一種高電阻率純鎳合金及其生產工藝的製作方法

2023-06-18 12:23:46

本發明屬於純鎳合金及其製備技術領域，具體涉及一種低碳、高鎳的高電阻率純鎳合金及其生產工藝。

背景技術：

按照GB/T 5235-2007規定，純鎳合金的主要牌號有N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9和電真空用鎳DN，其中最常用的為N6，其各組分質量百分含量為Ni≥99.5%，Si≤0.1%，Mn≤0.05%，C≤0.1%，Mg≤0.1%，Fe≤0.1%，S≤0.005%，P≤0.002%；電阻率為0.07-0.08Ω·mm2/m，不能滿足一些電池極耳、鉚釘、電真空等具有特殊高電阻率的使用要求。目前，通常使用增加C含量的方法來提高純鎳合金的電阻率，但C含量的增加一方面會降低純鎳合金的耐腐蝕性能，另一方面在真空冶煉過程中一般採用石墨C脫氧，C很難定量，導致純鎳合金的電阻率波動範圍較大，不易控制。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種低碳、高鎳的高電阻率純鎳合金。

本發明的另一目的是提供一種上述高電阻率純鎳合金的生產工藝。

本發明的目的是通過以下方案實現的：在保證Ni≥99.5%，C≤0.01%的前提下，通過添加引起晶格畸變的元素進行微合金化，保證成品棒絲材、板帶材在光亮退火態時的電阻率達到0.095-0.105Ω·mm2/m。

一種高電阻率純鎳合金，包含有Ni、C、Si、Mn、Ti和Al，各組分的質量百分含量為Ni≥99.5%，C：0.002-0.01%，Si：0.06-0.12%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.09-0.15%，Al：0.09-0.15%。

作為對上述合金性能的進一步優化，各組分的質量百分含量為C：0.002-0.005%，Si：0.06-0.09%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.09-0.12%，Al：0.12-0.15%，餘量為Ni；

或C：0.002-0.005%，Si：0.06-0.09%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.12-0.15%，Al：0.09-0.12%，餘量為Ni；

或C：0.002-0.005%，Si：0.09-0.12%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.09-0.12%，Al：0.09-0.12%，餘量為Ni。

或C：0.005-0.01%，Si：0.06-0.09%，Mn：0.05-0.08%，Ti：0.09-0.12%，Al：0.09-0.12%，餘量為Ni。

本發明高電阻率純鎳合金的生產工藝步驟為：（1）將各組分按照配方稱重配料，備用；（2）將Ni和C放入真空熔煉爐，設定精煉期溫度為1520±10℃，真空度≤5Pa，待合金熔體充分脫氧、液面平靜後依次加入結晶Si、海綿Ti和Al塊，然後在合金熔體出爐前的充氬操作後加入電解Mn，最後在1550±10℃的溫度下澆鑄形成鑄錠；（3）將鑄錠剝皮去除表面的氧化物（NiO）和夾雜物（MgO、Al2O3）；（4）將真空熔煉爐的溫度設定為800-900℃，然後加入剝皮後的鑄錠進行二次加熱，保溫60-75min後以100℃/h的速率升溫至1100±20℃，保溫30-45min後進行開坯鍛造；（5）根據使用需求壓延或拉拔加工成所需形狀、尺寸、規格。

本發明純鎳合金在光亮退火態時的電阻率為0.095-0.105Ω·mm2/m，遠高於純鎳合金國標的0.07-0.08Ω·mm2/m；具有較高的Ni含量，更低的C含量，總雜質含量為0.04-0.05%，因而具有更好的耐腐蝕性能，抗拉強度為380-450 Mpa，延伸率為34-38 %，與傳統N4、N6純鎳合金的上述性能相當，可用於有高電阻率要求的電池極耳、鉚釘和電真空元器件、編網等。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，現結合具體實施例對本發明作進一步描述。

實施例1

本發明合金中各組分的質量百分含量為C：0.002-0.005%，Si：0.06-0.09%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.09-0.12%，Al：0.12-0.15%，餘量為Ni；生產工藝包括如下步驟：

（1）按照合金配方稱重，備用；

（2）將Ni和C放入真空熔煉爐，設定精煉期溫度為1520℃，真空度5Pa，待合金液體充分脫氧、液面平靜後依次加入結晶Si、海綿Ti和Al塊，然後在合金熔體出爐前的充氬操作後加入電解Mn，最後在1550℃的溫度下澆鑄形成鑄錠；

（3）將鑄錠剝皮去除表面的氧化物（NiO）和夾雜物（MgO、Al2O3）；

（4）將真空熔煉爐的溫度設定為800℃，然後加入剝皮後的鑄錠進行二次加熱，保溫60min後以100℃/h的速率升溫至1100℃，保溫30min後進行開坯鍛造；

（5）需要線材和棒材時，先鍛造為方坯，然後經過軋制拉拔得到；而需要板材和帶材時，則先鍛造為板坯，然後經過軋制壓延而得到。該合金成品光亮退火態時的電阻率為0.095-0.098Ω·mm2/m，總雜質含量0.45-0.5%；力學性能方面其抗拉強度為380-390 Mpa，延伸率為34-35%，可用於電池極耳和鉚釘中。

實施例2

本發明合金配方中各組分的質量百分含量為C：0.002-0.005%，Si：0.06-0.09%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.12-0.15%，Al：0.09-0.12%，餘量為Ni；生產工藝中步驟（2）中精煉期溫度為1520℃，真空度4Pa，澆鑄溫度為1550℃；步驟（4）中真空熔煉爐的初始溫度為800℃，保溫65min後升溫至1110℃，保溫35min後進行開坯鍛造，其他操作同實施例1。得到的合金成品光亮退火態時的電阻率為0.096-0. 101Ω·mm2/m，總雜質含量0.43-0.45%；力學性能方面其抗拉強度為385-395 Mpa，延伸率為35-36%，可用於電池極耳、鉚釘和電真空元器件中。

實施例3

本發明合金配方中各組分的質量百分含量為C：0.002-0.005%，Si：0.09-0.12%，Mn：0.05-0.10%，Ti：0.09-0.12%，Al：0.09-0.12%，餘量為Ni。生產工藝中步驟（2）中精煉期溫度為1525℃，真空度3Pa，澆鑄溫度為1555℃；步驟（4）中真空熔煉爐的初始溫度為850℃，保溫70min後升溫至1115℃，保溫40min後進行開坯鍛造，其他操作同實施例1。得到的合金成品光亮退火態時的電阻率為0. 099-0. 102Ω·mm2/m，總雜質含量0.41-0.43%；力學性能方面其抗拉強度為400-425 Mpa，延伸率為34-37%，可用於鉚釘、電真空元器件和編網中。

實施例4

本發明合金配方中各組分的質量百分含量為C：0.005-0.01%，Si：0.06-0.09%，Mn：0.05-0.08%，Ti：0.09-0.12%，Al：0.09-0.12%，餘量為Ni。生產工藝中步驟（2）中精煉期溫度為1530℃，真空度3Pa，澆鑄溫度為1560℃；步驟（4）中真空熔煉爐的初始溫度為900℃，保溫75min後升溫至1120℃，保溫45min後進行開坯鍛造，其他操作同實施例1。得到的合金成品光亮退火態時的電阻率為0.10-0. 105Ω·mm2/m，總雜質含量0.4-0.45%；力學性能方面其抗拉強度為440-450 Mpa，延伸率為36-38%，可用於電真空元器件和編網中。