一种铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法与流程

1.本发明涉及金属成型技术领域，尤其涉及一种铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法。


背景技术：

2.铁铬铝系列合金是目前用量最大的电热合金材料，被广泛用于工业加热、冶金化工、玻璃制造、机械及家用电器等领域。铁铬铝电热合金属于铁素体合金，其中含有大量的铬、铝元素并固溶于铁素体基体当中，在提高材料强度、硬度的同时，使合金具有优良的高温抗氧化性及高电阻率，同时价格低廉。然而，随着铬、铝元素的不断增加，合金材料的塑性则不断下降，特别是在1000℃以上，合金材料出现明显的高温脆性，铁素体晶粒在该温度下粗化并引起塑性急剧降低，引发脆断，导致该系列合金高温强度普遍较低、使用寿命短。
3.中国专利文献cn109402342a公开了一种铁铬铝合金的制备方法，通过添加大量的金属钒、稀土元素以及其它活性元素，利用复杂的合金化来抑制高温下晶粒的长大，进而提高材料的高温性能。然而，大量的贵金属元素添加将使材料的生产成本大幅增加。另外，此类合金材料多采用传统冶炼方法，需通过两次以上的熔炼过程来减少杂质元素含量、调控合金元素含量，但仍难以从根本上解决合金元素偏析、组织不均匀的问题，这限制了合金性能潜力的发挥。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，通过在合金中加入适量的金属钴和铌，改善合金的晶体结构及组织成分，使该电热合金的热强性能增大，适宜在高温状态下长时间使用；通过对成份优化，合金具有较好的加工塑性和成材率，保证了高al含量下产品仍具有良好的成形性能，采用了粉末热压成形加电渣重熔的合金熔炼方法，显著提高了合金的制坯质量，最终制备出高质量的电热合金丝材产品。
5.技术方案：本发明所公开的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、原材料准备及均匀化处理原材料为按照合金成分的质量百分数称取的铁粉、铬粉、铝粉、钴粉、铌粉，处理得到均匀细化的混合粉体；s2、真空热压形成电极棒坯将混合粉体装入圆柱形模具内，再将模具整体在真空热压炉中热压致密化，获得圆柱形电极棒坯；s3、电渣重熔精炼将棒坯利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行熔化，金属熔滴通过渣层以降低各种非金属杂质含量，最终凝固结晶形成圆柱形合金钢锭；
s4、热锻开坯将合金钢锭锻造加热后，对其进行连续开坯锻造；s5、热轧盘条、盘条退火将开坯后的钢坯进行多道次连续热轧，使截面尺寸不断减小，长度不断增加，工件轧后水淬冷却，对热轧后的盘条进行退火处理，退火后水冷处理；s6、除油酸洗对退火后盘条依次进行除油处理和酸洗处理；s7、表面涂层处理s8、拉拔成丝及热处理盘条经过多道次连续冷拉拔成形得到最终的丝材形态，每道次拉拔前，均在表面涂覆润滑剂，成形后立刻进行真空退火处理。
6.其中，该合金丝材的合金元素成份及质量分数为：铬cr: 21-25％；铝al: 7-9％；钴co: 0.5-1％ ；铌nb: 0.3-0.5％；镍ni: ≤0.5％；锰mn: ≤0.5％；硅si: ≤0.5％；碳c：≤0.05％；硫s：≤0.025％；磷p：≤0.025％；余量为铁及不可避免的杂质。
7.进一步的，s1中的金属粉粒度不超过30μm，纯度不低于99%，将初步混合后的原料粉体加入到乙醇悬浮液的容器中，首先进行电磁搅拌2-5h、搅拌速度500-2000r/min，随后进行超声震荡处理1-4h、频率为10-50khz，得到混合物乙醇溶液，再将混合物乙醇溶液放置在干燥箱中进行干燥处理以去除酒精溶剂，干燥温度不超过80℃，干燥时间1-2h，得到混合金属粉体，将上述混合粉体放入球磨罐，再加入硬脂酸，硬脂酸的质量是原料粉体总质量的1.5-3%，球磨罐放在球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为二氧化锆，球料质量比为10-15：1，球磨过程20-30h，球磨罐转速为50-100r/min。
8.进一步的，s2中热压时，先启动压力系统，对模具内的混合粉体逐级加压至70-80mpa后，保压10min，逐级降低压力至5-10mpa；再启动抽真空系统，使系统内气体压力降至1pa以下，然后打开加热系统，以15-20℃/min的升温速率加热至600-650℃后，保温40-60min，除湿除气，然后再以5-10℃/min的速率加热至800-850℃后，重新开始逐级增加压力到100-150mpa，保压10min，继续升温至1100-1150℃，并在恒温恒压下保持80-160min，完成对粉体的热压致密化，降温、破真空、卸压后，热压坯随炉冷却，并从模具中取出，最终获得直径为60-80mm的圆柱形电极棒坯。
