[發(fā)明專利]一種提高鐵鉻鋁電熱合金使用壽命的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310470692.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN103510019A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳剛;趙玉濤;張振亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/32
• 分類號(hào): C22C38/32;C21C7/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電熱合金，具體而言為涉及一種利用熱力學(xué)穩(wěn)定性高的析出相提高鐵鉻鋁電熱合金使用壽命的方法。

背景技術(shù)

電熱材料是用于制造電發(fā)熱體的電阻材料，電熱合金是其中的重要一類，具有電阻率大、耐熱疲勞，抗氧化和高溫形狀穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；我國每年生產(chǎn)的電熱合金達(dá)萬噸以上。電熱合金主要有兩大類：一類是鐵素體組織的鐵鉻鋁合金；另一類是奧氏體組織的鎳鉻合金；這兩類合金由于組織結(jié)構(gòu)不同，性能也不盡相同。但作為電熱材料，它們各自具備一系列優(yōu)點(diǎn)，因而均得到了大量生產(chǎn)和廣泛使用；鐵鉻鋁電熱合金以鐵為基，一般含12%～30%Cr、4%～8%Al，其余為Fe，電阻率高，最高使用溫度可達(dá)1400℃，且成本低、原料來源廣，但經(jīng)高溫長時(shí)間使用后變脆，不僅限制了使用范圍，也縮短了使用壽命；因此，如能開發(fā)出高溫使用后不嚴(yán)重變脆的鐵鉻鋁電熱合金將有重大意義。

國家發(fā)明專利（CN1122841，無脆性鐵-鉻-鋁-稀土合金）提出通過加入稀土及W、Mo、Nb、Ta、Co等元素，改善鐵鉻鋁高溫脆化傾向，提高高溫抗氧化性和使用壽命；國家發(fā)明專利（CN101538675，韌性鐵-鉻-鋁鐵素體電熱合金的生產(chǎn)方法）則公開了一種韌性鐵鉻鋁鐵素體電熱合金的生產(chǎn)方法，主要通過真空熔煉-高溫真空精煉-還原造渣-降溫凝固-升溫脫氧-調(diào)質(zhì)并均勻化-澆錠的工藝過程實(shí)現(xiàn)；該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅具有優(yōu)異的耐蝕性能，還具有良好的韌性，使用壽命長。國家發(fā)明專利（CN102517503A，可塑性好且長壽命的鐵鉻鋁合金）提出在鐵鉻鋁合金中加入Ti、V，改善了合金的高溫脆化傾向；但是，上述專利方法或者所添加合金元素均勻性不易控制，或者工藝過程比較復(fù)雜，尚有待進(jìn)一步完善。

本發(fā)明的目的是提出一種利用熱力學(xué)穩(wěn)定性高的析出相阻止鐵素體晶粒在高溫時(shí)長大的方法，以提高鐵鉻鋁電熱合金的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種提高鐵鉻鋁電熱合金使用壽命的方法，其原理是：通過向鐵鉻鋁合金熔體中加入反應(yīng)物與合金中的鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成高溫下穩(wěn)定的細(xì)小Al₂O₃顆粒，反應(yīng)生成的Ti、B溶解進(jìn)合金熔體中并在凝固時(shí)形成熱穩(wěn)定高的細(xì)小硼化物，這些Al₂O₃、硼化物顆粒在鐵鉻鋁合金高溫使用時(shí)可以阻止鐵素體晶粒長大，同時(shí)又由于這些顆粒尺寸小、分布均勻，將不會(huì)明顯影響鐵鉻鋁合金的加工性能和電阻特性。

一種提高鐵鉻鋁電熱合金使用壽命的方法，其特征在于：將稱量好的純鐵和金屬鉻一起真空熔煉，待達(dá)到指定熔化溫度后保溫足夠時(shí)間得到鐵鉻合金熔體，經(jīng)高溫真空精煉、還原造渣、加鋁脫氧，獲得鐵鉻鋁合金熔體，然后采用沖包法將按一定比例混合均勻的TiO₂和B₂O₃的復(fù)合粉末與鐵鉻鋁合金熔體混合，一起加入到剩余的鐵鉻鋁合金熔體中，保持20~30min以保證化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，然后調(diào)整鐵鉻鋁合金熔體成分，并在盛鋼桶中加入鑭鈰混合稀土，最后將溫度升至1550~1590℃，控制澆錠。

所述的稱量好的純鐵和金屬鉻是指，按金屬鉻占23.5~34.0wt.%，其余為純鐵進(jìn)行配料，其中純鐵的碳含量控制在0.1wt.%以下。

所述的真空熔煉是指，在真空下熔煉純鐵和金屬鉻，不加保護(hù)性氣氛，熔化期真空度控制在20~40Pa。

所述的指定熔化溫度是指，鐵鉻合金熔體溫度控制在1600~1650℃。

所述的保溫足夠時(shí)間是指，鐵鉻合金熔體達(dá)到指定熔化溫度后保溫30~50min。

所述的高溫真空精煉是指，將鐵鉻合金熔體溫度升至1620~1650℃，在1~3Pa的真空下，精煉15~20min，當(dāng)真空度至20000~25000Pa時(shí)開始吹氧脫碳，當(dāng)鐵鉻合金熔體中碳的含量降至0.03~0.05wt.%時(shí)停止吹氧，進(jìn)行高真空沸騰，即在高真空下脫碳和高真空下脫氮，真空度50~100Pa時(shí)，沸騰時(shí)間20~30min。

所述的還原造渣是指，在鐵鉻合金熔體加入占熔體1.0wt.%的硅鐵，同時(shí)加入2.5wt.%石灰、0.7wt.%螢石料造渣，真空度300~500Pa，還原時(shí)間10~15min，底吹攪拌。

所述的加鋁脫氧是指，將鐵鉻合金熔體溫度調(diào)整至1520~1550℃，加入占鐵鉻合金熔體4.0~6.0?wt.%的純鋁脫氧，真空度300~500Pa，脫氧時(shí)間5~10?min。