一种纯镍板式换热器板片用薄板的制备方法与流程

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种纯镍板式换热器板片用薄板的制备方法。

背景技术：

纯镍薄板的一项重要应用即作为板式换热器板片来使用，纯镍特别适用于强碱或其它碱性腐蚀液中，是其他材质无法比拟的，此外，板式换热器板片的生产工艺是将纯镍薄板冷冲压一次成型，为保证使用效果，冲压具有一定深度，纹路很密集，因而其对所用镍板的韧性、冲压性能、综合性能要求很高。

现有技术为采用传统工艺生产的纯镍薄板，虽然可以采取高温退火，降低强度，提高塑性；但是各向异性大、杯突值低、晶粒大、韧性低，而且板片需要根据要求冷冲压为“人字形、山形”花纹，现有技术生产的薄板冲压时极易开裂，不能满足使用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种纯镍板式换热器板片用薄板的制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种纯镍板式换热器板片用薄板的制备方法，包括：

步骤1：将电解镍和添加剂按下述的规格进行配料；其中，所述添加剂包括：石墨、纯钛以及镍镁合金；所述电解镍的重量份为100，所述石墨的重量份为0.01～0.10；所述纯钛的重量份为0.01～0.10；所述镍镁合金的重量份为0.01～0.10；

步骤2：分别将所述电解镍和所述纯钛分为第一部分和第二部分，将第一部分所述电解镍和第一部分所述纯钛装入真空感应炉中的坩埚内，再装入所述石墨，最后装入第二部分所述电解镍和第二部分所述纯钛；将所述镍镁合金装入所述真空感应炉中的合金仓内；

步骤3：设定所述真空反应炉的真空度和熔炼功率，利用所述真空感应炉将第一部分所述电解镍、第一部分所述纯钛、所述石墨、第二部分所述电解镍以及第二部分所述纯钛融化，并精炼，然后在氩气的氛围内加入所述镍镁合金，将所述真空感应炉内的物料全部融化后进行浇注，得到第一纯镍铸锭；

步骤4：对所述第一纯镍铸锭进行冒口切除，并对所述第一纯镍铸锭表面进行刨铣修磨，得到第二纯镍铸锭；

步骤5：对所述第二纯镍铸锭进行轧制，得到规格为0.5～1×b×l的半成品纯镍板式换热器板片用薄板；

步骤6：对所述半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行真空退火处理，得到所述纯镍板式换热器板片用薄板。

在本发明的一个实施例中，步骤5包括：

步骤5.1：在850～900℃的温度下，对所述第二纯镍铸锭进行一火轧制，得到规格为15～20mm×b×l的第一半成品纯镍板式换热器板片用薄板；

步骤5.2：在650～700℃的温度下，对所述第一半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行二火轧制并酸洗，得到规格为5～6mm×b×l的第二半成品纯镍板式换热器板片用薄板；

步骤5.3：在不高于350℃的温度下，对所述第二半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行三火轧制并退火，得到规格为1.5～1.8mm×b×l的第三半成品纯镍板式换热器板片用薄板；

步骤5.4：对所述第三半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行四火轧制，得到规格为0.5～1mm×b×l的所述半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

在本发明的一个实施例中，所述熔炼功率为所述真空感应炉设定的最大功率值的1/2～1/3。

本发明的有益效果：

1、本发明所熔炼的纯镍铸锭采用镍镁中间合金以及钛、石墨作为添加剂用于脱氧、脱硫以及细化晶粒，通过调整真空感应熔炼的工艺参数和操作方法，从而控制制得的纯镍铸锭的镁含量，使生产的纯镍铸锭的铸锭杂质少，0、n、h、s含量低且晶粒细小；

2、本发明通过这种制备方法生产的薄板的板材晶粒度为9～10级，各向异性小，韧性优良，冲压性能好，能满足板式换热器板片的用料要求；

3、本发明制备方法的生产流程简单、制备过程易于掌握，所使用的冶炼及轧制设备均为常规设备，可以实现规模化生产。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种纯镍板式换热器板片用薄板的制备方法得到的纯镍板式换热器板片用薄板的检测报告。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本发明实施例提供了一种纯镍式换热器板片用薄板的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：将电解镍和添加剂按下述的规格进行配料；其中，添加剂包括：石墨、纯钛以及镍镁合金；电解镍的重量份为100，石墨的重量份为0.015；纯钛的重量份为0.020；镍镁合金的重量份为0.050。