9.进一步的，s3电渣重熔过程中，保持渣层厚度60-100mm，工作电压45-55v，工作电流2300-2800a，填充系数0.32-0.4，熔炼初期，熔渣温度保持在1580-1640℃，熔炼后期熔渣
温度保持在1700-1800℃，重熔结束前降低工作电流至1000-1400a，电渣重熔结束后，钢锭在模内冷却10-15分钟后脱模，脱模后的钢锭立刻埋入热砂或坑内缓冷至室温，得到钢锭尺寸为：直径120-140mm，长度350-450mm；渣料成份按照质量分数包括：60%caf2、30% cao、10%al2o3，渣料平均粒度不大于5mm，渣料使用前经过烘烤脱水处理。
10.进一步的，s4中锻造加热采用盐浴炉装置，加热介质采用的盐为无水氯化钡，纯度达到99%以上，工作前，首先将不锈钢启动电极插入到炉膛中间，用钡盐粉末覆盖电极的发热段，然后电极接通380v的交流电并接通，电极发热并逐渐将覆盖的钡盐粉末熔融，采用红外装置实时检测熔盐温度，当熔盐温度升至1100-1160℃后，保温20min，再将钢锭完全浸入熔盐当中并保温60-80min，取出钢锭迅速放置在空气锤砧台上，采用空气锤对钢锭进行连续开坯锻造，锻造过程中工件温度不得低于900℃，工件四面应尽量均匀变形，锻造压下量不低于70%，改锻后的钢锭截面形状为方形，尺寸为35
×
35-60
×
60mm，锻后堆冷至室温。
11.进一步的，s5中将开坯后的钢坯进行10-20道次的连续热轧，使工件截面尺寸不断减小，长度不断增加，热连轧的工程变形量为80-90%，采用环形电加热炉加热工件，炉子温度控制在1120-1180℃，工件在炉中加热时间为20-35分钟，工件在轧制过程中的温度不低于850℃，最大轧制速度控制在10-20m/s，工件轧后水淬冷却，最终成形直径为5.5-8.5mm的盘条，对热轧后的盘条进行退火处理，退火温度800-900℃，退火时间2-4h，退火后工件水冷处理。
12.进一步的，s6中除油处理溶液配方：氢氧化钠50-100g/l，高锰酸钾50
‑‑
100g/l，其余为水，溶液温度保持在80-100℃，盘条整体浸入溶液内，并停留1-2小时，除油结束后，迅速吊起盘条并立即淬入水槽中急冷，酸洗处理溶液配方为：硝酸100-160g/l，氢氟酸20-50g/l，其余为水，溶液温度保持在40-50℃，酸洗时间10-60分钟，酸洗后，迅速将盘条吊起并浸入60-80℃的热水中冲洗干净。
13.进一步的，s7中涂层溶液的质量分数配方为：10-15%的硼砂，其余为水，涂层溶液保持在80-90℃，盘条整体浸入溶液内停留5-10min，取出并烘干处理。
14.进一步的，s8中盘条经过3-4道次的连续冷拉拔成形到最终的丝材状态，最大总截面压缩率应控制在80-90%；所述润滑剂为80%硬脂酸锌和20%石灰粉按质量分数的混合粉体，在连续拉丝机上进行冷拉拔加工，拉丝模具温度控制在150-250℃；拉拔时：第一道冷拉拔，将丝材直径加工到3.5-3.8mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间2-3min，水冷，丝材连续传送速度3-5m/min；第二道冷拉拔，将丝材直径加工到2-2.5mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间1.5-2min，水冷，丝材连续传送速度4-6m/min；第三道冷拉拔，将丝材直径加工到1.2-1.4mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间0.8-1.2min，水冷，丝材连续传送速度8-10m/min；第四道冷拉拔，将丝材直径加工到0.9-1.1mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间0.4-1min，水冷，丝材连续传送速度15-20m/min。
15.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：1、将粉体真空热压成形电极棒坯与电渣重熔技术相结合，实现了合金元素含量的
