一种新型低膨胀合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及黑色金属冶炼技术领域，尤其涉及一种新型低膨胀合金及其制备方法。


背景技术：

2.近年来随着经济的高速发展，对电力的需求越来越大，电力行业线路扩容势在必行。而土地升值使得电力行业希望在对老旧线路进行改造时，不增加额外的投资成本，尽量不更换杆塔，只需更换导线，同时线路可增容一倍以上，同时强度更高，高温运行时输电线的弧垂小，导电性优良。国内电力行业迫切希望国内材料生产商开发更高效的倍容量导线。
3.输电导线通常由线芯和铝线两部分组成。传统线芯为普通钢芯，线膨胀系数高、强度一般、耐腐蚀性能一般。
4.据了解，国外十几年前就已开发了新型的倍容量导线，对一些老旧线路进行了更换。国际上以日本、丹麦开发的倍容量导线商业化很成功，但售价高昂，且技术封锁，技术细节无法掌握，大概知道线芯采用了低膨胀合金。
5.低膨胀合金制成的线芯具有低松驰度、膨胀系数小、强度高、导电性能好、耐腐蚀程度高、高频传输性好、可使输电容量成倍提高，因此成为制造新一代输电线线芯的首选材料。
6.根据调研，普通的低膨胀合金4j36膨胀系数小，但强度满足不了国内电力行业的要求，因此需要开发一种全新的具有独立知识产权的低膨胀合金，强度达到1100mpa以上，在20～250℃温度范围内的平均热膨胀系数小于等于4.5
×
10-6
/℃。


技术实现要素：

7.本发明目的在于提供一种新型低膨胀合金及其制备方法，在4j36的基础上，通过添加c、mo、v等强化元素，开发了一种新型低膨胀合金，制成丝材后，完全可以满足强度达到1100mpa以上，同时在20～250℃温度范围内的平均热膨胀系数小于等于4.5
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/℃的技术要求。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.本发明提供一种新型低膨胀合金，以质量百分含量计，所述新型低膨胀合金包括以下组分：
10.c：0.27～0.30％；s：0.0007～0.0011％；p：0.0027～0.0030％；cr≤0.20％；ni：38～38.5％；mo：2.2～2.6％；v：0.80～0.90％；mn≤0.30％；si≤0.20％；余量为fe和不可避免的杂质。
11.本发明还提供了一种新型低膨胀合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
12.步骤s1、电弧炉冶炼工艺：
13.在电弧炉炉底垫上石灰，将金属原材料装入电弧炉后送电熔化成钢液，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的杂质元素进行去除，出钢后滗渣全部；
14.步骤s2、lf炉冶炼工艺：
15.经电弧炉冶炼得到的钢液入lf炉，先用大流量吹ar气进行搅拌，接着改用低流量吹ar气进行搅拌，然后喂入al线进行沉淀脱氧，并加入石灰、精炼渣、复合脱氧剂、碳粉，升温化渣进行还原脱硫反应，除一半钢渣后钢液进入vd炉；
16.步骤s3、vd炉冶炼工艺：
17.经lf炉冶炼得到的钢液入vd炉，调整氩气流量，测温取样全分析，抽真空，极限真空下先用大流量吹ar气进行搅拌，破空前调整低流量吹ar气，vd破空毕，取样，调整c含量，静吹ar后钢液出钢进行浇注；
18.步骤s4、浇注工艺：
19.经vd炉冶炼得到的钢液浇钢前锭模充ar气，浇注过程中采用氩气保护浇注，并加入适量保护渣及发热剂。
20.作为一种优选的实施方式，步骤s1中，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除，使钢液中的p、cr、si元素满足：p≤0.005％，cr≤0.10％，si≤0.05％。
21.作为一种优选的实施方式，步骤s2中，采用大流量吹ar气进行搅拌的条件包括：流量≥130l/min，搅拌时间≥2min；采用低流量吹ar气进行搅拌的条件为：流量为20～40l/min。
