热转换效率高，比一般电热件节能30％左右。2、工作温度高，选择范围广，最高耐温1000℃。3、升温快，热惯性小，耐高温，耐腐蚀，热化学性能好，使用寿命长，绝缘强度高。4、无污染，是一种洁净型的加热器。因此用以制造各种形状的电热元件，广泛用于冰箱、冷柜、空调、饮水机、电饭煲等家用电器。
镍铬加热线其抗氧化性能一般都较强，但由于炉内含各种气体，像空气、碳气氛、硫气氛以及氢、氮气氛等等，这些气体对元件在高温使用下都有一定的影响，虽然各种电热合金在出厂之前都进行了抗氧化处理，但在运输、绕制、安装等环节上都会在一定程度上造成元件损伤，而降低使用寿命。
发明内容
本发明提供了提供一种节能型镍基合金加热线，提出采用Al-Ba-Sr-In的金相模式，脱硫磷能力等方面进一步提高精炼效果，进一步提高镍基高温合金加热线的性能，提升加热线的使用寿命。
本发明通过以下技术方案得以实现。
一种节能型镍基合金加热线，所述加热线包括芯线和包覆芯线的胶层，所述芯线为镍基合金，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.0-1.5wt％，Cr：13.5-15.5wt％，Mo：7.0-9.0wt％，Cu：3.5-5.5wt％，W：3.5-4.5wt％，Nb：1.5-2.5wt％，Si：2.0-3.0wt％，B：0.2-1.0wt％，Ba：0.2-1.0wt％，In：0.2-1.0wt％，P：0.5-1.0wt％，Ni：余量。
优选的，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.3wt％，Cr：14wt％，Mo：8wt％，Cu：4wt％，W：4wt％，Nb：2wt％，Si：2.5wt％，B：0.8wt％，Ba：0.8wt％，In：0.8wt％，P：0.8wt％，Ni：余量。
一种节能型镍基合金加热线的生产生产工艺，包括芯线的制备，所述芯线的制备包括以下步骤
步骤一、原材料准备；
步骤二、真空熔炼：将步骤一准备的镍、铜投入至真空熔炼炉的坩埚内，其余原料各自放在料斗内待投入，校验真空熔炼炉并加热，使得镍、铜全熔后开始加入其余原料，加料完成后精炼，加入除气剂，精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1350-1400℃，浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉；
步骤三、热锻：对步骤二真空熔炼后所得的熔液铸模后，进行热锻，加热温度为800-850℃，保温时间40-45min，得到方锻坯；
步骤四、热轧：对步骤三所得的方锻坯热轧成直径7-8mm的盘条；
步骤五、碱洗和酸洗：对步骤四所得的盘条进行碱洗和酸洗；
步骤六、对步骤六退火后的盘条依次进行拉丝和退火处理。
优选的，所述步骤六的拉丝和退火处理为：分三次将盘条拉丝至所需要的合金丝直径；第一次拉丝至4.5mm直径，第一次拉丝后退火温度为550℃，退火时间1.5h；第二次拉丝至1.0mm直径，第二次拉丝后退火温度为530℃，退火时间1h；第三次拉丝至0.45mm直径；退火温度为580℃，退火时间1h。
优选的，所述步骤五中碱洗的溶剂包括以下组分：30-35％氢氧化钠、5-10％碳酸氢钠、5-10％三乙胺，余量为水。
优选的，所述步骤五中酸洗的溶剂包括以下组分：5-10％醋酸、30-40％浓硫酸，20-25％硝酸，余量为水
优选的，所述步骤二中除气剂为Al-CaCO3+氯气。
优选的，所述步骤二的精炼条件加热到1500-1550℃，保温时间为3-4h。
本发明的有益效果在于：
本发明所述加热线中的芯线具有良好的塑性和强度。芯线中由于镍含量高，铬含量相对降低，并且具有较多的强化相，因此是一种综合性能优异的镍合金。同时芯线的成分合格，强度和塑性指标均达到国家标准的要求，芯线组织性能良好，致密均匀，没有严重影响合金的大块夹杂物，在冶金过程中，气孔疏松很少，热加工参数确定合理，无氧化脱碳等不良现象出现。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1
一种节能型镍基合金加热线，所述加热线包括芯线和包覆芯线的胶层，所述芯线为镍基合金，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.0wt％，Cr：13.5wt％，Mo：7.0wt％，Cu：3.5wt％，W：3.5wt％，Nb：1.5wt％，Si：2.0wt％，B：0.2wt％，Ba：0.2wt％，In：0.2wt％，P：0.5wt％，Ni：余量。
一种节能型镍基合金加热线的生产生产工艺，包括芯线的制备，所述芯线的制备包括以下步骤
步骤一、原材料准备；