准确控制，大幅度减少了杂质元素含量；同时，采用了电磁搅拌、超声振动、球磨处理等技术手段，使金属粉体最大限度的均匀分布并极大细化了合金材料的晶粒组织，有效解决了合金成份偏析问题，显著提高了合金的综合力学性能；2、采用了粉体真空热压技术与电渣重熔技术，减少了合金冶炼过程中铝与氧、氮等形成的化合物夹杂，使合金的塑性加工性能及电性能得到明显提高，铝的添加量可增加到8-10%，进而提高了该合金在高温下的抗氧化性能，合金的使用温度及高温使用寿命明显提高；3、通过加入适量的钴和铌，优化设计了传统的fecral合金成份，使合金材料高温综合性能得到提高，钴元素固溶强化铁素体，提高基体结构的稳定性，可有效提高合金材料的高温持久强度、高温蠕变强度，铌有沉淀硬化的作用，并且优先形成碳化物弥散强化基体、消除碳对组织的不利影响，细化晶粒，阻碍高温下铁素体晶粒的长大，有效提高合金材料的高温强度、抗蠕变、耐腐蚀性能等；4、针对新型的fecral合金材料，研发了全流程的塑性加工技术方案，实现了该电热合金材料丝材制备技术的工业化应用，利用本发明制成的丝材室温抗拉强度在700-800mpa，延伸率大于12%，使用温度可达1400℃，1000℃下的抗拉强度22-25mpa，以上性能明显优于现有同系列电热合金的性能；5、采用了盐浴炉加热装置，使得坯件在加热过程中升温迅速，受热更加均匀，且加热全过程无氧化，可满足高质量电热合金的加热需要。
实施方式
16.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
17.实施例1，包括以下步骤：步骤一、原材料准备及均匀化处理使用的原材料是铁粉、铬粉、铝粉、钴粉、铌粉，按照合金成分的质量百分数进行称重并混合，以上金属粉的粒度不超过30μm，纯度不低于99%。将初步混合后的原料粉体加入到乙醇悬浮液的容器中，首先进行电磁搅拌5h、搅拌速度2000r/min。随后进行超声震荡处理4h、频率为50khz，得到混合物的乙醇溶液。再将混合物乙醇溶液放置在干燥箱中进行干燥处理以去除酒精溶剂，干燥温度80℃，干燥时间2h，得到混合金属粉体。将上述混合粉体放入球磨罐，再加入硬脂酸，硬脂酸的质量是原料粉体总质量的3%，球磨罐放在球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为二氧化锆，球料质量比为15：1；球磨过程30h；球磨罐转速为100r/min，最终获得均匀细化的混合粉体。
18.步骤二、真空热压成形电极棒坯压坯：将球磨后的混合粉体装入圆柱形耐高压的模具内，再将模具整体放入真空热压炉中。
19.启动压力系统，对模具内的混合粉体逐级加压至80mpa后，保压10min；然后，再逐级降低压力至10mpa。
20.启动抽真空系统，使系统内气体压力降至1pa以下，然后打开加热系统，以20℃/min的升温速率加热至650℃后，保温60min，除湿除气；然后再以10℃/min的速率加热至850℃后，重新开始逐级增加压力到150mpa，保压10min；然后继续升温至1150℃，并在恒温恒压
下保持160min，完成对粉体的热压致密化。降温、破真空、卸压后，热压坯随炉冷却，并从模具中取出，最终获得直径为80mm的圆柱形电极棒坯。
21.步骤三、电渣重熔精炼将棒坯利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行熔化，金属熔滴通过渣层以降低各种非金属杂质含量，最终凝固结晶形成圆柱形合金钢锭，钢锭尺寸为：直径140mm，长度450mm。电渣重熔过程中，保持渣层厚度100mm，工作电压55v，工作电流2800a，填充系数0.4。熔炼初期，熔渣温度保持在1640℃，熔炼后期熔渣温度保持在1800℃。重熔结束前应降低工作电流至1400a，降低熔化速度以避免钢锭顶部产生缩孔疏松。电渣重熔结束后，钢锭应在模内冷却15min后脱模。脱模后的钢锭应立刻埋入热砂内缓冷至室温。
22.渣料成份（质量分数）为：60%caf2，30% cao，10%al2o3，渣料平均粒度不大于5mm，渣料使用前需要经过烘烤脱水处理。
23.步骤四、热锻开坯钢锭的锻造加热采用了盐浴炉装置，加热介质采用的盐为无水氯化钡（纯度达到99%以上）。工作前，首先将不锈钢启动电极插入到炉膛中间，用钡盐粉末覆盖电极的发热段，然后电极接通380v的交流电并接通，电极发热并逐渐将覆盖的钡盐粉末熔融，采用红外装置实时检测熔盐温度，当熔盐温度升至1160℃后，保温20min，再将钢锭完全浸入熔盐当中并保温80min，随后，取出钢锭并迅速放置在空气锤砧台上，采用空气锤对钢锭进行连续开坯锻造，锻造过程中工件温度不得低于900℃，工件四面应尽量均匀变形，锻造压下量不低于70%，改锻后的钢锭截面形状为方形，尺寸为60
×
60mm，钢锭不应有尖角，锻后堆冷至室温。
24.步骤五、热轧盘条、盘条退火将开坯后的钢坯，进行20道次的连续热轧，使工件截面尺寸不断减小，长度不断增加，热连轧的工程变形量为90%。采用环形电加热炉加热工件，炉子温度控制在1180℃，工件在炉中加热时间为35min，工件在轧制过程中的温度不低于850℃，最大轧制速度控制在20m/s，工件轧后水淬冷却，最终成形直径为8.5mm的盘条。