在进行配料之前，先对电解镍、石墨、纯钛以及镍镁合金进行预处理，包括：

将电解镍表面的油污及灰尘等杂质处理干净，然后进行剪切备用，其中，剪切后的长度l≤300mm，宽度b≤50mm。

石墨要求破碎至球形粉状，直径φ≤1.0mm，并且对其表面的其他杂质进行去除后用拷贝纸包裹使用；纯钛要求厚度h≤3mm，宽度b≤10mm，长度l≤50mm，且对纯钛表面的油污以及氧化皮进行去除；镍镁合金也按照要求进行破碎，若破碎成立方体，则要求厚度h≤10mm，宽度b≤10mm，长度l≤10mm，若破碎成球体，则要求直径φ≤10mm，且对镍镁合金表面的金属夹杂进行去除后用拷贝纸包裹使用，拷贝纸重量轻，在真空感应炉加热时会燃烧，其燃烧产物对最终形成的纯镍铸锭的化学成分无影响。由于石墨和镍镁合金的颗粒较小，重量较轻，因此，在对真空感应炉后续抽真空的时候，容易被抽出炉外，且小颗粒的石墨和镍镁合金难以装炉，因此用拷贝纸进行包裹，使其不容易被抽走且容易装炉。

其中，本发明实施例中提到的h表示厚度、b表示宽度、l表示长度、φ表示直径。

通过对上述电解镍和添加剂的处理，有利于后续真空感应熔炼的操作进行。

电解镍和添加剂的配比具体请参见表1。

表1电解镍和各添加剂的配比

这种配料方式，有利于得到杂质含量低、晶粒细小的纯镍铸锭。

步骤2：分别将电解镍和纯钛分为第一部分和第二部分，将第一部分电解镍和第一部分纯钛装入真空感应炉内的坩埚中，再装入所述石墨，最后装入第二部分电解镍和第二部分纯钛；将镍镁合金装入真空感应炉中的合金仓内。

石墨是良好的脱氧剂，由于石墨脱氧时会造成溶液沸腾，可同时对氮、氢进行有效去除，将石墨装入电解镍中间，其脱氧效果最好，既避免了石墨与坩埚直接接触损伤坩埚，又避免了石墨在最上方时被抽真空抽走，导致脱氧效果下降；

钛具有良好的脱硫效果，并能细化晶粒，钛与电解镍同时加入，可以保证电解镍熔化时具有良好的脱硫效果。

其中，第一部分电解镍的含量为全部电解镍含量的10～20％，第二部分电解镍为剩余的所有电解镍；第一部分纯钛与第二部分纯钛的比例，与第一部分电解镍与第二部分电解镍的比例相同。

步骤3：设定真空反应炉的真空度和熔炼功率，利用真空感应炉将第一部分电解镍、第一部分纯钛、石墨、第二部分电解镍以及第二部分纯钛融化，并精炼，然后在氩气的氛围内加入镍镁合金，将真空感应炉内的物料全部融化后进行浇注，得到第一纯镍铸锭。

将真空感应炉内的真空度抽到≤10pa时，在本实施例中，将真空度抽到5pa，开始对真空感应炉进行升温熔炼，根据不同的炉型按不同的升温制度缓慢的将功率升至需要的熔炼功率；在本实施例中，将熔炼功率设置为真空感应炉最大功率值的1/2～1/3；当坩埚内所有的物料全部融化至液面澄清后，开始保持温度进行精炼，精炼时间为10～15min，精炼后真空感应炉内的真空度小于等于5pa，然后关掉真空反应炉电源，通过真空感应炉的充氩接口，连接氩气瓶，开始向真空感应炉内充氩气，其中氩气含量为99.999％，当真空感应炉内的压力表显示0.01～0.015pa时，停止充氩气，然后向精炼后的金属溶液中加入镍镁合金，然后加热，待坩埚内的所有物料全部融化至液面澄清后，采用相应规格的模具立即浇注，冷却20～40min后出炉，得到第一纯镍铸锭。

