具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种电热合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]Fe-Cr-Al电热合金属于超高温级别电热合金，因合金中含有大量的铬、铝元素，合金具有优良的高温抗氧化性能。Fe-Cr-Al电热合金是我国应用最广泛的电热合金，它具有良好的耐热性、抗高温氧化性，电阻率系数较大，电阻温度系数小，功率稳定，在氧化性气氛中生成致密的A1203和Cr203氧化膜，起到良好的保护作用，而且价格低廉，主要被用于制造各种中、高温电炉加热元件。高电阻率可以有效的将电能转化为热能，还可以节省电热材料。Fe-Cr-Al电热合金一般含13_27wt.%Cr，3.5_7wt.%A1，基体组织具有体心立方结构。常用的 Fe-Cr-Al 合金材料有 0Cr23A15、0Cr21A16 和 0Cr27A17Mo2 等。当前 Fe-Cr-Al合金做的比较好的是瑞典的KANTHAL公司生产的型号为Kanthal A-1合金，它的使用温度可以达到1400° C，并且具有非常高的电阻率和优异的高温抗氧化性能；而我国生产的如0Cr27A17Mo2正常使用温度在1200-1300° C，和国外同类产品相比还有一定的差距。国内生产的Fe-Cr-Al电热合金高温强度低，容易产生蠕变变形，经高温使用后，晶粒长大显著，异常粗大的晶粒容易造成发热体的脆断。目前，Fe-Cr-Al电热合金用于制造加热炉的电炉丝时，存在的主要问题就是使用寿命太短。若用N1-Cr合金取代Fe-Cr-Al合金，则使用温度难以满足；若用难熔金属或非金属电热体取代，价格又昂贵。因此，工业电炉的发展迫切需要开发新的Fe-Cr-Al电热合金，提高其高温强度、抗氧化性及使用寿命。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料及其制备方法，该成分范围内的电热合金主要用在工作温度在1000-1300° C的粉末冶金烧结炉、高温热处理炉等的电热元件。
[0004]本发明是通过如下技术方案来实现的:
具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，具有如下的成分及质量百分比(％):C 彡 0.06，Cr:19.5-23.5，Al:5.5-6.5，N 彡 0.03，Si 彡 0.5，Mn 彡 0.5，P 彡 0.03，S 彡 0.03，Co:0.5-2.5，Nb:0.1-1.0，Zr:0.1-0.25，Y:0.02-0.2，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0005]具有如下的成分及质量百分比(％):0.025 < C ^ 0.06，Cr:21.6-23.5，Al:5.5-6.5，N 彡 0.03，Si 彡 0.5,0.21 < Mn 彡 0.5，P 彡 0.03，S 彡 0.03，Co:0.5-2.5，Nb:
0.1-1.0，Zr:0.16-0.25，Y:0.02-0.2，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
[0006]所述具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的制备方法，采用真空感应熔炼工艺方法，熔炼后浇铸成型，经热锻、热乳、再结晶热处理、冷乳和冷拔最终制得所需不同直径的电热合金材料。该成分范围内的钢在冷乳和冷拔后后，在1300° C等温氧化360小时氧化增重低于lOmg/cm2，且其氧化增重曲线遵循抛物线规律。
[0007]Al以纯Al的形式加入，Zr以纯Zr的形式加入，Co以纯Co的形式加入，Cr通过微碳络铁的形式加入，Y以Fe-γ中间合金的形式加入，Nb以Fe-Nb合金形式加入。
[0008]本发明的机理如下所述:加入适量的Zr和稀土 Y可以促进保护性氧化膜的形成，显著降低合金的等温氧化增重，提高氧化膜的抗剥落性，改善合金在苛刻服役条件下的抗氧化性能；并且可以细化晶粒，钉扎晶界，抑制晶粒长大，从而减缓Fe-Cr-Al电热合金高温晶粒粗化的速度，延长高温使用寿命。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明通过添加Zr和稀土 Y来提高抗氧化性、高温使用寿命及抗发热体的脆化能力。本发明涉及一种含Zr和稀土 Y的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，不仅克服了现有Fe-Cr-Al合金的高温脆化，改善了抗氧化性，而且其热强性也得到了提高，抗高温腐蚀能力增强，具有优异的综合性能。添加一定的Zr和Y可以减少Fe-Cr-Al合金中铝消耗的速度，提高抗高温氧化性及高温强度，提高使用寿命。本发明成分范围内的电热合金材料在冷乳和冷拔后，在1300° C等温氧化360小时氧化增重低于10mg/cm2，且其氧化增重曲线遵循抛物线规律。
【附图说明】
[0010]图1为【具体实施方式】中实施例1和实施例2的电热合金在1300° C等温氧化360
小时氧化增重曲线。
【具体实施方式】
[0011]下面通过实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0012]实施例1:
本实施例中，采用具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的成分及质量百分比如下:
Cr21.23%
Al6.03%
Co1.33%
Zr0.14%
稀土 Y0.04%
Nb0.43%
Mn0.23%
Si0.18%
C0.016%
N0.015%
S0.008%
P0.009%
Fe余量
采用真空感应熔炼，经综合计量计算和配料熔炼后，浇铸成型，再经热锻、热乳、再结晶热处理、冷乳和冷拔，最终制得含Zr和稀土 Y合金元素的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，其在1300° C等温氧化360小时氧化增重约为6.98 mg/cm2，且其氧化增重曲线遵循抛物线规律。