25.对热轧后的盘条进行退火处理，退火温度900℃，退火时间4h，退火后工件水冷处理。
26.步骤六、除油酸洗首先对退火后盘条进行除油处理。除油溶液配方：氢氧化钠100g/l，高锰酸钾100g/l，其余为水。溶液温度保持在100℃，盘条整体浸入溶液内，并停留2h。除油结束后，迅速吊起盘条并立即淬入水槽中急冷。
27.除油后，再对盘条进行酸洗。酸洗处理溶液配方为：硝酸160g/l，氢氟酸50g/l，其余为水。溶液温度保持在50℃，酸洗时间60min。酸洗后，迅速将盘条吊起并浸入80℃的热水中冲洗干净。
28.步骤7、表面涂层处理涂层溶液的配方为：15%的硼砂（na2b4o
75·
h2o），其余为水。涂层溶液保持在90℃，盘条整体浸入溶液内停留10min，取出并烘干处理。
29.步骤8、拉拔成丝及热处理盘条需经过4次的连续冷拉拔成形到最终的丝材状态，最大总截面压缩率应控制
在90%。在每道次拉拔前，丝材均应在表面涂覆润滑剂，然后再进行拉拔成形，成形后应立刻进行真空退火处理。所述润滑剂为：80%硬脂酸锌+20%石灰粉的混合粉体。在连续拉丝机上进行冷拉拔加工，拉丝模具温度控制在250℃。
30.第一道冷拉拔，将丝材直径加工到3.8mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为900℃，退火时间3min，水冷，丝材连续传送速度5m/min。
31.第二道冷拉拔，将丝材直径加工到2.5mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为900℃，退火时间2min，水冷，丝材连续传送速度6 m/min。
32.第三道冷拉拔，将丝材直径加工到1.4mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为900℃，退火时间1.2min，水冷，丝材连续传送速度10m/min。
33.第四道冷拉拔，将丝材直径加工到1.1mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为900℃，退火时间1min，水冷，丝材连续传送速度20m/min。
34.最后丝材产品卷绕成卷，包装入库。
35.该合金丝材的合金元素成份及质量分数为：铬cr: 25％；铝al: 9％；钴co: 1％ ；铌nb: 0.5％；镍ni: ≤0.5％；锰mn: ≤0.5％；硅si: ≤0.5％；碳c：≤0.05％；硫s：≤0.025％；磷p：≤0.025％；余量为铁及不可避免的杂质。
36.实施例2，包括以下步骤：步骤一、原材料准备及均匀化处理使用的原材料是铁粉、铬粉、铝粉、钴粉、铌粉，按照合金成分的质量百分数进行称重并混合，以上金属粉的粒度不超过30μm，纯度不低于99%。将初步混合后的原料粉体加入到乙醇悬浮液的容器中，首先进行电磁搅拌2h、搅拌速度500r/min。随后进行超声震荡处理1h、频率为10khz，得到混合物的乙醇溶液。再将混合物乙醇溶液放置在干燥箱中进行干燥处理以去除酒精溶剂，干燥温度80℃，干燥时间1h，得到混合金属粉体。将上述混合粉体放入球磨罐，再加入硬脂酸，硬脂酸的质量是原料粉体总质量的1.5%，球磨罐放在球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为二氧化锆，球料质量比为10：1；球磨过程20h；球磨罐转速为50r/min，最终获得均匀细化的混合粉体。
37.步骤二、真空热压成形电极棒坯压坯：将球磨后的混合粉体装入圆柱形耐高压的模具内，再将模具整体放入真空热压炉中。
38.启动压力系统，对模具内的混合粉体逐级加压至70mpa后，保压10min；然后，再逐级降低压力至5mpa。
39.启动抽真空系统，使系统内气体压力降至1pa以下，然后打开加热系统，以15℃/min的升温速率加热至600℃后，保温40min，除湿除气；然后再以5℃/min的速率加热至800℃后，重新开始逐级增加压力到100mpa，保压10min；然后继续升温至1100℃，并在恒温恒压下保持80min，完成对粉体的热压致密化。降温、破真空、卸压后，热压坯随炉冷却，并从模具中取出，最终获得直径为60mm的圆柱形电极棒坯。
40.步骤三、电渣重熔精炼将棒坯利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行熔化，金属熔滴通过渣层以降低各种非金属杂质含量，最终凝固结晶形成圆柱形合金钢锭，钢锭尺寸为：直径120mm，长度350mm。电渣重熔过程中，保持渣层厚度60mm，工作电压45v，工作电流2300a，填充系数0.32。熔炼初期，熔渣温度保持在1580℃，熔炼后期熔渣温度保持在1700℃。重熔结束前应降低工作电流至1000a，降低熔化速度以避免钢锭顶部产生缩孔疏松。电渣重熔结束后，钢锭应在模内冷却10min后脱模。脱模后的钢锭应立刻埋入坑内缓冷至室温。
