一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢及其制备方法，属于冶金与金属材料制备技术领域。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：将纯铁和纯铜依次进行冶炼和浇铸成型，得到合金铸锭；将所述合金铸锭进行氧化处理，得到兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢；所述氧化处理的气氛为氧化气氛，氧化处理的保温温度为1020～1080℃，氧化处理的保温时间≥30min；按质量百分比计，所述电极扁钢的组成包括：C0.03～0.06％，Cu0.4～2.4％和余量的Fe。实施例的结果显示，本发明专利技术提供的电极扁钢的电阻率＜1.4*10

【技术实现步骤摘要】
一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及冶金与金属材料制备
，尤其涉及一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]电极扁钢也称为阴极扁钢或阴极钢棒，在电解铝的生产过程中起到均匀分布电流、改善铝液的水平电流，实现低电压生产并降低电解铝直流电耗的作用。在电解铝生产中要求电极扁钢的电阻率低以达到节能减排的作用。虽然目前通过一些结构的优化设计使得电极扁钢的电阻率得到了降低，但是在电解铝过程中由于碳元素的不断渗入，导致电极扁钢电阻率升高，存在寿命低、不抗渗碳等问题。而对于其他的一些高合金抗渗碳钢虽然能够起到一定的抗渗碳作用，但又会出现电阻率高、生产过程能耗大的问题，与节能环保的理念相悖。
[0003]因此，提供一种兼具低电阻率和高抗渗碳能力的电极扁钢，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢及其制备方法，本专利技术提供的制备方法制备的电极扁钢兼具低电阻率和高抗渗碳性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将纯铁和纯铜依次进行冶炼和浇铸成型，得到合金铸锭；按质量百分比计，所述合金铸锭的组成包括：C 0.03～0.06％，Cu 0.4～2.4％和余量的Fe；
[0008](2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭进行氧化处理，得到兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢；所述氧化处理的气氛为氧化气氛，氧化处理的保温温度为1020～1080℃，氧化处理的保温时间≥30min。
[0009]优选地，所述步骤(1)中冶炼的步骤包括：先将纯铁完全熔化，然后加入纯铜进行保温，得到Fe
‑
Cu合金液。
[0010]优选地，所述熔化的温度为1700～1800℃。
[0011]优选地，所述保温的温度比熔化的温度低100～200℃；所述保温的时间为5～30min。
[0012]优选地，按质量百分比计，所述步骤(1)中合金铸锭的组成包括：C0.03～0.06％，Cu 0.42～2.3％和余量的Fe。
[0013]优选地，所述步骤(2)中氧化气氛为可燃气体和空气的混合物或空气。
[0014]优选地，所述步骤(2)中氧化处理的保温温度为1050℃，氧化处理的保温时间≥35min。
[0015]优选地，所述步骤(2)中氧化处理的冷却方式为空冷。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的电极扁钢。
[0017]优选地，所述电极扁钢表层含有一层单质铜层。
[0018]本专利技术提供了一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将纯铁和纯铜依次进行冶炼和浇铸成型，得到合金铸锭；按质量百分比计，所述合金铸锭的组成包括：C 0.03～0.06％，Cu 0.4～2.4％和余量的Fe；(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭进行氧化处理，得到兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢；所述氧化处理的气氛为氧化气氛，氧化处理的保温温度为1020～1080℃，氧化处理的保温时间≥30min。本专利技术通过对电极扁钢的化学成分进行优化，引入的铜元素具有偏聚作用，在表面或晶界处形成连续的铜偏聚层，阻止碳原子由电极扁钢表面向心部进一步的扩散，能够长时间的保证基体不被碳原子所侵蚀，使电极扁钢能够长期的处于电阻率较低的状态，提高了电极扁钢的使用寿命，同时电极扁钢合金成分的单一性，电极扁钢表面铜偏聚层可以在生产时通过加热工艺控制获得，无需额外镀层工序，无需添加大量抗渗碳合金元素，使得生产成本降低，提高了电极扁钢的工业竞争力；通过在氧化气氛下对钢进行加热，让钢在氧化气氛下形成氧化铁皮和氧化铜，随后铁会置换氧化铜中的铜，使铜形成单质铜层，单质铜层能够阻碍碳的进入，从而大幅度提高了电极扁钢的抗渗碳性能。实施例的结果显示，本专利技术提供的制备方法制备的电极扁钢的电阻率＜1.4*10
‑7Ω
·
m，同时相对于纯铁具有更好的抗渗碳性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢的SE/BSE图；
[0020]图2为本专利技术实施例1制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢中O元素的分布图；
[0021]图3为本专利技术实施例1制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢中Cu元素的分布图；
[0022]图4为本专利技术实施例1制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢中Fe元素的分布图；
[0023]图5为本专利技术实施例2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢的SE/BSE图；
[0024]图6为本专利技术实施例2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢中O元素的分布图；
[0025]图7为本专利技术实施例2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢中Cu元素的分布图；
[0026]图8为本专利技术实施例2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢中Fe元素的分布图；
[0027]图9为实施例1～2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢和纯铁的电阻率柱形图；
[0028]图10为实施例1～2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢和纯铁经过渗碳处理后，碳含量随距表面的距离变化趋势图；
[0029]图11为实施例1制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢渗碳后表层和心部
的金相图；
[0030]图12为实施例2制备的兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢渗碳后表层和心部的金相图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢的制备方法，包括以下步骤：
[0032](1)将纯铁和纯铜依次进行冶炼和浇铸成型，得到合金铸锭；
[0033](2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭进行氧化处理，得到兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢。
[0034]本专利技术将纯铁和纯铜依次进行冶炼和浇铸成型，得到合金铸锭。
[0035]本专利技术对所述纯铁和纯铜的用量关系没有特殊的限定，能够使电极扁钢的成分符合要求即可。本专利技术对所述纯铁和纯铜的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
[0036]在本专利技术中，所述冶炼优选在真空感应加热炉中进行。本专利技术对所述真空感应加热炉的具体型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
[0037]在本专利技术中，所述冶炼优选在真空环境中进行。本专利技术对所述真空环境的真空度没有特殊的限定，根据本领域技术人员的技术常识确定即可。
[0038]在本专利技术中，所述冶炼的步骤优选包括：先将纯铁完全熔化，然后加入纯铜进行保温，得到Fe
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Cu合金液。在本专利技术中，所述熔化的温度优选为1700～1800℃；所述保温的温度优选比熔化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将纯铁和纯铜依次进行冶炼和浇铸成型，得到合金铸锭；按质量百分比计，所述合金铸锭的组成包括：C0.03～0.06％，Cu0.4～2.4％和余量的Fe；(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭进行氧化处理，得到兼具低电阻率和高抗渗碳性的电极扁钢；所述氧化处理的气氛为氧化气氛，氧化处理的保温温度为1020～1080℃，氧化处理的保温时间≥30min。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中冶炼的步骤包括：先将纯铁完全熔化，然后加入纯铜进行保温，得到Fe
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Cu合金液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述熔化的温度为1700～1800℃。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：方琪，戈春刚，熊东东，周彦，杨惠云，孙伟，金自力，任慧平，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：