一种析出强化电热合金及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种电热合金材料，特别是一种析出强化电热合金及其制备方法。所述析出强化电热合金的元素组成包括：C、Si、Mn、Al、Cr、La、Ce、Pr、Y、Ti、N、B和Fe等。所述制备方法包括：配料、熔炼、均匀化退火、锻造、热轧、酸洗、漂洗、烘干和多道次冷拔等工艺。本发明制备的材料成品具有良好抗拉强度和高温蠕变强度和抗氧化性，并减少了网状碳化物产生的脆性，克服了现有技术中的不足，具有良好的工业应用前景。
【专利说明】一种析出强化电热合金及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种电热合金材料，特别是一种析出强化电热合金及其制备方法。
【背景技术】：
[0002] 电热合金材料是利用材料的电阻特性将电能转化为热能的功能性合金材料，在冶 金、机械、石化、电气、建筑、军工、家电等领域中被广泛应用于制造各种电热元件。目前，电 热合金已经发展成为一种重要的工程材料，在国民经济中占有重要的地位。最常用的电热 合金主要分为两大类：具有铁素体组织的铁铬铝合金和具有奥氏体组织的镍铬合金。镍 铬合金电阻率较低、化学稳定性差、工作温度低且成本高，相对而言铁铬铝合金就具有一系 列优点，如允许使用温度高、电阻率高、高温抗氧化性能好等。但铁铬铝合金由于是铁素体 合金，高温使用时铁素体晶粒迅速长大，使得合金高温蠕变强度迅速下降，而高温蠕变强 度最接近于电热元件在高温使用状态下的应力-应变状态，因此高温蠕变强度下降是限 制铁铬铝合金使用的关键因素。另外，铁铬铝合金在500°C -800°C温度区间还容易产生 (CrFe)23C6，沿晶界呈网状分布，使得合金出现明显脆性，因此应尽量避免该类碳化物产生。
【发明内容】
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[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种采用析出强化方式提高抗拉 强度和高温蠕变强度、并减少网状碳化物产生的电热合金及其制备方法。
[0004] 一种析出强化电热合金，其特征在于，所述合金的元素组成及其质量百分比 为：C :0· 05-0. 1 %、Si :0· 06-0. 1 %、Μη :0· 5-1 %、Al :5-7 %、Cr :20-25 %、La+Ce+Pr+Y : 0· 1-0. 3%、Ti :0· 3-0. 7%、N 彡 0· 003%、B :0· 01-0. 02%、S 彡 0· 01%、P 彡 0· 01%，余量 为铁和不可避免的杂质。
[0005] 上述合金成分中各元素作用如下：
[0006] 适当的C元素为电热合金主要的强化元素，并与强碳化物形成元素Ti形成高熔点 纳米析出相；
[0007] Si元素可有效强化铁素体并阻止渗碳，但含量过高会损害合金塑性，含量应控制 在 0· 06-0. 1% ;
[0008] 适当的Μη元素可以提高合金抗拉强度及高温蠕变性能，但是锰含量过高则会损 害高温抗氧化性能，含量应控制在〇. 5-1% ;
[0009] Α1是铁铬铝合金中高温抗氧化性能的最重要元素，同时可以提高合金电阻率及使 用温度；
[0010] Cr是铁铬铝合金中另一重要组成元素，主要作用是提高抗氧化能力、提高合金强 度、提高电阻率；
[0011] La、Ce、Pr、Y稀土元素可以钉扎晶界，抑制晶粒长大从而细化晶粒，同时还可以促 进保护性氧化膜的产生，从而提高合金的抗氧化性能；
[0012] Ti作为强碳化物形成元素，与C元素结合生成高熔点纳米析出相TiC，一方面起到 有效的强化作用；同时还可以有效阻止高温时晶粒长大，细化晶粒，提高高温蠕变强度；最 后强碳化物形成元素Ti可以保证与C优先结合，从而避免产生网状（CrFe) 23C6，减少合金脆 性；最后，剩余的Ti在高温时生成TiO,对合金表面的A1 203氧化膜有强化作用，可提高氧化 膜的致密性和可剥落性；
[0013] N元素，为避免形成大尺寸的TiN夹杂，对合金性能造成不利影响，应严格控制N含 量小于30ppm ;
[0014] 同时，添加适量B，也能起到很好的固定N的作用，另外B还可以有效钉扎晶界，细 化晶粒。
