专利名称：：韧性铁-铬-铝铁素体电热合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及金属功能材料，具体地说，涉及一种具有优良韧性的铁-铬-铝铁素体电热合金。
背景技术：
：近来年稀有金属镍的价格飞涨，使奥氏体不锈钢价格翻番，镍基奥氏体不锈钢的应用受到严重影响，而铁素体、马体系不锈钢使用范围进一步扩大，高铬(25-31%)铁素体不锈钢，不仅有优良的耐蚀性能，且极好的耐应力腐蚀、耐缝隙腐蚀、耐孔蚀能力，可代替昂贵的镍基和钛等高级耐蚀合金材料。高铬铁素体不锈钢的耐蚀性虽优良，但严重的脆性阻碍其被广泛选用。含铝的高铬铁素体合金，又称铁铬铝合金，是大量应用的电炉丝材料。其比镍铬电炉丝使用温度高30(TC,但由于脆性严重影响使用寿命。据统计，我国年电热合金产量约万吨，次于瑞典居世界第二位。其中，镍铬合金仅占8%左右。铁铬铝合金占90%以上，而瑞典、美国、日本、俄罗斯等国均以镍铬合金为主。铁铬铝电热合金比镍铬合金有一系列优点，如允许使用温度高、电阻率高、易于热冷加工等，但它有致命的弱点，即脆，特别是高温使用后变脆。其不仅限制了使用范围，也严重地缩短了使用寿命。所以，如能开发出辆性的，或至少高温用后不严重变脆的铁铬铝电热合金丝将有重大意义。现有的铁铬铝电炉丝的含碳量较高，在高温使用后，随炉冷却过程中，M23C6的析出是不可避免的，特别当炉丝在高温长期使用后，晶粒长得很粗大，晶界数量相对减少，在整个晶界上布满了网状M23C6，变脆程度更加严重。
发明内容本发明的目的是提供一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其具有优异耐蚀性能，还具有良好的韧性，应用于电炉丝材料，其比镍铬电炉丝成本低、使用温度高30(TC,其使用寿命长。本发明提供的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为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,余量为Fe及不可避免的杂质。所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其含C的质量百分比为(X0.005,其含N的质量百分比为N《0.025。所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其含C的质量百分比为C《0.001，其含N的质量百分比为N《0.005。所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，它还含Mo或Nb,其质量百分比为1.4-2.6。本发明的设计思路是降碳、氮，保证必要的铬、铝含量，以确保其耐腐蚀性能和韧性；以稳定组织和改善性能；进行成分设计，并逐步优化成分。影响铁铬铝电热合金辆性的因素1、韧脆转变温度铁铬铝电热合金在较高温度时，韧性很好；当温度降至某一温度以下时，韧性突然降得很低、很脆。该临界温度被称为軔脆转变温度。一般纯度的铁铬铝电热合金韧脆转变温度在60-8(TC左右，所以限制了其使用。2、M2A析出合金中铬含量很高，且铁素体中碳的溶解度比奥氏体中低得多，因而M23C6析出倾向强烈。如在高于80(TC以上析出，多以颗立状在晶界析出，对脆性影响不大；在晶界以网状的析出速度很快，在各种热工艺后的冷却过程中，很难避免。其不仅使合金变脆，且引起严重的晶界腐蚀，是高铬铁素体合金被限制使用的另一重要原因。3、a相析出根据Fe-Cr相图，在含30°/。Cr的铁素体合金中，约70(TC以下4才开始析出c7相，60(TC长期保温后，cj相可达40%左右。d相是脆的，合金中如含有较多的a相时，是不能被选用的。但由于高铬铁素体合金中的cr相析出温度低，析出速度缓慢，约需几个个小时才开始析出。因此在各种热工艺后的冷加过程中，一般不会析出，不影响使用，但不宜在ct相易析出温度下使用。解决铁铬铝电热合金脆性的途径1.防止cj相析出由于ct相形成温度低，析出速度缓慢，在热加工、热处理、焊接等热工艺后的冷却过程中，一般较易避免，不会引起脆性；但是该类合金不宜在(7相析出的300-70(TC温度范围内使用。2.M23C6相在晶界以网状析出当合金中含碳量不够低时，在500-70(TC温度范围内，只需要几分钟，甚至几秒钟，即可在晶界上形成网状M2A。因此各种热工艺后的冷却过程中，M23C6的网状析出几乎是不可避免的，需要找途径解决。下表为碳、氮在铁铬铝电热合金中的最大溶解度温度(。c)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表可知，当铁铬钼电热合金中，碳含量低于0.004%时，927'C时效不再析出M23C"当温度降至70(TC时，不析出M2A的碳量要求降得更低。但如合金中的碳含量能降到0.004%的水平，M23C6析出倾向将大大降低，析出数量也会很少，不会造成较大的影响。由表中还可看出，氮含量低于O.006%时，593匸长期时效也不会析出Cr2N故当氮含量达到该水平时，不用担心由此引起的脆性。3.降低合金的軔脆转变温度:高铬铁素体合金的装置大都在室温上工作，但设备安装和检修都在室温下进行。如在室温下很脆的材料，是不能被选用的。因此，如何使合金中高铬铁素体合金的韧脆转变温度降至室温以下，是使其广泛应用的前提。我国东北地区，冬季室温外温度有时达零20-3(TC,所以要求軔脆转变温度降这个水平。我们对高铬铁素体合金的韧脆转变温度了大量工作，发现碳、氮的影响最大。表(1)、(2)列出了碳和氮含量对Cr30Mo2合金韧脆转变温度的影响。表(1)碳含量对Cr30Mo2合金韧脆转变温度的影响<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>含N"0.0057~0.0083%，02:0.0032—0.0040%表(2)氮含量对韧脆转变温度的影响※<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>※合金中含C:0.0018-0.0024%,02:0.0017-0.0045%根据现有数据，高铬铁Cr30Mo2合金中，将碳降至0.003%以下，氮含量降至0.007%以下，脆性转变温度降至-40-20。