41.渣料成份（质量分数）为：60%caf2，30% cao，10%al2o3，渣料平均粒度不大于5mm，渣料使用前需要经过烘烤脱水处理。
42.步骤四、热锻开坯钢锭的锻造加热采用了盐浴炉装置，加热介质采用的盐为无水氯化钡（纯度达到99%以上）。工作前，首先将不锈钢启动电极插入到炉膛中间，用钡盐粉末覆盖电极的发热段，然后电极接通380v的交流电并接通，电极发热并逐渐将覆盖的钡盐粉末熔融，采用红外装置实时检测熔盐温度，当熔盐温度升至1100℃后，保温20min，再将钢锭完全浸入熔盐当中并保温60min，随后，取出钢锭并迅速放置在空气锤砧台上，采用空气锤对钢锭进行连续开坯锻造，锻造过程中工件温度不得低于900℃，工件四面应尽量均匀变形，锻造压下量不低于70%，改锻后的钢锭截面形状为方形，尺寸为35
×
35mm，钢锭不应有尖角，锻后堆冷至室温。
43.步骤五、热轧盘条、盘条退火将开坯后的钢坯，进行10道次的连续热轧，使工件截面尺寸不断减小，长度不断增加，热连轧的工程变形量为80%。采用环形电加热炉加热工件，炉子温度控制在1120℃，工件在炉中加热时间为20min，工件在轧制过程中的温度不低于850℃，最大轧制速度控制在10m/s，工件轧后水淬冷却，最终成形直径为5.5mm的盘条。
44.对热轧后的盘条进行退火处理，退火温度800℃，退火时间2h，退火后工件水冷处理。
45.步骤六、除油酸洗首先对退火后盘条进行除油处理。除油溶液配方：氢氧化钠50g/l，高锰酸钾50g/l，其余为水。溶液温度保持在80℃，盘条整体浸入溶液内，并停留1h。除油结束后，迅速吊起盘条并立即淬入水槽中急冷。
46.除油后，再对盘条进行酸洗。酸洗处理溶液配方为：硝酸100g/l，氢氟酸20g/l，其余为水。溶液温度保持在40℃，酸洗时间10min。酸洗后，迅速将盘条吊起并浸入60℃的热水中冲洗干净。
47.步骤7、表面涂层处理涂层溶液的配方为：10%的硼砂（na2b4o
75·
h2o），其余为水。涂层溶液保持在80℃，
盘条整体浸入溶液内停留5min，取出并烘干处理。
48.步骤8、拉拔成丝及热处理盘条需经过4次的连续冷拉拔成形到最终的丝材状态，最大总截面压缩率应控制在80%。在每道次拉拔前，丝材均应在表面涂覆润滑剂，然后再进行拉拔成形，成形后应立刻进行真空退火处理。所述润滑剂为：80%硬脂酸锌+20%石灰粉的混合粉体。在连续拉丝机上进行冷拉拔加工，拉丝模具温度控制在150℃。
49.第一道冷拉拔，将丝材直径加工到3.5mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850℃，退火时间2min，水冷，丝材连续传送速度3m/min。
50.第二道冷拉拔，将丝材直径加工到2mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850℃，退火时间1.5min，水冷，丝材连续传送速度4m/min。
51.第三道冷拉拔，将丝材直径加工到1.2mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850℃，退火时间0.8min，水冷，丝材连续传送速度8m/min。
52.第四道冷拉拔，将丝材直径加工到0.9mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850℃，退火时间0.4min，水冷，丝材连续传送速度15m/min。
53.最后丝材产品卷绕成卷，包装入库。
54.该合金丝材的合金元素成份及质量分数为：铬cr: 21％；铝al: 7％；钴co: 0.5％ ；铌nb: 0.3％；镍ni: ≤0.5％；锰mn: ≤0.5％；硅si: ≤0.5％；碳c：≤0.05％；硫s：≤0.025％；磷p：≤0.025％；余量为铁及不可避免的杂质。
55.实施例3，包括以下步骤：步骤一、原材料准备及均匀化处理使用的原材料是铁粉、铬粉、铝粉、钴粉、铌粉，按照合金成分的质量百分数进行称重并混合，以上金属粉的粒度不超过30μm，纯度不低于99%。将初步混合后的原料粉体加入到乙醇悬浮液的容器中，首先进行电磁搅拌3h、搅拌速度1200r/min。随后进行超声震荡处理2h、频率为30khz，得到混合物的乙醇溶液。再将混合物乙醇溶液放置在干燥箱中进行干燥处理以去除酒精溶剂，干燥温度80℃，干燥时间1.5h，得到混合金属粉体。将上述混合粉体放入球磨罐，再加入硬脂酸，硬脂酸的质量是原料粉体总质量的2%，球磨罐放在球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为二氧化锆，球料质量比为12：1；球磨过程25h；球磨罐转速为75r/min，最终获得均匀细化的混合粉体。