需要说明的是，镍镁合金是一种脱氧剂，镁元素能提高细化晶粒，提高得到的纯镍铸锭的高温塑性、高温持久强度和高温蠕变强度，从而提高了纯镍铸锭的抗拉强度以及延伸率，进一步提高了制得的纯镍板式换热器用薄板的成品率，减少撕裂现象。

氩气是一种惰性气体，常被用作保护气体使用，在高温条件下，镁在真空中易挥发，且易造成喷溅，回收率较低，通过在充氩气的条件下利用镍镁合金向纯镍中添加微量的镁，在氩气的保护下，镁不容易挥发也不容易喷溅，进而减少了镁的损失。

0.01～0.015pa的氩气含量能保证最大限度地隔绝氧气，能对易挥发的镁进行保护，又能避免因炉内压力过大造成炉盖被顶起从而破坏真空的现象发生。

步骤4：对第一纯镍铸锭进行冒口切除，并对第一纯镍铸锭表面进行刨铣修磨，得到第二纯镍铸锭。

第一纯镍铸锭冷却后对其冒口进行切除，并观察第一纯镍铸锭是否补缩充分，若有缩孔则继续锯切，直至无缩孔即可，然后利用刨床对第一纯镍铸锭表面进行刨铣修磨，得到第二纯镍铸锭，该步骤的要求是为了确保后续加工的成品率以及表面质量。

步骤5：对第二纯镍铸锭分别进行热轧和冷轧，得到规格为0.5～1×b×l的半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

为了进一步消除第二纯镍铸锭的各向异性，则需采用换向轧制，同时要求各火次、道次变形量要大，以便进一步细化第二纯镍铸锭的晶粒；其中，轧制采用四火次轧制，热轧加冷轧，包括以下步骤：

步骤5.1：在880℃的温度下，对第二纯镍铸锭进行一火轧制，之后用砂轮机扒皮，扒皮后用剪床或水刀下料，得到规格为17mm×b×l的第一半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

步骤5.2：在670℃的温度下，对第一半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行二火轧制并酸洗，局部修整，然后下料，得到规格为5.5mm×b×l的第二半成品纯镍板式换热器板片用薄板；其中，酸洗溶液为硝酸+氢氟酸。

步骤5.3：在300℃以下的温度下，对所述第二半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行三火轧制并退火、下料及砂光表面，得到规格为1.7mm×b×l的第三半成品纯镍板式换热器板片用薄板，其中退火温度为650～720℃，退火保温时间为1.3～1.5min/mm。

步骤5.4：对第三半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行四火轧制，得到规格为0.8mm×b×l的半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

通过步骤5.1～5.4中的轧制温度、火次安排、退火以及表面处理要求，有利于得到表面质量良好、各向异性小、韧性高以及冲压性能好的半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

步骤6：对半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行真空退火处理，得到纯镍板式换热器板片用薄板，也就是生产需要的纯镍板式换热器板片用薄板；其中退火温度为680～720℃，退火时间为3～5h，实际情况以装炉量来确定。

对最后得到的纯镍板式换热器板片用薄板进行物理测试和化学测试，成分检测均符合要求。

实施例2

本发明实施例具体采用25kg的真空感应炉，规格为70mm×b×l的模具生产规格为0.6mm×b×l的纯镍板式换热器板片用薄板，具体包括以下步骤：

步骤1：将电解镍和添加剂按下述的规格进行配料；其中，所述添加剂包括：石墨、纯钛以及镍镁合金；所述电解镍的重量份为100，所述石墨的重量份为0.020；所述纯钛的重量份为0.030；所述镍镁合金的重量份为0.010。

