专利名称：用于高温用途的奥氏体Fe－Cr－Ni合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在高温下使用的合金。
包含最高达30wt％的Cr、最高达3wt％的Si、不定量的Fe以及有时添加R.E.元素(稀土元素)的奥氏体Ni基合金自很久以来被用于工作温度最高达1100℃的各种高温部件。关于在工业炉和设备中用于加热的电阻合金，具有不定量Ni的若干合金用ASTM B 344-83以及DIN 17470标准化。从表1中可以看出这些标准不能充分兼容。存在若干诸如37-21合金之类的使用各种变化的商用电阻合金，这些合金包括37Ni、20至21％的Cr、2％的Si和余量的Fe以及包括钇的稀土元素(指定为R.E.)的少量添加。
本发明的目的是找到一种合金组成，该合金组成结合了含Ni量范围可能接近NiCr30/20，即30wt％Ni和20wt％Cr的低成本，以及较高含Ni量合金诸如NiCr60/15的i)良好的高温形式稳定性和ii)抗氧化性能和iii)相对高的电阻和低电阻变化(Ct)。
表1.用于电阻eCr(Fe)合金的ASTM和DIN标准的总结。
构建了能模拟鼻病毒HRV14的切割位点的切割肽，并显示在表5中。
除了良好的氧化之外，还要求良好的高温强度。对于电气元件，如果材料的强度足够支撑其自身的重量并因此在工作温度下保持其形状，可以降低悬架和支撑系统的成本。
为用作电气元件，相对高的电阻率和低的从室温到工作温度的电阻变化的Ct＝Rhot/Rcold比率是重要的参数。通常Ni越高，则电阻率越高而Ct系数越低。
已知诸如最高达几wt％的Mo和W的元素添加可增强在高温的机械性能但是它们较昂贵并因此在成本很重要的应用中不希望添加。
在大量的开路线圈电阻加热元件中，使用NiCr60/15和NiCr30/20型(DIN)或60Ni、16Cr和35Ni、20Cr(ASTM)合金。从成本的观点考虑，由于具有较低含量的昂贵Ni，因此优选NiCr30/20或35Ni，20Cr类型。在功率密度高因此元件温度也高的应用中，具有这种Ni含量的合金的氧化寿命迄今为止是不够的。同时，在工作温度的机械性能必须在容许极限内。
发明内容
本发明涉及用于高温用途的合金，并且其特征在于，该合金主要包括Fe、Ni和Cr，并且该合金具有下列主要组成，以重量％给出，Ni 38-48Cr 18-24Si 1.0-1.9C＜0.1以及Fe为余量。
重要的是C含量低于0.1wt％。
八个测试熔体根据标准操作被铸造、热轧并冷拉成线材，并具有根据表2的化学组成。
表2.测试熔体的化学组成
线材被卷成螺旋状并安装在样品架上。这些被暴露在由试验炉加热到950℃的高温下168小时。通过微动螺钉测量螺旋的变形，所述微动螺钉为根据
图1的装置。
由于这些产品在高温下工作，氧化寿命以及尤其是循环氧化寿命是重要的设计因素。为了评估这些性能，进行了循环氧化测试。通过在线材中通过电流而加热样品线材并且样品线材被暴露于2分钟开/2分钟关的循环。记录下熔化的时间并且记录的结果根据性能分组。
因此本发明的目的是，由相对小的外加力诸如作用在例如悬挂式加热线圈上的重力所表现出的变形性能以及高温氧化性能的组合。
结果显示，不仅每一元素的量而且另外基本元素镍、铬以及硅的相对含量对性能都有令人惊异的大影响。
表3.变形和氧化测试的结果。“+”表示好于平均结果的结果。
我们已经发现这些元素之间的关系必须在窄的范围内，该范围一方面由充分的变形性能另一方面由足够的氧化性能给定。只有在组成的该狭窄带内，才能获得所给出的工作方案的最佳兼顾方案。
根据本发明的合金具有从38至48的Ni范围的主要组成(以wt％计)，Cr量大于Cr＝-0.1Ni+24并且低于Cr＝-0.1667Ni+30。
同时，Si量大于Si＝1.0并小于Si＝-0.01Ni+1.9在图3中，上述的Si含量和Cr含量以图表的方式示出，这里根据本发明的合金与根据本发明的合金进行比较。
合金可以包括至多5％的Co作为Ni的替代物和至多2％的Mn。其进一步包括至多0.6％并优选高于0.03％的Al，并且R.E.，Y和Ca总共至多0.2％。C应当＜0.1而N在至多0.15％的范围内，并优选高于0.03％。可以添加诸如Ti、Zr、Hf Ta、Nb和V的氮化物和碳化物形成体至多到总量0.4％，但是对于本发明的优势不是必须的。剩余部分由铁和源自原材料以及生产过程的各种元素构成，总量最高为＜2％。
根据本发明的合金的一个具体实施例包括(以wt％计)Ni39-41Cr20-22Si1-1.5N 0.15Ce0.01-0.04C ＜0.1杂质至多2％Fe余量。
根据本发明的、具有由于较高Ni含量而进一步改良的氧化性能然而并具有另外相当的性能的合金的另一实例是Ni44-46Cr20-22Si1-1.5N ＜0.15Ce0.01-0.04C ＜0.1杂质至多2％Fe余量。
优选实施方案如下，组成以重量％计。
一种合金包括Ni38-48Cr在-0.1Ni+23至-0.2667Ni+36之间Si在0.8至-0.0133Ni+2.2之间Fe余量。
一种合金包括Ni40Cr21Si1.2N ＜0.15Ce0.03C ＜0.1杂质最多2％和Fe余量。
一种合金包括Ni45Cr21Si1.2N ＜0.15Ce0.03C ＜0.1杂质最多2％和Fe余量。
另一合金优选包括Ni38-48Cr大于Cr＝-0.1Ni+24并低于Cr＝-0.1667Ni+30Si大于Si＝1.0并小于Si＝-0.01Ni+1.9以及C＜0.1和Al最多0.6Fe余量。
