[發(fā)明專利]具有優(yōu)異抗高溫晶粒長大行為的電熱合金材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510515284.2
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105039858A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪高金;肖學(xué)山;劉青歡
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇金達(dá)電熱電器有限公司
• 主分類號: C22C38/30
• 分類號: C22C38/30;C22C33/04
• 代理公司: 泰州地益專利事務(wù)所 32108
• 代理人: 王楚云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電熱合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

Fe-Cr-Al電熱合金是我國應(yīng)用最廣泛的電熱合金，它具有良好的耐熱性、抗高溫氧化性，電阻率系數(shù)較大，電阻溫度系數(shù)小，功率穩(wěn)定，使用溫度高，價(jià)格低廉。幾十年來，我國利用自身資源，發(fā)展建立了以Fe-Cr-Al為主的電熱合金體系，使我國成為世界主要電熱合金生產(chǎn)國之一，并且成為Fe-Cr-Al合金的最大生產(chǎn)國。Fe-Cr-Al電熱合金是一種以鐵為基，含13-27wt.%Cr，3.5-7wt.%Al，基體組織具有體心立方結(jié)構(gòu)的單相合金。常用的Fe-Cr-Al合金標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品有0Cr25Al5、0Cr21Al6、0Cr13Al6Mo2和0Cr27Al7Mo2等，這些產(chǎn)品被廣泛用于制造各種中、高溫電阻爐的加熱元件。

目前，瑞典KANTHAL公司生產(chǎn)出型號為KanthalA-1的Fe-Cr-Al合金使用溫度高達(dá)1400°C，使用壽命長且具有非常高的電阻率和優(yōu)異的高溫抗氧化性能，但是晶粒長大顯著，長時(shí)間使用，易變性，伸長量過大造成短路等嚴(yán)重后果，且異常粗大的晶粒容易造成電熱絲的脆斷。而我國生產(chǎn)的如0Cr27Al7Mo2正常使用溫度在1200-1300°C，和國外同類產(chǎn)品相比還有一定的差距。Fe-Cr-Al電熱合金用于制造加熱爐的電爐絲時(shí)，存在的主要問題是高溫氧化嚴(yán)重，容易局部熔斷，使用壽命太短。如果用Ni-Cr合金取代Fe-Cr-Al合金，則使用溫度偏低，無法達(dá)到要求；如果用難熔金屬或非金屬電熱體取代Fe-Cr-Al合金，價(jià)格又太昂貴。因此，工業(yè)電爐的發(fā)展迫切需要開發(fā)新的Fe-Cr-Al電熱合金，阻礙晶粒異常長大，提高其高溫強(qiáng)度、抗氧化性及使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異抗高溫晶粒長大行為的電熱合金材料及其制備方法，該成分范圍內(nèi)的電熱合金主要用在工作溫度在1000-1300°C的粉末冶金燒結(jié)爐、高溫?zé)崽幚頎t等的電熱元件。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

具有優(yōu)異抗高溫晶粒長大行為的電熱合金材料，其具有如下的成分及質(zhì)量百分比（%）：C≤0.06，Cr：19.5-23.5，Al：5.5-6.5，N≤0.03，Si≤0.5，Mn≤0.5，P≤0.03，S≤0.03，Zr：0.05-0.25，Y：0.01-0.2，Co：0.5-2.5，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

其具有如下的成分及質(zhì)量百分比（%）：0.025＜C≤0.06，Cr：21.6-23.5，Al：5.5-6.5，N≤0.03，Si≤0.5，0.21＜Mn≤0.5，P≤0.03，S≤0.03，Zr：0.05-0.09，Y：0.01-0.2，Co：0.5-2.5，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

所述具有優(yōu)異抗高溫晶粒長大行為的電熱合金材料的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉工藝方法，熔煉后澆鑄成型，經(jīng)熱鍛、熱軋、再結(jié)晶熱處理、冷軋和冷拔最終制得所需不同直徑的電熱合金材料。該成分范圍內(nèi)的鋼在冷軋和冷拔后，1150°C等溫處理720小時(shí)以后晶粒長大尺寸低于400μm，同時(shí)其在1300°C等溫氧化360小時(shí)氧化增重低于10mg/cm2。

Al以純Al的形式加入，Zr以純Zr的形式加入，Co以純Co的形式加入，Cr通過微碳鉻鐵的形式加入，Y以Fe-Y中間合金的形式加入。

再結(jié)晶熱處理：950-1050°C保溫5分鐘，空冷。

本發(fā)明的機(jī)理如下所述：加入適當(dāng)?shù)腃o元素可以細(xì)化晶粒，釘扎晶界，抑制晶粒長大，從而減緩Fe-Cr-Al電熱合金高溫晶粒粗化的速度，延長高溫使用壽命；同時(shí)還可以促進(jìn)保護(hù)性氧化膜的形成，顯著降低合金的等溫氧化增重，提高氧化膜在等溫條件下的抗剝落性，改善合金在苛刻服役條件下的抗氧化性能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

本發(fā)明通過添加合金元素來提高抗晶粒長大性能、抗高溫氧化性、高溫使用壽命及抗發(fā)熱體的脆化能力。本發(fā)明不僅克服了現(xiàn)有Fe-Cr-Al合金的高溫晶粒異常長大行為，改善了抗氧化性，而且熱強(qiáng)性也得到了提高，抗高溫腐蝕能力增強(qiáng)，具有優(yōu)異的綜合性能。添加一定的Co元素可以減少Fe-Cr-Al合金中鋁元素消耗的速度，提高壽命。本發(fā)明成分范圍內(nèi)的電熱合金材料在冷軋和冷拔后，1150°C等溫處理720小時(shí)以后晶粒長大尺寸低于400μm，同時(shí)其在1300°C等溫氧化360小時(shí)氧化增重低于10mg/cm2。研究元素合金化，特別是用Co元素改善Fe-Cr-Al電熱合金的高溫性能具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明