56.步骤二、真空热压成形电极棒坯压坯：将球磨后的混合粉体装入圆柱形耐高压的模具内，再将模具整体放入真空
热压炉中。
57.启动压力系统，对模具内的混合粉体逐级加压至75mpa后，保压10min；然后，再逐级降低压力至7mpa。
58.启动抽真空系统，使系统内气体压力降至1pa以下，然后打开加热系统，以17℃/min的升温速率加热至630℃后，保温50min，除湿除气；然后再以7℃/min的速率加热至830℃后，重新开始逐级增加压力到125mpa，保压10min；然后继续升温至1130℃，并在恒温恒压下保持120min，完成对粉体的热压致密化。降温、破真空、卸压后，热压坯随炉冷却，并从模具中取出，最终获得直径为70mm的圆柱形电极棒坯。
59.步骤三、电渣重熔精炼将棒坯利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行熔化，金属熔滴通过渣层以降低各种非金属杂质含量，最终凝固结晶形成圆柱形合金钢锭，钢锭尺寸为：直径130mm，长度400mm。电渣重熔过程中，保持渣层厚度80mm，工作电压50v，工作电流2500a，填充系数0.36。熔炼初期，熔渣温度保持在1600℃，熔炼后期熔渣温度保持在1750℃。重熔结束前应降低工作电流至1200a，降低熔化速度以避免钢锭顶部产生缩孔疏松。电渣重熔结束后，钢锭应在模内冷却12min后脱模。脱模后的钢锭应立刻埋入热砂内缓冷至室温。
60.渣料成份（质量分数）为：60%caf2，30% cao，10%al2o3，渣料平均粒度不大于5mm，渣料使用前需要经过烘烤脱水处理。
61.步骤四、热锻开坯钢锭的锻造加热采用了盐浴炉装置，加热介质采用的盐为无水氯化钡（纯度达到99%以上）。工作前，首先将不锈钢启动电极插入到炉膛中间，用钡盐粉末覆盖电极的发热段，然后电极接通380v的交流电并接通，电极发热并逐渐将覆盖的钡盐粉末熔融，采用红外装置实时检测熔盐温度，当熔盐温度升至1130℃后，保温20min，再将钢锭完全浸入熔盐当中并保温70min，随后，取出钢锭并迅速放置在空气锤砧台上，采用空气锤对钢锭进行连续开坯锻造，锻造过程中工件温度不得低于900℃，工件四面应尽量均匀变形，锻造压下量不低于70%，改锻后的钢锭截面形状为方形，尺寸为50
×
50mm，钢锭不应有尖角，锻后堆冷至室温。
62.步骤五、热轧盘条、盘条退火将开坯后的钢坯，进行15道次的连续热轧，使工件截面尺寸不断减小，长度不断增加，热连轧的工程变形量为85%。采用环形电加热炉加热工件，炉子温度控制在1160℃，工件在炉中加热时间为30min，工件在轧制过程中的温度不低于850℃，最大轧制速度控制在15m/s，工件轧后水淬冷却，最终成形直径为7mm的盘条。
63.对热轧后的盘条进行退火处理，退火温度850℃，退火时间3h，退火后工件水冷处理。
64.步骤六、除油酸洗首先对退火后盘条进行除油处理。除油溶液配方：氢氧化钠75g/l，高锰酸钾75g/l，其余为水。溶液温度保持在90℃，盘条整体浸入溶液内，并停留1.5h。除油结束后，迅速吊起盘条并立即淬入水槽中急冷。
65.除油后，再对盘条进行酸洗。酸洗处理溶液配方为：硝酸130g/l，氢氟酸35g/l，其余为水。溶液温度保持在45℃，酸洗时间35min。酸洗后，迅速将盘条吊起并浸入70℃的热水
中冲洗干净。
66.步骤7、表面涂层处理涂层溶液的配方为：12%的硼砂（na2b4o
75·
h2o），其余为水。涂层溶液保持在85℃，盘条整体浸入溶液内停留7min，取出并烘干处理。
67.步骤8、拉拔成丝及热处理盘条需经过3次的连续冷拉拔成形到最终的丝材状态，最大总截面压缩率应控制在85%。在每道次拉拔前，丝材均应在表面涂覆润滑剂，然后再进行拉拔成形，成形后应立刻进行真空退火处理。所述润滑剂为：80%硬脂酸锌+20%石灰粉的混合粉体。在连续拉丝机上进行冷拉拔加工，拉丝模具温度控制在200℃。
68.第一道冷拉拔，将丝材直径加工到3.6mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为870℃，退火时间2.5min，水冷，丝材连续传送速度4m/min。
69.第二道冷拉拔，将丝材直径加工到2.2mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为8570℃，退火时间1.7min，水冷，丝材连续传送速度5 m/min。