步骤二、真空熔炼：将步骤一准备的镍、铜投入至真空熔炼炉的坩埚内，其余原料各自放在料斗内待投入，校验真空熔炼炉并加热，使得镍、铜全熔后开始加入其余原料，加料完成后精炼，加入除气剂，在1500-1550℃，时间为3h的条件下精炼，精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1350℃，浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉；除气剂为Al-CaCO3+氯气，加入的量为，合金原料总量的1％，其中Al、CaCO3、氯气各占除气剂的20％、30％、50％。
步骤三、热锻：对步骤二真空熔炼后所得的熔液铸模后，进行热锻，加热温度为800-850℃，保温时间40-45min，得到方锻坯；
步骤四、热轧：对步骤三所得的方锻坯热轧成直径7-8mm的盘条；
步骤五、碱洗和酸洗：对步骤四所得的盘条进行碱洗和酸洗；碱洗的溶剂包括以下组分：30％氢氧化钠、5％碳酸氢钠、5％三乙胺，余量为水。酸洗的溶剂包括以下组分：5％醋酸、30％浓硫酸，20％硝酸，余量为水
步骤六、对步骤六退火后的盘条依次进行拉丝和退火处理，分三次将盘条拉丝至所需要的合金丝直径；第一次拉丝至4.5mm直径，第一次拉丝后退火温度为550℃，退火时间1.5h；第二次拉丝至1.0mm直径，第二次拉丝后退火温度为530℃，退火时间1h；第三次拉丝至0.45mm直径；退火温度为580℃，退火时间1h。
实施例2
一种节能型镍基合金加热线，所述加热线包括芯线和包覆芯线的胶层，所述芯线为镍基合金，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.3wt％，Cr：14wt％，Mo：8wt％，Cu：4wt％，W：4wt％，Nb：2wt％，Si：2.5wt％，B：0.8wt％，Ba：0.8wt％，In：0.8wt％，P：0.8wt％，Ni：余量。
一种节能型镍基合金加热线的生产生产工艺，包括芯线的制备，所述芯线的制备包括以下步骤
步骤一、原材料准备；
步骤二、真空熔炼：将步骤一准备的镍、铜投入至真空熔炼炉的坩埚内，其余原料各自放在料斗内待投入，校验真空熔炼炉并加热，使得镍、铜全熔后开始加入其余原料，加料完成后精炼，加入除气剂，在1500-1550℃，时间为3.5h的条件下精炼，精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1400℃，浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉；除气剂为Al-CaCO3+氯气，加入的量为，合金原料总量的1.5％，其中Al、CaCO3、氯气各占除气剂的20％、30％、50％。
步骤三、热锻：对步骤二真空熔炼后所得的熔液铸模后，进行热锻，加热温度为800-850℃，保温时间42min，得到方锻坯；
步骤四、热轧：对步骤三所得的方锻坯热轧成直径7-8mm的盘条；
步骤五、碱洗和酸洗：对步骤四所得的盘条进行碱洗和酸洗；碱洗的溶剂包括以下组分：33％氢氧化钠、8％碳酸氢钠、8％三乙胺，余量为水。酸洗的溶剂包括以下组分：8％醋酸、35％浓硫酸，23％硝酸，余量为水
步骤六、对步骤六退火后的盘条依次进行拉丝和退火处理，分三次将盘条拉丝至所需要的合金丝直径；第一次拉丝至4.5mm直径，第一次拉丝后退火温度为550℃，退火时间1.5h；第二次拉丝至1.0mm直径，第二次拉丝后退火温度为530℃，退火时间1h；第三次拉丝至0.45mm直径；退火温度为580℃，退火时间1h。
实施例3
一种节能型镍基合金加热线，所述加热线包括芯线和包覆芯线的胶层，所述芯线为镍基合金，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.5wt％，Cr：15.5wt％，Mo：9.0wt％，Cu：5.5wt％，W：4.5wt％，Nb：2.5wt％，Si：3.0wt％，B：1.0wt％，Ba：1.0wt％，In：1.0wt％，P：1.0wt％，Ni：余量。
一种节能型镍基合金加热线的生产生产工艺，包括芯线的制备，所述芯线的制备包括以下步骤
步骤一、原材料准备；
步骤二、真空熔炼：将步骤一准备的镍、铜投入至真空熔炼炉的坩埚内，其余原料各自放在料斗内待投入，校验真空熔炼炉并加热，使得镍、铜全熔后开始加入其余原料，加料完成后精炼，加入除气剂，在1500-1550℃，时间为4h的条件下精炼，精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1400℃，浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉；除气剂为Al-CaCO3+氯气，加入的量为，合金原料总量的2％，其中Al、CaCO3、氯气各占除气剂的20％、30％、50％。
步骤三、热锻：对步骤二真空熔炼后所得的熔液铸模后，进行热锻，加热温度为800-850℃，保温时间40-45min，得到方锻坯；
步骤四、热轧：对步骤三所得的方锻坯热轧成直径7-8mm的盘条；
步骤五、碱洗和酸洗：对步骤四所得的盘条进行碱洗和酸洗；碱洗的溶剂包括以下组分：35％氢氧化钠、10％碳酸氢钠、10％三乙胺，余量为水。酸洗的溶剂包括以下组分：10％醋酸、40％浓硫酸，25％硝酸，余量为水