22.作为一种优选的实施方式，步骤s2中，喂入al线为200～300m，加入的石灰为500～700
23.kg，精炼渣为100～200kg，复合脱氧剂100～150kg，碳粉40～60kg。
24.作为一种优选的实施方式，步骤s2中，升温化渣的温度为1580～1610℃。
25.作为一种优选的实施方式，步骤s3中，抽真空后的真空度≤67pa，并在极限真空下保持时间≥15min。
26.作为一种优选的实施方式，步骤s3中，极限真空下采用大流量吹ar气进行搅拌的条件为：
27.流量≥100l/min；破空前约1～2min，将吹ar气低流量调到20～40l/min。
28.作为一种优选的实施方式，步骤s3中，调整c含量为0.275～0.30％，静吹ar时间≥15min后钢液出钢。
29.作为一种优选的实施方式，步骤s4中，浇钢前锭模充ar气时间为15～30min。
30.本发明的技术效果和优点：
31.本发明以镍铁或含镍含铁的返回料、纯铁、钼铁、钒铁、铝锭、硅铁为原材料，以石灰、萤石、增碳剂(碳粉)等为辅料，采用“ebt+lf+vd”的冶炼工艺，在4j36的基础上，通过添加c、mo、v等强化元素，成功制备了一种新型低膨胀合金，制成丝材后，完全可以满足强度达到1100mpa以上，同时在20～250℃温度范围内的平均热膨胀系数小于等于4.5
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/℃的技术要求。
32.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.为解决现有技术的不足，本发明公开了一种新型低膨胀合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
35.步骤s1、电弧炉冶炼工艺：
36.在电弧炉炉底垫上石灰，将金属原材料装入电弧炉后送电熔化成钢液，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的杂质元素进行去除，出钢后滗渣全部。
37.步骤s2、lf炉冶炼工艺：
38.经电弧炉冶炼得到的钢液入lf炉，先用大流量吹ar气进行搅拌，接着改用低流量吹ar气进行搅拌，然后喂入al线进行沉淀脱氧，并加入石灰、精炼渣、复合脱氧剂、碳粉，升温化渣进行还原脱硫反应，除一半钢渣后钢液进入vd炉。
39.步骤s3、vd炉冶炼工艺：
40.经lf炉冶炼得到的钢液入vd炉，调整氩气流量，测温取样全分析，抽真空，极限真空下先用大流量吹ar气进行搅拌，破空前调整低流量吹ar气，vd破空毕，取样，调整c含量，静吹ar后钢液出钢进行浇注。
41.步骤s4、浇注工艺：
42.经vd炉冶炼得到的钢液浇钢前锭模充ar气，浇注过程中采用氩气保护浇注，并加入适量保护渣及发热剂。
43.在本发明的步骤s1中，所述原材料为镍铁或含镍含铁的返回料、纯铁、钼铁、钒铁、铝锭、硅铁等。
44.在本发明的步骤s1中，装金属原材料前在电弧炉炉底垫上的石灰为750～900kg。
45.在本发明的步骤s1中，所述电弧炉的主要作用是将镍铁或含镍含铁的返回料、纯铁、钼铁、钒铁、铝锭、硅铁等金属原材料熔化成钢液，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除。
46.在一种具体的实施方式中，在步骤s1中，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除，使钢液中的p、cr、si元素满足以下含量要求：p≤0.005％，cr≤0.10％，si≤0.05％。
47.在本发明的步骤s1中，装金属原材料后送电熔化，形成熔池后，吹氧助熔，加快金属熔化速度，同时去除钢液中p，并要求吹氧温度≥1580℃。当p＞0.005％时，需重新将钢液流出，重新加入石灰、萤石进行造渣，炉渣化好后吹氧，继续氧化脱p。钢液成分仍然需满足要求(p≤0.005％，cr≤0.10％，si≤0.05％)，出钢后滗渣全部。
48.在本发明的步骤s2中，采用大流量吹ar气进行搅拌的条件包括：流量≥130l/min，搅拌时间≥2min。
49.在本发明的步骤s2中，采用低流量吹ar气进行搅拌的条件为：流量为20～40l/min。