在进行配料之前，先对电解镍、石墨、纯钛以及镍镁合金进行预处理，包括：

将电解镍表面的油污及灰尘等杂质处理干净，然后进行剪切备用，其中，剪切后的长度l≤300mm，宽度b≤50mm。

石墨要求破碎至球形粉状，直径φ≤1.0mm，并且对其表面的其他杂质进行去除后用拷贝纸包裹使用；纯钛要求厚度h≤3mm，宽度b≤10mm，长度l≤50mm，且对纯钛表面的油污以及氧化皮进行去除；镍镁合金也按照要求进行破碎，若破碎成立方体，则要求厚度h≤10mm，宽度b≤10mm，长度l≤10mm，若破碎成球体，则要求直径φ≤10mm，且对镍镁合金表面的金属夹杂进行去除后用拷贝纸包裹使用，拷贝纸重量轻，在真空感应炉加热时会燃烧，其燃烧产物对最终形成的纯镍铸锭的化学成分无影响。由于石墨和镍镁合金的颗粒较小，重量较轻，因此，在对真空感应炉后续抽真空的时候，容易被抽出炉外，且小颗粒的石墨和镍镁合金难以装炉，因此用拷贝纸进行包裹，使其不容易被抽走且容易装炉。

其中，本发明实施例中提到的h表示厚度、b表示宽度、l表示长度、φ表示直径。

通过对上述电解镍和添加剂的处理，有利于后续真空感应熔炼的操作进行。

本发明实施例中电解镍和添加剂的具体的配比请参见表2。

表2电解镍和各添加剂的配比

这种配料方式，有利于得到杂质含量低、晶粒细小的纯镍铸锭。

步骤2：分别将电解镍和纯钛分为第一部分和第二部分，将第一部分电解镍和第一部分纯钛装入真空感应炉内的坩埚中，再装入所述石墨，最后装入第二部分电解镍和第二部分纯钛；将镍镁合金装入真空感应炉中的合金仓内。

石墨是良好的脱氧剂，由于石墨脱氧时会造成溶液沸腾，可同时对氮、氢进行有效去除，将石墨装入电解镍中间，其脱氧效果最好，既避免了石墨与坩埚直接接触损伤坩埚，又避免了石墨在最上方时被抽真空抽走，导致脱氧效果下降；

钛具有良好的脱硫效果，并能细化晶粒，钛与电解镍同时加入，可以保证电解镍熔化时具有良好的脱硫效果。

其中，第一部分电解镍的含量为全部电解镍含量的10～20％，第二部分电解镍为剩余的所有电解镍；第一部分纯钛与第二部分纯钛的比例，与第一部分电解镍与第二部分电解镍的比例相同。

步骤3：设定真空反应炉的真空度和熔炼功率，利用真空感应炉将第一部分电解镍、第一部分纯钛、石墨、第二部分电解镍以及第二部分纯钛融化，并精炼，然后在氩气的氛围内加入镍镁合金，将真空感应炉内的物料全部融化后进行浇注，得到第一纯镍铸锭。

将真空感应炉内的真空度抽到10pa时，开始对真空感应炉进行升温熔炼，在功率小于25kw时按照5kw/5min的升温制度进行加热至功率达到25kw，在功率大于25kw时按照5kw/10min的加热制度将功率上升至35～40kw；当坩埚内所有的物料全部融化至液面澄清后，开始保持温度进行精炼，精炼时间为13min，精炼后真空感应炉内的真空度为5pa，然后关掉真空反应炉电源，通过真空感应炉的充氩接口，连接氩气瓶，开始向真空感应炉内充氩气，其中氩气含量为99.999％，当真空感应炉内的压力表显示0.01～0.015pa时，停止充氩气，然后向精炼后的金属溶液中加入镍镁合金，然后加热，待坩埚内的所有物料全部融化至液面澄清后，采用70mm×b×l规格的模具立即浇注，冷却20～40min后出炉，得到第一纯镍铸锭。

需要说明的是，镍镁合金是种脱氧剂，镁元素能提高细化晶粒，提高得到的纯镍铸锭的高温塑性、高温持久强度和高温蠕变强度，从而提高了纯镍铸锭的抗拉强度以及延伸率，进一步提高了制得的纯镍板式换热器用薄板的成品率，减少撕裂现象。

氩气是一种惰性气体，常被用作保护气体使用，在高温条件下，镁在真空中易挥发，且易造成喷溅，回收率较低，通过在充氩气的条件下利用镍镁合金向纯镍中添加微量的镁，在氩气的保护下，镁不容易挥发也不容易喷溅，进而减少了镁的损失。