步骤六、对步骤六退火后的盘条依次进行拉丝和退火处理，分三次将盘条拉丝至所需要的合金丝直径；第一次拉丝至4.5mm直径，第一次拉丝后退火温度为550℃，退火时间1.5h；第二次拉丝至1.0mm直径，第二次拉丝后退火温度为530℃，退火时间1h；第三次拉丝至0.45mm直径；退火温度为580℃，退火时间1h。
对照例1
参照实施例2的条件进行，其中生产工艺中步骤S2中不加除气剂，其他一致；
对照例2
参照实施例2的条件进行，其中生产工艺中步骤S2中不进行碱洗和酸洗，其他一致；
机械性能详见下表1
Figure BDA0002338359030000061
从表1可得知，芯线具有良好的塑性和强度。芯线中由于镍含量高，铬含量相对降低，并且具有较多的强化相，因此是一种综合性能优异的镍合金。同时芯线的成分合格，强度和塑性指标均达到国家标准的要求，芯线组织性能良好，致密均匀，没有严重影响合金的大块夹杂物，在冶金过程中，气孔疏松很少，热加工参数确定合理，无氧化脱碳等不良现象出现，拉丝成品表面质量良好，该芯线的生产工艺参数是合理的。
本发明中芯线原料中，Al、In以及氯气都具有对合金熔体的脱氧作用，比单一Al-CaCO3的脱氧能力强。
同时本发明中引入In元素，In具有净化脱氧、脱硫、脱磷产物和变质这些夹杂物的作用，有利于进一步提高镍基高温合金材料的性能。
按照合金牌号新品KSC的要求，对实施例1-3，对比例1-2的信息进行检测，检测结果如下表2所述：
表2
Figure BDA0002338359030000062
Figure BDA0002338359030000071
从表2可以看出，实施例1-3的产品，在加入除气剂以后，检测温度、快速寿命及延伸率得到了较大幅度的提高；同时在进行酸洗碱洗后检测温度、快速寿命及延伸率得到了小范围的提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种节能型镍基合金加热线，所述加热线包括芯线和包覆芯线的胶层，其特征在于，所述芯线为镍基合金，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.0-1.5wt％，Cr：13.5-15.5wt％，Mo：7.0-9.0wt％，Cu：3.5-5.5wt％，W：3.5-4.5wt％，Nb：1.5-2.5wt％，Si：2.0-3.0wt％，B：0.2-1.0wt％，Ba：0.2-1.0wt％，In：0.2-1.0wt％，P：0.5-1.0wt％，Ni：余量。
2.根据权利要求1所述的节能型镍基合金加热线，其特征在于，所述镍基合金的成分和含量为：C：1.3wt％，Cr：14wt％，Mo：8wt％，Cu：4wt％，W：4wt％，Nb：2wt％，Si：2.5wt％，B：0.8wt％，Ba：0.8wt％，In：0.8wt％，P：0.8wt％，Ni：余量。
3.一种如权利要求1所述的节能型镍基合金加热线的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、原材料准备；
步骤二、真空熔炼：将步骤一准备的镍、铜投入至真空熔炼炉的坩埚内，其余原料各自放在料斗内待投入，校验真空熔炼炉并加热，使得镍、铜全熔后开始加入其余原料，加料完成后精炼，加入除气剂，精炼后镇静，然后带电浇注，浇注温度为1350-1400℃，浇注完毕后随炉冷却，破坏真空后出炉；
步骤三、热锻：对步骤二真空熔炼后所得的熔液铸模后，进行热锻，加热温度为800-850℃，保温时间40-45min，得到方锻坯；
步骤四、热轧：对步骤三所得的方锻坯热轧成直径7-8mm的盘条；
步骤五、碱洗和酸洗：对步骤四所得的盘条进行碱洗和酸洗；
步骤六、对步骤六退火后的盘条依次进行拉丝和退火处理。
4.根据权利要求3所述的节能型镍基合金加热线的生产工艺，其特征在于，所述步骤六的拉丝和退火处理为：分三次将盘条拉丝至所需要的合金丝直径；第一次拉丝至4.5mm直径，第一次拉丝后退火温度为550℃，退火时间1.5h；第二次拉丝至1.0mm直径，第二次拉丝后退火温度为530℃，退火时间1h；第三次拉丝至0.45mm直径；退火温度为580℃，退火时间1h。
5.根据权利要求3所述的节能型镍基合金加热线的生产工艺，其特征在于，所述步骤五中碱洗的溶剂包括以下组分：30-35％氢氧化钠、5-10％碳酸氢钠、5-10％三乙胺，余量为水。
6.根据权利要求3所述的节能型镍基合金加热线的生产工艺，其特征在于，所述步骤五中酸洗的溶剂包括以下组分：5-10％醋酸、30-40％浓硫酸，20-25％硝酸，余量为水。
7.根据权利要求3所述的节能型镍基合金加热线的生产工艺，其特征在于，所述步骤二中除气剂为Al-CaCO3+氯气。
8.根据权利要求3所述的节能型镍基合金加热线的生产工艺，其特征在于，所述步骤二的精炼条件加热到1500-1550℃，保温时间为3-4h。
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