50.在本发明的步骤s2中，低流量吹ar气搅拌后，喂入al线200～300m进行沉淀脱氧。
51.在本发明的步骤s2中，加入的石灰为500～700kg，精炼渣为100～200kg，复合脱氧剂100～150kg，碳粉40～60kg。
52.在本发明的步骤s2中，升温化渣的温度为1580～1610℃。
53.在本发明的步骤s2中，出lf炉钢液的成分和含量要求如下表1所示：
54.表1出lf炉钢液成分要求wt(％)
[0055][0056]
在本发明的步骤s3中，所述vd炉的主要作用是通过在高真空下吹ar气进行搅拌将钢液中的氧、氮，氢等元素进行去除，进一步提高钢液纯净度。
[0057]
在本发明的步骤s3中，抽真空后的真空度≤67pa，并在极限真空下保持时间≥15min。
[0058]
在本发明的步骤s3中，极限真空下采用大流量吹ar气进行搅拌的条件为：流量≥100l/min。
[0059]
在本发明的步骤s3中，破空前约1～2min，将吹ar气低流量调到20～40l/min。
[0060]
在本发明的步骤s3中，调整c含量为0.275～0.30％，成分满足表1规格要求。
[0061]
在本发明的步骤s3中，静吹ar时间≥15min。
[0062]
在本发明的步骤s4中，浇钢前锭模充ar气时间为15～30min。
[0063]
采用上述制备方法，本发明还公开了一种新型低膨胀合金，所述新型低膨胀合金经化学成分检测结果如表2所示，以质量百分含量计，包括如下组分及含量：
[0064]
表2新型低膨胀合金化学成分检测结果wt(％)
[0065][0066]
实施例1：
[0067]
本示例性实施例1公开了一种新型低膨胀合金的制备方法，包括如下步骤：
[0068]
步骤s1、电弧炉冶炼工艺：
[0069]
装金属原材料前在电弧炉炉底垫上石灰760kg，然后将镍铁、含镍含铁的返回料、纯铁、钼铁装入电弧炉后送电熔化成钢液，通过控制吹氧温度为1585℃进行氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除，钢液中p含量为0.001％，cr含量为0.07％，si含量为0.01％，出钢后滗渣全部。
[0070]
步骤s2、lf炉冶炼工艺：
[0071]
经电弧炉冶炼得到的钢液入lf炉，先用大流量吹ar气进行搅拌，流量为140l/min接着改用低流量吹ar气进行搅拌，流量为24l/min，然后喂入al线225m进行沉淀脱氧，并加入石灰612kg、精炼渣150kg、复合脱氧剂110kg、碳粉46kg，控制升温化渣为1585℃进行还原
脱硫反应，除一半钢渣后钢液进入vd炉。如下表3为出lf炉钢液的成分和含量。
[0072]
表3出lf炉钢液成分要求wt(％)
[0073][0074]
步骤s3、vd炉冶炼工艺：
[0075]
经lf炉冶炼得到的钢液入vd炉，调整氩气流量，测温取样全分析，抽真空，真空度为66pa，并在极限真空下保持时间20min，极限真空下先用大流量吹ar气进行搅拌，流量为160l/min。破空前约1.5min，调整低流量吹ar气，流量为31l/min，然后vd破空毕，取样，调整c含量为0.281％，静吹ar 17min后钢液出钢进行浇注。
[0076]
步骤s4、浇注工艺：
[0077]
经vd炉冶炼得到的钢液浇钢前锭模充ar气20min，浇注过程中采用氩气保护浇注，并加入适量保护渣及发热剂。
[0078]
采用本示例性实施例1公开了的方法制备得到的新型低膨胀合金，其化学成分检测结果如表4所示：
[0079]
表4实施例1制备的新型低膨胀合金化学成分检测结果wt(％)
[0080][0081]
实施例2
[0082]
步骤s1、电弧炉冶炼工艺：
[0083]
装金属原材料前在电弧炉炉底垫上石灰795kg，然后将镍铁、含镍含铁的返回料、纯铁、钼铁装入电弧炉后送电熔化成钢液，通过控制吹氧温度为1590℃进行氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除，钢液中p含量为0.002％，cr含量为0.07％，si含量为0.04％，出钢后滗渣全部。