70.第三道冷拉拔，将丝材直径加工到1.3mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为870℃，退火时间1min，水冷，丝材连续传送速度9m/min。
71.最后丝材产品卷绕成卷，包装入库。
72.该合金丝材的合金元素成份及质量分数为：铬cr: 23％；铝al: 8％；钴co: 0.75％ ；铌nb: 0.4％；镍ni: ≤0.5％；锰mn: ≤0.5％；硅si: ≤0.5％；碳c：≤0.05％；硫s：≤0.025％；磷p：≤0.025％；余量为铁及不可避免的杂质。
73.冷拔丝室温拉伸力学性能特征：
屈服强度(mpa)抗拉强度(mpa)延伸率(%)1000℃下抗拉强度（mpa）实施例168285312.225实施例265482214.122实施例361578519.622
。

技术特征：
1.一种铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、原材料准备及均匀化处理原材料为按照合金成分的质量百分数称取的铁粉、铬粉、铝粉、钴粉、铌粉，处理得到均匀细化的混合粉体；s2、真空热压形成电极棒坯将混合粉体装入圆柱形模具内，再将模具整体在真空热压炉中热压致密化，获得圆柱形电极棒坯；s3、电渣重熔精炼将棒坯利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行熔化，金属熔滴通过渣层以降低各种非金属杂质含量，最终凝固结晶形成圆柱形合金钢锭；s4、热锻开坯将合金钢锭锻造加热后，对其进行连续开坯锻造；s5、热轧盘条、盘条退火将开坯后的钢坯进行多道次连续热轧，使截面尺寸不断减小，长度不断增加，工件轧后水淬冷却，对热轧后的盘条进行退火处理，退火后水冷处理；s6、除油酸洗对退火后盘条依次进行除油处理和酸洗处理；s7、表面涂层处理s8、拉拔成丝及热处理盘条经过多道次连续冷拉拔成形得到最终的丝材形态，每道次拉拔前，均在表面涂覆润滑剂，成形后立刻进行真空退火处理。2.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：该合金丝材的合金元素成份及质量分数为：铬cr: 21-25％；铝al: 7-9％；钴co: 0.5-1％ ；铌nb: 0.3-0.5％；镍ni: ≤0.5％；锰mn: ≤0.5％；硅si: ≤0.5％；碳c：≤0.05％；硫s：≤0.025％；磷p：≤0.025％；余量为铁及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s1中的金属粉粒度不超过30μm，纯度不低于99%，将初步混合后的原料粉体加入到乙醇悬浮液的容器中，首先进行电磁搅拌2-5h、搅拌速度500-2000r/min，随后进行超声震荡处理1-4h、频率为10-50khz，得到混合物乙醇溶液，再将混合物乙醇溶液放置在干燥箱中进行干燥处理以去除酒精溶剂，干燥温度不超过80℃，干燥时间1-2h，得到混合金属粉体，将上述混合粉体放
入球磨罐，再加入硬脂酸，硬脂酸的质量是原料粉体总质量的1.5-3%，球磨罐放在球磨机上进行球磨处理，其中磨球材质为二氧化锆，球料质量比为10-15：1，球磨过程20-30h，球磨罐转速为50-100r/min。4.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s2中热压时，先启动压力系统，对模具内的混合粉体逐级加压至70-80mpa后，保压10min，逐级降低压力至5-10mpa；再启动抽真空系统，使系统内气体压力降至1pa以下，然后打开加热系统，以15-20℃/min的升温速率加热至600-650℃后，保温40-60min，除湿除气，然后再以5-10℃/min的速率加热至800-850℃后，重新开始逐级增加压力到100-150mpa，保压10min，继续升温至1100-1150℃，并在恒温恒压下保持80-160min，完成对粉体的热压致密化，降温、破真空、卸压后，热压坯随炉冷却，并从模具中取出，最终获得直径为60-80mm的圆柱形电极棒坯。5.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s3电渣重熔过程中，保持渣层厚度60-100mm，工作电压45-55v，工作电流2300-2800a，填充系数0.32-0.4，熔炼初期，熔渣温度保持在1580-1640℃，熔炼后期熔渣温度保持在1700-1800℃，重熔结束前降低工作电流至1000-1400a，电渣重熔结束后，钢锭在模内冷却10-15分钟后脱模，脱模后的钢锭立刻埋入热砂或坑内缓冷至室温，得到钢锭尺寸为：直径120-140mm，长度350-450mm；渣料成份按照质量分数包括：60%caf2、30% cao、10%al2o3，渣料平均粒度不大于5mm，渣料使用前经过烘烤脱水处理。