综上所述，解决铁铬铝电热合金脆性关键是降低合金中的碳和氣的含量，特别是碳的含量。对于每种具体高铬铁素体合金不脆的允许碳、氮的最高含量，不仅与合金成份有关，还与具体使用条件有关，还需逐个合金研究，为了使軔性的降低最小化，应对上述C及N的含量分别控制在0.01%以下及0.05%以下，并且由于其含量越少，材料的性质则越好，所以不限制其最低限度。上述Si作为提高脱氧及耐氧化性的元素，为了抑制韧性的降低，应控制在0.1%以内。上述Mn作为提高脱氧的元素，因其降低介物MNs的耐腐蚀性，故应控制在0.08%以内。因上述P不仅降低耐腐蚀性而且还降低韧性，故控制在0.030U乂内。因上述S降低耐腐蚀性，故控制在O.030%以内。到目前为止，上述A1主要是为了脱氧而添加的，但为了耐腐蚀性而最大限度地控制了其在钢中的含量。与此不同，在本发明中考虑到Al对軔性产生的影响，作为积极添加的元素，起到一种防止因添加Mo而使軔性降低的效果。但是，若过量添加Al,则因产生A1氧化物而降低耐腐蚀性，故A1控制在3.0-6.0%以内。在本发明中，为了最大限度地控制由于添加Al而产生的耐腐蚀性降低，把Al氧化物的大小控制在约小于l卿比较好。上述Mo是为了防止敏感性而添加的，若添加2.6%以上，则由于析出而使軔性降低，故最大含量为2.6%。虽然上述Cr提高耐腐蚀性，但是随着Cr含量的增加，Cr(C,N)及Cr氮化物的析出度增加，从而引起韧性了低，故Cr的适当范围为21.5-31%。作为电热合金丝的铁铬铝合金有较高的最高使用温度。电热合金丝的最高使用温度是设计电热元件的最重要指标。它主要由合金的高温强度，抗氧化性能和抗腐蚀性能所决定。表(1)列出了常用电炉丝的成分、最高使用温度和熔点间的关系。由表(1)知，FeCrAl丝比NiCr丝的最高使用温度高300°C。表(1)合金成分与最高使用温度、熔点的关系合金Cr27A17Mo2Cr21A16NbCr25A15Cr30Ni70Cr20Ni80Cr20Ni35最高使用温度(°c)140013501250110011009507<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>韧性铁-铬-铝铁素体电热合金的有益效果;1、其具有优异耐蚀性能，还具有良好的軔性，应用于电炉丝材料，其比镍铬电炉丝成本低、使用温度高30(TC，其使用寿命长。2、优良的工艺性能由于铁素体合金高温屈服强度低、塑性好很容易热加工;铁素体合金加工硬化率低，有利于冷加工；铁素体合金膨胀系数小、热导率高，且对硫、磷降低熔点影响小，所以焊接热裂倾向小。3、物理性能好高铬铁素合金与镍铬奥氏体合金相比，比重小10%,线膨胀系数约低一半，热导率约高1/3，这对制造交换的设备有重要意义。具体实施方式实施例一一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为CO.01,NO.05，SiO.1，MnO.08,Cr31，A16.0,PO.030，SO.030,余量为Fe及不可避免的杂质。实施例二一种辆性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为CO.005,NO.025,SiO.1，MnO.08，Cr31,A16.0,PO.030,SO.030,余量为Fe及不可避免的杂质。实施例三一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为CO.001，NO.005，SiO.1,MnO.08,Cr31，A16.0,PO.030，SO.030,余量为Fe及不可避免的杂质。实施例四一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为CO.01，NO.05,SiO.1，MnO.08,Cr31，A16.0,PO.030，SO.030,Mo2.6余量为Fe及不可避免的杂质。实施例五一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为CO.005,NO.025，SiO.l，MnO.08，Cr31,A16.0，PO.030,SO.030,Mol.4余量为Fe及不可避免的杂质。实施例六一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为CO.001，NO.005,SiO.l,MnO.08，Cr31,A16.0,PO.030,SO.030,Nb2.O余量为Fe及不可避免的杂质。9权利要求1、韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为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，余量为Fe及不可避免的杂质。2、根据权利要求l所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其特征在于其含C的质量百分比为C<0.005,其含N的质量百分比为N《0.025。3、根据权利要求1所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其特征在于其含C的质量百分比为C《0.001，其含N的质量百分比为N<0.005。4、根据权利要求1所述的韧性铁-铬-销铁素体电热合金，其特征在于它还含Mo或Nb，其质量百分比为1.4-2.6。全文摘要本发明公开了一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为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，余量为Fe及不可避免的杂质。该韧性铁-铬-铝铁素体电热合金不仅具有优异的耐蚀性能，还具有良好的韧性；其比镍铬电炉丝成本低、使用温度高300℃，且使用寿命长。文档编号C22C38/22GK101525723SQ20081001867公开日2009年9月9日申请日期2008年3月8日优先权日2008年3月8日发明者华徐,翟世先,翟华平,翟海平,翟玉亭申请人:江苏星火特钢有限公司