0.01～0.015pa的氩气含量能保证最大限度地隔绝氧气，能对易挥发的镁进行保护，又能避免因炉内压力过大造成炉盖被定期从而破坏真空的现象发生。

步骤4：对第一纯镍铸锭进行冒口切除，并对第一纯镍铸锭表面进行刨铣修磨，得到第二纯镍铸锭。

第一纯镍铸锭冷却后对其冒口进行切除，并观察第一纯镍铸锭是否补缩充分，若有缩孔则继续锯切，直至无缩孔即可，然后利用刨床对第一纯镍铸锭表面进行刨铣修磨，得到第二纯镍铸锭，该步骤的要求是为了确保后续加工的成品率以及表面质量。

表3第二纯镍铸锭的化学成分检测

按照此熔炼方法得到了七批第二纯镍铸锭，也就是实际生产所需的纯镍铸锭，化学成分经检测，如表3所示。

步骤5：对第二纯镍铸锭分别进行热轧和冷轧，得到规格为0.6×b×l的半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

为了进一步消除第二纯镍铸锭的各向异性，则需采用换向轧制，同时要求各火次、道次变形量要大，以便进一步细化第二纯镍铸锭的晶粒；其中，轧制采用四火次轧制，热轧加冷轧，包括以下步骤：

步骤5.1：在870℃的温度下，对第二纯镍铸锭进行一火轧制，之后用砂轮机扒皮，扒皮后用剪床或水刀下料，得到规格为18mm×b×l的第一半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

步骤5.2：在680℃的温度下，对第一半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行二火轧制并酸洗，局部修整，然后下料，得到规格为6mm×b×l的第二半成品纯镍板式换热器板片用薄板；其中，酸洗溶液为硝酸+氢氟酸。

步骤5.3：在350℃的温度下，对第二半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行三火轧制并退火、下料及砂光表面，得到规格为1.6mm×b×l的第三半成品纯镍板式换热器板片用薄板，其中退火温度为680℃，退火保温时间为1.4min/mm。

步骤5.4：对第三半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行四火轧制，得到规格为0.6mm×b×l的半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

通过步骤5.1～5.4中的轧制温度、火次安排、退火以及表面处理要求，有利于得到表面质量良好、各向异性小、韧性高以及冲压性能好的半成品纯镍板式换热器板片用薄板。

步骤6：对半成品纯镍板式换热器板片用薄板进行真空退火处理，得到纯镍板式换热器板片用薄板，也就是生产所需的纯镍板式换热器板片用薄板，其中退火温度为680～720℃，退火时间为4h，实际情况以装炉量来确定。

对得到的7批纯镍式换热器板片用薄板力学性能进行了检测，如表4所示，本发明实施例在四火次轧制后采用大气退火得到了相应的薄板，并进行了力学性能检测，可以看出，无论采用大气退火还是真空退火，得到的薄板的力学性能均满足要求，但是采用大气退火得到的薄板的表面氧化皮较多，后续的处理过程较繁琐，而采用真空退火得到的薄板的表面较好处理，后续过程较简单。

表4纯镍式换热器板片用薄板的力学性能

经西部金属材料股份有限公司理化检验中心对0.6mm的纯镍式换热器板片用薄板的非金属夹杂物进行了检测，由图1的检测结果可知，一次碳化物符合b.1的一级a。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明通过这种方法，可以达到以下有益效果：

1、本发明所熔炼的纯镍铸锭采用镍镁中间合金以及钛、石墨作为添加剂用于脱氧、脱硫以及细化晶粒，通过调整真空感应熔炼的工艺参数和操作方法，从而控制制得的纯镍铸锭的镁含量，使生产的纯镍铸锭的铸锭杂质少，0、n、h、s含量低，晶粒细小；

2、本发明通过这种制备方法生产的薄板的板材晶粒度为9～10级，各向异性小，韧性优良，冲压性能好，同时生产的纯镍薄板的强度相比传统工艺薄板提高了约50～80mpa，能满足板式换热器板片的用料要求；

3、本发明制备方法的生产流程简单、制备过程易于掌握，所使用的冶炼及轧制设备均为常规设备，可以实现规模化生产。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。