6.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s4中锻造加热采用盐浴炉装置，加热介质采用的盐为无水氯化钡，纯度达到99%以上，工作前，首先将不锈钢启动电极插入到炉膛中间，用钡盐粉末覆盖电极的发热段，然后电极接通380v的交流电并接通，电极发热并逐渐将覆盖的钡盐粉末熔融，采用红外装置实时检测熔盐温度，当熔盐温度升至1100-1160℃后，保温20min，再将钢锭完全浸入熔盐当中并保温60-80min，取出钢锭迅速放置在空气锤砧台上，采用空气锤对钢锭进行连续开坯锻造，锻造过程中工件温度不得低于900℃，工件四面应尽量均匀变形，锻造压下量不低于70%，改锻后的钢锭截面形状为方形，尺寸为35
×
35-60
×
60mm，锻后堆冷至室温。7.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s5中将开坯后的钢坯进行10-20道次的连续热轧，使工件截面尺寸不断减小，长度不断增加，热连轧的工程变形量为80-90%，采用环形电加热炉加热工件，炉子温度控制在1120-1180℃，工件在炉中加热时间为20-35分钟，工件在轧制过程中的温度不低于850℃，最大轧制速度控制在10-20m/s，工件轧后水淬冷却，最终成形直径为5.5-8.5mm的盘条，对热轧后的盘条进行退火处理，退火温度800-900℃，退火时间2-4h，退火后工件水冷处理。8.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s6中除油处理溶液配方：氢氧化钠50-100g/l，高锰酸钾50
‑‑
100g/l，其余为水，溶液温度保持在80-100℃，盘条整体浸入溶液内，并停留1-2小时，除油结束后，迅速吊起盘条并立即淬入水槽中急冷，酸洗处理溶液配方为：硝酸100-160g/l，氢氟酸20-50g/l，其余为水，溶液温度保持在40-50℃，酸洗时间10-60分钟，酸洗后，迅速将盘条吊起并浸入60-80℃的热水中冲洗干净。
9.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s7中涂层溶液的质量分数配方为：10-15%的硼砂，其余为水，涂层溶液保持在80-90℃，盘条整体浸入溶液内停留5-10min，取出并烘干处理。10.根据权利要求1所述的铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，其特征在于：s8中盘条经过3-4道次的连续冷拉拔成形到最终的丝材状态，最大总截面压缩率应控制在80-90%；所述润滑剂为80%硬脂酸锌和20%石灰粉按质量分数的混合粉体，在连续拉丝机上进行冷拉拔加工，拉丝模具温度控制在150-250℃；拉拔时：第一道冷拉拔，将丝材直径加工到3.5-3.8mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间2-3min，水冷，丝材连续传送速度3-5m/min；第二道冷拉拔，将丝材直径加工到2-2.5mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间1.5-2min，水冷，丝材连续传送速度4-6m/min；第三道冷拉拔，将丝材直径加工到1.2-1.4mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间0.8-1.2min，水冷，丝材连续传送速度8-10m/min；第四道冷拉拔，将丝材直径加工到0.9-1.1mm，然后直接进行连续真空退火处理，退火温度为850-900℃，退火时间0.4-1min，水冷，丝材连续传送速度15-20m/min。

技术总结
本发明公开了一种铁铬铝高性能电热合金丝材制备方法，包括以下步骤：原材料准备及均匀化处理；真空热压形成电极棒坯；电渣重熔精炼；热锻开坯；热轧盘条、盘条退火；除油酸洗；表面涂层处理；拉拔成丝及热处理。本发明通过在合金中加入适量的金属钴和铌，改善合金的晶体结构及组织成分，使该电热合金的热强性能增大，适宜在高温状态下长时间使用；通过对成份优化，合金具有较好的加工塑性和成材率，保证了高Al含量下产品仍具有良好的成形性能，采用了粉末热压成形加电渣重熔的合金熔炼方法，显著提高了合金的制坯质量，最终制备出高质量的电热合金丝材产品。电热合金丝材产品。


技术研发人员：邵勇 张少奇 郭平义 庄国祥 孙裕季 贺鹏
受保护的技术使用者：丹阳市协昌合金有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/21