[0084]
步骤s2、lf炉冶炼工艺：
[0085]
经电弧炉冶炼得到的钢液入lf炉，先用大流量吹ar气进行搅拌，流量为134l/min接着改用低流量吹ar气进行搅拌，流量为30l/min，然后喂入al线210m进行沉淀脱氧，并加入石灰645kg、精炼渣160kg、复合脱氧剂130kg、碳粉52kg，控制升温化渣为1592℃进行还原脱硫反应，除一半钢渣后钢液进入vd炉。如下表5为出lf炉钢液的成分和含量。
[0086]
表5出lf炉钢液成分要求wt(％)
[0087][0088]
步骤s3、vd炉冶炼工艺：
[0089]
经lf炉冶炼得到的钢液入vd炉，调整氩气流量，测温取样全分析，抽真空，真空度为67pa，并在极限真空下保持时间22min，极限真空下先用大流量吹ar气进行搅拌，流量为
120l/min。破空前约2min，调整低流量吹ar气，流量为24l/min，然后vd破空毕，取样，调整c含量为0.275％，静吹ar 18min后钢液出钢进行浇注。
[0090]
步骤s4、浇注工艺：
[0091]
经vd炉冶炼得到的钢液浇钢前锭模充ar气17min，浇注过程中采用氩气保护浇注，并加入适量保护渣及发热剂。
[0092]
采用本示例性实施例2公开了的方法制备得到的新型低膨胀合金，其化学成分检测结果如表6所示：
[0093]
表6实施例2制备的新型低膨胀合金化学成分检测结果wt(％)
[0094][0095]
实施例3
[0096]
步骤s1、电弧炉冶炼工艺：
[0097]
装金属原材料前在电弧炉炉底垫上石灰846kg，然后将镍铁、含镍含铁的返回料、纯铁、钼铁装入电弧炉后送电熔化成钢液，通过控制吹氧温度为1601℃进行氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除，钢液中p含量为0.0015％，cr含量为0.084％，si含量为0.03％，出钢后滗渣全部。
[0098]
步骤s2、lf炉冶炼工艺：
[0099]
经电弧炉冶炼得到的钢液入lf炉，先用大流量吹ar气进行搅拌，流量为152l/min接着改用低流量吹ar气进行搅拌，流量为36l/min，然后喂入al线235m进行沉淀脱氧，并加入石灰620kg、精炼渣156kg、复合脱氧剂142kg、碳粉57kg，控制升温化渣为1605℃进行还原脱硫反应，除一半钢渣后钢液进入vd炉。如下表7为出lf炉钢液的成分和含量。
[0100]
表7出lf炉钢液成分要求wt(％)
[0101][0102]
步骤s3、vd炉冶炼工艺：
[0103]
经lf炉冶炼得到的钢液入vd炉，调整氩气流量，测温取样全分析，抽真空，真空度为67pa，并在极限真空下保持时间18min，极限真空下先用大流量吹ar气进行搅拌，流量为138l/min。破空前约1.2min，调整低流量吹ar气，流量为34l/min，然后vd破空毕，取样，调整c含量为0.295％，静吹ar 15min后钢液出钢进行浇注。
[0104]
步骤s4、浇注工艺：
[0105]
经vd炉冶炼得到的钢液浇钢前锭模充ar气26min，浇注过程中采用氩气保护浇注，并加入适量保护渣及发热剂。
[0106]
采用本示例性实施例3公开了的方法制备得到的新型低膨胀合金，其化学成分检测结果如表8所示：
[0107]
表8实施例3制备的新型低膨胀合金化学成分检测结果wt(％)
[0108][0109]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，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。

技术特征：
