[发明专利]一种含锆电热合金及含锆合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种含锆电热合金，按质量百分比计，包括以下组分：碳：≤0.03％，铬：19％～22％，铝：3.3％～3.6％，锆：0.35％～0.43％，硅：≤0.5％，钛：0.2％～0.6％，锰：≤0.5％，镁≥0.004％，硫：≤0.01％，磷：≤0.03％，余量为Fe。还提供一种采用真空感应熔炼和电渣重熔制备含锆电热合金的方法，提出电渣重熔的初始渣系CaF₂‑CaO‑MgO‑Al₂O₃‑ZrO₂成分以及重熔初期升温阶段向熔渣中补加Al₂O₃粉工艺，从而精准控制铸锭中的锆含量且均匀分布。本发明通过在电热合金中添加适量的锆元素，从而增加电热合金的高温抗氧化性，并通过工艺控制达到高品质效果。

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，具体涉及一种含锆电热合金及含锆合金的制备方法。

背景技术

电热合金因具有高电阻率、良好的耐热性和高温抗氧化性，广泛用于电热元件、冶金机械、精密仪器等行业。随着科学技术的发展和高温工作设备的增多，对电热合金的服役温度、高温抗氧化性能的要求越来越高，改善电热合金的高温抗氧化性至关重要。此外，电热合金相比普通合金含有很高的铝元素，铝在合金中容易与氧形成簇状的大颗粒氧化铝夹杂物，影响了电热合金的内部洁净度和性能，改善电热合金的内部洁净度、细化夹杂物对电热合金具有重要意义。在电热合金中，一些微量元素可以显著影响其组织和高温抗氧化性能，成为金属材料领域的研究热点。

锆元素在一些合金中被看作清洁元素，通过与碳元素的结合形成碳化物，降低碳元素在晶界的固溶浓度，适量的锆元素能够增强晶界结合力，同时在高温下基体表面形成的含锆氧化膜，有助于保持电热合金高温强度的同时，增加合金表面氧化膜的粘附能力和高温抗氧化性。但过量会适得其反，容易恶化合金的热加工性能、裂纹产生倾向性增加。因此控制锆元素的最佳成分范围以改善电热合金的高温抗氧化性和使用寿命是本领域中需要解决的技术难题。

镁元素在合金中能够起到脱氧、脱硫，将合金中的簇状大颗粒氧化铝夹杂物变性为细小弥散的镁铝尖晶石夹杂物，提高钢液洁净度的作用。镁元素还能够细化铁素体晶粒，抑制晶界处裂纹的产生和发展。

为了保证电热合金具有良好的高温抗氧化性和热加工性能，对合金中的锆元素的控制范围具有严格的要求。高品质含锆合金通常采用真空感应熔炼+电渣重熔的双联工艺进行制备。电渣重熔作为含锆合金的二次化学精炼和终端熔炼技术，虽然可使合金得到进一步精炼，达到脱硫、去除夹杂物和改善铸锭质量的效果，但在电渣重熔中锆元素的精确控制以及沿铸锭轴向均匀性控制方面仍然是国内外的一大难题。

目前，在电渣重熔含锆合金中，重熔渣系的设计不合理性、熔渣中的不稳定氧化物、金属与熔渣反应温度的不断变化，均能够引起锆元素沿铸锭轴向呈不均匀分布，严重时超出合金的要求范围，降低成材率。电渣重熔是一个先升温再恒温的过程。在电渣重熔初期的升温阶段，由于熔渣温度的不断上升，使得铝锆反应的平衡状态不断发生改变，铝和锆的含量也相应发生改变，最终导致锆元素在电渣锭底部成分波动大，降低电渣锭的成材率。

目前，关于电渣重熔中锆元素的均匀性控制鲜有报道，且含锆合金中的锆元素沿电渣锭轴向的均匀性控制问题已成为电渣重熔生产高品质含锆合金的瓶颈问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含锆电热合金及含锆合金的制备方法，通过在电热合金中添加适量的锆元素，从而增加电热合金的高温抗氧化性和使用寿命，并通过工艺控制达到高品质效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含锆电热合金，按质量百分比计，包括以下组分：碳：≤0.03％，铬：19％～22％，铝：3.3％～3.6％，锆：0.35％～0.43％，硅：≤0.5％，钛：0.2％～0.6％，锰：≤0.5％，镁≥0.004％，硫：≤0.01％，磷：≤0.03％，余量为Fe。