[0013]实施例2:
本实施例中电热合金材料不包含Zr和稀土 Y合金元素，电热合金材料的成分及重量百分比如下:
Cr21.34%
Al5.98%
Co1.41%
Nb0.48%
Mn0.21%
Si0.19%
C0.016%
N0.017%
S0.009%
P0.007%
Fe余量
采用真空感应熔炼，经综合计量计算和配料熔炼后，浇铸成型，再经热锻、热乳、再结晶热处理、冷乳和冷拔，最终制得不含Zr和稀土 Y合金元素的电热合金材料，其在1300° C等温氧化360小时氧化增重约为12.17 mg/cm2，其氧化增重曲线也遵循抛物线规律。
[0014]参见图1所示，实施例2中不含Zr和稀土 Y的电热合金在1300° C等温处理360小时后氧化增重高于实施例1中含适量Zr和稀土 Y合金元素电热合金的氧化增重。
[0015]实施例3:
本实施例中，采用具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的成分及质量百分比如下:
Cr22.65%
Al5.68%
Co0.6%
Zr0.18%
稀土 Y0.04%
Nb0.12%
Mn0.33%
Si0.18%
C0.029%
N0.015%
S0.008%
P0.009%
Fe余量
采用真空感应熔炼，经综合计量计算和配料熔炼后，浇铸成型，再经热锻、热乳、再结晶热处理、冷乳和冷拔，最终制得含Zr和稀土 Y合金元素的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，其在1300° C等温氧化360小时氧化增重约为7.39 mg/cm2,且其氧化增重曲线遵循抛物线规律。
[0016]实施例4:
本实施例中，采用具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的成分及质量百分比如下:
Cr23.45%
Al6.33%
Co2.4%
Zr0.23%
稀土 Y0.04%
Nb0.96%
Mn0.46%
Si0.18%
C0.057%
N0.015%
S0.008%
P0.009%
Fe余量
采用真空感应熔炼，经综合计量计算和配料熔炼后，浇铸成型，再经热锻、热乳、再结晶热处理、冷乳和冷拔，最终制得含Zr和稀土 Y合金元素的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，其在1300° C等温氧化360小时氧化增重约为8.01 mg/cm2，且其氧化增重曲线遵循抛物线规律。
[0017]本发明具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料在1250-1300° C等温抗氧化性能明显优于未加入Zr和稀土 Y元素的电热合金材料的抗高温氧化性能。该类含Zr和稀土Y的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料可以用作工作温度在1000-1300° C的烧结炉、热处理炉等的电热元件。
[0018]实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。
【主权项】
1.具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，其特征在于:具有如下的成分及质量百分比(％):C 彡 0.06，Cr:19.5-23.5，Al:5.5-6.5，N 彡 0.03，Si ( 0.5,Mn 彡 0.5，P 彡 0.03，S 彡 0.03，Co:0.5-2.5，Nb:0.1-1.0，Zr:0.1-0.25，Y:0.02-0.2，余量为 Fe 和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，其特征在于:具有如下的成分及质量百分比(％):0.025 < C 彡 0.06，Cr:21.6-23.5，Al:5.5-6.5，N 彡 0.03，Si 彡 0.5,0.21 < Mn ^ 0.5，P 彡 0.03, S ^ 0.03，Co:0.5-2.5, Nb:0.1-1.0, Zr:0.16-0.25，Y:0.02-0.2，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的制备方法，其特征在于:采用真空感应熔炼工艺方法，熔炼后浇铸成型，经热锻、热乳、再结晶热处理、冷乳和冷拔最终制得所需不同直径的电热合金材料。4.根据权利要求3所述具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的制备方法，其特征在于:A1以纯Al的形式加入，Zr以纯Zr的形式加入，Co以纯Co的形式加入，Cr通过微碳铬铁的形式加入，Y以Fe-Y中间合金的形式加入，Nb以Fe-Nb合金形式加入。
【专利摘要】本发明公开了一种具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料及其制备方法，该电热合金材料具有如下的成分及质量百分比（%）：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，？Co：0.5-2.5，Nb：0.1-1.0，Zr：0.1-0.25，Y：0.02-0.2，余量为Fe和不可避免的杂质；采用真空感应熔炼工艺，熔炼后浇铸成型，经热锻、热轧、再结晶热处理、冷轧和冷拔最终制得。该电热合金材料不仅克服了现有Fe-Cr-Al合金的高温脆化，改善了抗氧化性，而且其热强性也得到了提高，抗高温腐蚀能力增强，具有优异的综合性能。
【IPC分类】C22C38/30, C22C33/06, C21D8/00
【公开号】CN105154776
【申请号】CN201510516555
【发明人】倪高金, 肖学山, 刘青欢
【申请人】江苏金达电热电器有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月21日