该合金也可包括最多5％的Co作为Ni的替代物Mn最多2Al最多0.3R.E.，Y和Ca总共最多到0.2％
C＜0.1N＜0.15Ti、Zr、Hf Ta、Nb和V总量最多0.4＜50 wt ppm S源自原材料和生产工艺的各种元素总量最多＜2和Fe 余量另一种情况是38-48 Ni18-22 Cr1.0-1.5 SiAl＜0.6＜0.1 CN＜0.15＜1 Mn＜50 wt ppm S＜0.5属于Ti、Zr、Hf、Y、稀土元素(镧系)、Ca、Mg、Ta的组中的元素的总和＜5属于Mo、Co、Ta、W的组中的元素的总量＜0，4属于Ti、Zr、Hf Ta、Nb和V的组中的元素的总量＜1源自熔炼工艺中的杂质的其他元素和Fe余量。
进一步的优选实施方案是一种合金，包括Ni39-41Cr20-22Si1-1.5Mn0.5C 0.02N ＜0.15
Ce0.01-0.04杂质 最多 2％并且Fe为余量。
以及一种合金，包括，Ni44-46Cr20-22Si1-1.5Mn0.5C 0.02N ＜0.15Ce0.01-0.04杂质 最多 2％并且Fe为余量。
以下的表2是商用合金与根据本发明的合金的比较。
合金353MA是由芬兰的Outokompo Stasinless生产的。合金Incolloy是由美国的Special Metal Corp.生产的。Haynes是由美国的Haynes international Inc.生产的。Nikrothal是由申请人所生产的。
由上述可以清楚的是，本发明满足了在本说明书的开始部分所提及的目的。
权利要求
1.用于高温用途的合金，其特征在于，该合金主要包括Fe、Ni和Cr并且该合金具有下列主要组成，以重量％给出，Ni 38-48Cr 18-24Si 1.0-1.9C ＜0.1并且Fe为余量。
2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，该合金主要包括Fe、Ni和Cr并且该合金具有下列主要组成，以重量％给出，Ni 38-48Cr 18-24Si 1.0-1.9C ＜0.1Mn少于2Al、C、Ca、N、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mg、Ta、W、Ce和REE一起少于大约7Fe余量。
3.根据权利要求1或2所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni 38-48Cr 在-0.1Ni+23至-0.2667Ni+36之间Si 在0.8至-0.0133Ni+2.2之间C＜0.1。
4.根据权利要求1、2或3所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni 39-41Cr 20-22Si 1-1.5N ＜0.15Ce 0.01-0.04C ＜0.1杂质至多2％和Fe为余量。
5.根据权利要求1、2或3所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni 44-46Cr 20-22Si 1-1.5N ＜0.15Ce 0.01-0.04C ＜0.1杂质至多2％和Fe为余量
6.根据权利要求1或2所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni 38-48Cr 在-0.1Ni+24至-0.1667Ni+30之间Si 在1.0至-0.01Ni+1.9之间，并且该合金包括至多5wt％的Co作为Ni的替代物，该合金进一步包括Mn 至多2Al 至多0.6R.E.、Y和Ca总共至多0.2％C ＜0.1N ＜0.15Ti、Zr、Hf、Ta、Nb和V总共至多0.4S ＜50wt ppm其他元素总共＜2和Fe为余量。
7.根据权利要求1、2或6所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni 38-48Cr 18-22Si 1.0-1.5Al ＜0.6C ＜0.1N ＜0.15Mn ＜1S ＜50wt ppm，该合金进一步包括总共少于0.5的属于Ti、Zr、Hf、Y、稀土元素(镧系)、Ca、Mg和Ta的组中的元素，以及包括少于5的属于Mo、Co、Ta、W的组中的元素，还包括少于0.4的属于Ti、Zr、Hf、Ta、Nb和V的组中的元素，其他元素总共＜2以及Fe为余量。
8.根据权利要求1、2、6和7所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni39-41Cr20-22Si1-1.5C 0.02N ＜0.15Ce0.01-0.04杂质至多2％并且Fe为余量。
9.根据权利要求1、2和6所述的合金，其特征在于，所述合金包括，Ni 44-46Cr 20-22Si 1-1.5C 0.02N ＜0.15Ce 0.01-0.04杂质至多2％并且Fe为余量。
全文摘要
一种用于高温用途的合金。本发明的特征在于，该合金主要包括Fe、Ni和Cr，并且该合金具有下列主要组成，以重量％给出，Ni 38－48、Cr 18－24、Si 1.0－1.9、C＜0.1、Fe为余量。
文档编号C22C38/40GK1860245SQ200480028624
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月8日 优先权日2003年10月2日
发明者B·琼森, T·赫兰德尔 申请人:桑德维克知识产权股份公司