1.一种新型低膨胀合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述新型低膨胀合金包括以下组分：c：0.27～0.30％；s：0.0007～0.0011％；p：0.0027～0.0030％；cr≤0.20％；ni：38～38.5％；mo：2.2～2.6％；v：0.80～0.90％；mn≤0.30％；si≤0.20％；余量为fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤s1、电弧炉冶炼工艺：在电弧炉炉底垫上石灰，将金属原材料装入电弧炉后送电熔化成钢液，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的杂质元素进行去除，出钢后滗渣全部；步骤s2、lf炉冶炼工艺：经电弧炉冶炼得到的钢液入lf炉，先用大流量吹ar气进行搅拌，接着改用低流量吹ar气进行搅拌，然后喂入al线进行沉淀脱氧，并加入石灰、精炼渣、复合脱氧剂、碳粉，升温化渣进行还原脱硫反应，除一半钢渣后钢液进入vd炉；步骤s3、vd炉冶炼工艺：经lf炉冶炼得到的钢液入vd炉，调整氩气流量，测温取样全分析，抽真空，极限真空下先用大流量吹ar气进行搅拌，破空前调整低流量吹ar气，vd破空毕，取样，调整c含量，静吹ar后钢液出钢进行浇注；步骤s4、浇注工艺：经vd炉冶炼得到的钢液浇钢前锭模充ar气，浇注过程中采用氩气保护浇注，并加入适量保护渣及发热剂。3.根据权利要求2所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s1中，通过吹氧氧化、造渣将钢液中的p、cr、si杂质元素进行去除，使钢液中的p、cr、si元素满足：p≤0.005％，cr≤0.10％，si≤0.05％。4.根据权利要求2或3所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，采用大流量吹ar气进行搅拌的条件包括：流量≥130l/min，搅拌时间≥2min；采用低流量吹ar气进行搅拌的条件为：流量为20～40l/min。5.根据权利要求2所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，喂入al线为200～300m，加入的石灰为500～700kg，精炼渣为100～200kg，复合脱氧剂100～150kg，碳粉40～60kg。6.根据权利要求2所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，升温化渣的温度为1580～1610℃。7.根据权利要求2所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，抽真空后的真空度≤67pa，并在极限真空下保持时间≥15min。8.根据权利要求2、5或6所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，极限真空下采用大流量吹ar气进行搅拌的条件为：流量≥100l/min；破空前约1～2min，将吹ar气低流量调到20～40l/min。9.根据权利要求2所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中，调整c含量为0.275～0.30％，静吹ar时间≥15min后钢液出钢。
10.根据权利要求2所述的一种新型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，步骤s4中，浇钢前锭模充ar气时间为15～30min。

技术总结
本发明公开了一种新型低膨胀合金及其制备方法，涉及黑色金属冶炼技术领域，以质量百分含量计，所述新型低膨胀合金包括以下组分：C：0.27～0.30％；S：0.0007～0.0011％；P：0.0027～0.0030％；Cr≤0.20％；Ni：38～38.5％；Mo：2.2～2.6％；V：0.80～0.90％；Mn≤0.30％；Si≤0.20％；余量为Fe和不可避免的杂质。所述新型低膨胀合金依次采用电弧炉冶炼工艺、LF炉冶炼工艺、VD炉冶炼工艺和浇注工艺制备而成，制成丝材后，完全可以满足强度达到1100Mpa以上，同时在20～250℃温度范围内的平均热膨胀系数小于等于4.5


技术研发人员：方轶 张来明 李红杰 彭勇涛 郭友庄 刘涛 王瑞 裴丙红 付明德 魏育军 孙永福
受保护的技术使用者：攀钢集团江油长城特殊钢有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/23