[發(fā)明專利]韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810018676.8
• 申請日: 2008-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN101525723A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟世先;徐華;翟海平;翟華平;翟玉亭
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇星火特鋼有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/18
• 分類號(hào): C22C38/18;C22C38/22;C22C38/26
• 代理公司: 泰州地益專利事務(wù)所
• 代理人: 王楚云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬功能材料，具體地說，涉及一種具有優(yōu)良韌性的鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金。

背景技術(shù)

近來年稀有金屬鎳的價(jià)格飛漲，使奧氏體不銹鋼價(jià)格翻番，鎳基奧氏體不銹鋼的應(yīng)用受到嚴(yán)重影響，而鐵素體、馬體系不銹鋼使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，高鉻(25-31％)鐵素體不銹鋼，不僅有優(yōu)良的耐蝕性能，且極好的耐應(yīng)力腐蝕、耐縫隙腐蝕、耐孔蝕能力，可代替昂貴的鎳基和鈦等高級耐蝕合金材料。高鉻鐵素體不銹鋼的耐蝕性雖優(yōu)良，但嚴(yán)重的脆性阻礙其被廣泛選用。含鋁的高鉻鐵素體合金，又稱鐵鉻鋁合金，是大量應(yīng)用的電爐絲材料。其比鎳鉻電爐絲使用溫度高300℃，但由于脆性嚴(yán)重影響使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國年電熱合金產(chǎn)量約萬噸，次于瑞典居世界第二位。其中，鎳鉻合金僅占8％左右。鐵鉻鋁合金占90％以上，而瑞典、美國、日本、俄羅斯等國均以鎳鉻合金為主。鐵鉻鋁電熱合金比鎳鉻合金有一系列優(yōu)點(diǎn)，如允許使用溫度高、電阻率高、易于熱冷加工等，但它有致命的弱點(diǎn)，即脆，特別是高溫使用后變脆。其不僅限制了使用范圍，也嚴(yán)重地縮短了使用壽命。所以，如能開發(fā)出韌性的，或至少高溫用后不嚴(yán)重變脆的鐵鉻鋁電熱合金絲將有重大意義。

現(xiàn)有的鐵鉻鋁電爐絲的含碳量較高，在高溫使用后，隨爐冷卻過程中，M₂₃C₆的析出是不可避免的，特別當(dāng)爐絲在高溫長期使用后，晶粒長得很粗大，晶界數(shù)量相對減少，在整個(gè)晶界上布滿了網(wǎng)狀M₂₃C₆，變脆程度更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金，其具有優(yōu)異耐蝕性能，還具有良好的韌性，應(yīng)用于電爐絲材料，其比鎳鉻電爐絲成本低、使用溫度高300℃，其使用壽命長。

本發(fā)明提供的韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金，其化學(xué)成份質(zhì)量百分比為：C≤0.01，N≤0.05，Si≤0.1，Mn≤0.08，Cr21.5-31，Al≤3.0-6.0，P≤0.030，S≤0.030，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。

所述的韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金，其含C的質(zhì)量百分比為：C≤0.005，其含N的質(zhì)量百分比為：N≤0.025。

所述的韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金，其含C的質(zhì)量百分比為：C≤0.001，其含N的質(zhì)量百分比為：N≤0.005。

所述的韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金，它還含Mo或Nb，其質(zhì)量百分比為：1.4-2.6。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是降碳、氮，保證必要的鉻、鋁含量，以確保其耐腐蝕性能和韌性；以穩(wěn)定組織和改善性能；進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，并逐步優(yōu)化成分。

影響鐵鉻鋁電熱合金韌性的因素：

1、韌脆轉(zhuǎn)變溫度：鐵鉻鋁電熱合金在較高溫度時(shí)，韌性很好；當(dāng)溫度降至某一溫度以下時(shí)，韌性突然降得很低、很脆。該臨界溫度被稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。一般純度的鐵鉻鋁電熱合金韌脆轉(zhuǎn)變溫度在60-80℃左右，所以限制了其使用。

2、M₂₃C₆析出：合金中鉻含量很高，且鐵素體中碳的溶解度比奧氏體中低得多，因而M₂₃C₆析出傾向強(qiáng)烈。如在高于800℃以上析出，多以顆立狀在晶界析出，對脆性影響不大；在晶界以網(wǎng)狀的析出速度很快，在各種熱工藝后的冷卻過程中，很難避免。其不僅使合金變脆，且引起嚴(yán)重的晶界腐蝕，是高鉻鐵素體合金被限制使用的另一重要原因。

3、σ相析出：根據(jù)Fe-Cr相圖，在含30％Cr的鐵素體合金中，約700℃以下才開始析出σ相，600℃長期保溫后，σ相可達(dá)40％左右。σ相是脆的，合金中如含有較多的σ相時(shí)，是不能被選用的。但由于高鉻鐵素體合金中的σ相析出溫度低，析出速度緩慢，約需幾個(gè)個(gè)小時(shí)才開始析出。因此在各種熱工藝后的冷加過程中，一般不會(huì)析出，不影響使用，但不宜在σ相易析出溫度下使用。

解決鐵鉻鋁電熱合金脆性的途徑：

1.防止σ相析出：

由于σ相形成溫度低，析出速度緩慢，在熱加工、熱處理、焊接等熱工藝后的冷卻過程中，一般較易避免，不會(huì)引起脆性；但是該類合金不宜在σ相析出的300-700℃溫度范圍內(nèi)使用。

2.M₂₃C₆相在晶界以網(wǎng)狀析出：