[0015] 所述析出强化电热合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
[0016] (1)配料：按照以下组成进行配料：C :0· 05-0. 1%、Si :0· 06-0. 1%、Μη :0· 5-1%、 A1 ：5-7 %, Cr :20-25 %, La+Ce+Pr+Y ：0. l-〇. 3 %,Ti：0. 3-0.7 %,N^ 0. 003 %,B： 0.01-0. 02%、S彡0.01%、P彡0.01%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0017] (2)熔炼：将上述原料放入真空感应熔炼炉内，抽真空并充入高纯氩气保护，熔炼 后随炉冷却成合金锭；
[0018] (3)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，加热到1100°C -1200°C保温24 小时；
[0019] (4)锻造：将均匀化退火后试样出炉并立即进行锻造，锻造成尺寸Φ40πιπι圆棒并 空冷；
[0020] (5)热轧：将锻造后的圆棒加热到1200°c-1300°c，保温2小时，出炉热轧为Φ5πιπι 盘条，终轧温度900-950°C，乳后空冷至室温；
[0021] (6)将热轧盘条酸洗、漂洗并烘干后冷拔成丝材，第一次冷拔将Φ 5mm盘条加工到 Φ2-3πιπι，第二次冷拔加工到Φ0·5-1πιπι，第三次冷拔加工到Φ0.08-0. 1mm，每道次冷拔之 间将丝材在800-850°C软化退火2h ;
[0022] (7)冷拔后丝材经过弱酸酸洗、漂洗并烘干成为成品。
【具体实施方式】：
[0023] 下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。
[0024] 实施例1-3的元素配比如表1所示。
[0025] 表1实施例1-3的元素配比（wt % )
[0026]
【权利要求】
1. 一种析出强化电热合金，其特征在于，所述合金的元素组成及其质量百分比为： C：0. 05-0. 1 %, Si ：0. 06-0. 1 %, Μη :0.5-1 %,Al：5-7 %,Cr：2〇-25 %, La+Ce+Pr+Y ： 0· 1-0. 3%、Ti :0· 3-0. 7%、N 彡 0· 003%、B :0· 01-0. 02%、S 彡 0· 01%、P 彡 0· 01%，余量 为铁和不可避免的杂质。
2. 如权利要求1所述的一种析出强化电热合金的制备方法，其特征在于，所述制备方 法包括： ⑴配料：按照以下组成进行配料：C :0· 05-0. 1 %、Si :0· 06-0. 1 %、Μη :0· 5-1 %、 A1 ：5-7 %, Cr :20-25 %, La+Ce+Pr+Y ：0. l-〇. 3 %,Ti：0. 3-0.7 %,N^ 0. 003 %,B： 0.01-0. 02%、S彡0.01%、P彡0.01%，余量为铁和不可避免的杂质； (2) 熔炼：将上述原料放入真空感应熔炼炉内，抽真空并充入高纯氩气保护，熔炼后随 炉冷却成合金锭； (3) 均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，加热到ll〇〇°C -1200°C保温24小时； (4) 锻造：将均匀化退火后试样出炉并立即进行锻造，锻造成尺寸Φ40πιπι圆棒并空 冷； (5) 热轧：将锻造后的圆棒加热到1200°C -1300°C，保温2小时，出炉热轧为Φ5πιπι盘 条，终轧温度900-950°C，乳后空冷至室温； (6) 将热轧盘条酸洗、漂洗并烘干后冷拔成丝材，第一次冷拔将Φ5πιπι盘条加工到 Φ2-3πιπι，第二次冷拔加工到Φ0·5-1πιπι，第三次冷拔加工到Φ0.08-0. 1mm，每道次冷拔之 间将丝材在800-850°C软化退火2h ; (7) 冷拔后丝材经过弱酸酸洗、漂洗并烘干成为成品。
【文档编号】C21D8/06GK104233083SQ201410427840
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申请人:盐城市鑫洋电热材料有限公司