含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，屬鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]Fe-Cr-Al電熱合金含13_27wt.%Cr，3.5_7wt.%A1，基體組織具有體心立方結(jié)構(gòu)。常用的 Fe-Cr-Al 合金材料有 0Cr23A15、0Cr21A16 和 0Cr27A17Mo2 等。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，在氧化性氣氛中生成致密的Al2O3和Cr 203氧化膜，起到良好的保護作用，而且價格低廉，主要被用于制造各種中、高溫電爐加熱元件。
[0003]目前，瑞典的KANTHAL公司生產(chǎn)的型號為Kanthal A-1的Fe-Cr-Al合金使用溫度可以達到1400° C，并且具有非常高的電阻率和優(yōu)異的高溫抗氧化性能；而我國生產(chǎn)的如0Cr27A17Mo2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。但是Fe-Cr-Al電熱合金高溫強度低，容易產(chǎn)生蠕變變形，經(jīng)高溫使用后，晶粒長大顯著，異常粗大的晶粒容易造成發(fā)熱體的脆斷。目前，F(xiàn)e-Cr-Al電熱合金用于制造加熱爐的電爐絲時，存在的主要問題就是使用壽命太短。若用N1-Cr合金取代Fe-Cr-Al合金，則使用溫度難以滿足；若用難熔金屬或非金屬電熱體取代，價格又昂貴。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，提高其高溫強度、抗氧化性及使用壽命。
[0004]研發(fā)新一代高端Fe-Cr-Al電熱合金可以通過添加稀土元素來提高抗氧化性、高溫使用壽命及抗發(fā)熱體的脆化能力。本發(fā)明涉及一種含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，不僅克服了 Fe-Cr-Al合金的高溫脆化，改善抗氧化性，而且熱強性也得到了提高，抗高溫腐蝕能力增強，具有優(yōu)異的綜合性能。添加一定的La可以減少Fe-Cr-Al合金中鋁消耗的速度，提高壽命。我國稀土資源豐富，研宄稀土元素合金化，特別是用稀土元素改善Fe-Cr-Al電熱合金的高溫性能具有很強的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料。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、高溫熱處理爐等的電熱元件。
[0006]本發(fā)明的含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，具有如下的成分及質(zhì)量百分比:C 彡 0.025，Cr:19.5-21.5，Al:5.5-6.5，Zr:0.1-0.15，N 彡 0.02，Si ( 0.2，Mn ^ 0.2, P ^ 0.01，S 彡 0.01，La:0.01-0.035，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉工藝，真空感應(yīng)熔煉時前，坩禍中先放入純Fe，鉻鐵以及純Zr;接著抽真空至低于3Pa，然后充Ar氣；將坩禍中的純Fe，鉻鐵以及純Zr熔清后，停電冷凝30分鐘；待鋼液表面結(jié)膜以后，打開感應(yīng)爐，放入Al-La中間合金及純Al，然后抽真空低于5Pa，充Ar氣，緩慢的將Al-La中間合金及純Al熔清；熔煉后澆鑄成型，再經(jīng)熱鍛、熱軋、冷軋和再結(jié)晶熱處理，可最終制得。
[0008]熱鍛的變形量為40%，熱軋的變形量為75%，冷軋的變形量為90%。
[0009]再結(jié)晶熱處理:950-1050° C保溫5分鐘，空冷。
[0010]Al以純Al的形式加入且收得率按85%計算，Zr以純Zr的形式加入且收得率按90%計算，Cr通過微碳鉻鐵的形式加入，La以Al-La中間合金的形式加入。
[0011]熔煉前去除Al表面氧化層，配料時Al和La的質(zhì)量比為3: 5，熔煉時真空度低于5Pa，充Ar氣熔煉。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明成分范圍內(nèi)的鋼在再結(jié)晶處理后，1300° C等溫氧化360小時氧化增重低于2mg/cm_2，該成分范圍內(nèi)的電熱合金具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能，主要用作工作溫度在1000-1300° C的粉末冶金燒結(jié)爐、高溫熱處理爐等的電熱元件。
[0013]本發(fā)明的機理如下所述:加入合適的稀土 La元素可以促進保護性氧化膜的形成，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；同時還可以細化晶粒，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。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。
[0015]實施例1
本實施例中，采用含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的成分及質(zhì)量百分比如下:
Cr19.83%
Al6.23%
N0.011%
Mn0.08%
C0.012%
稀土 La0.01%
Si0.09%
Zr0.13%
S0.005%
P0.007%
Fe余量
采用真空感應(yīng)熔煉工藝方法，經(jīng)綜合計量計算和配料熔煉后，澆鑄前將經(jīng)真空電弧爐熔煉所得的稀土中間合金Al-La直接投入，澆鑄成型，再經(jīng)熱鍛、熱軋、冷軋和再結(jié)晶熱處理(1000° C保溫5分鐘，空冷)，最終制得含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，且1300° C等溫氧化360小時氧化增重約1.89mg/cm_2。
[0016]實施例2
本實施例中，采用含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的成分及重量百分比如下:
Cr21.2%
Al5.93%
N0.013%
Mn0.10%
C0.023%
稀土 La0.03%
Si0.06%
Zr0.14%
S0.004%
P0.009%
Fe余量
采用真空感應(yīng)熔煉工藝方法，經(jīng)綜合計量計算和配料熔煉后，澆鑄前將經(jīng)真空電弧爐熔煉所得的稀土中間合金Al-La直接投入，澆鑄成型，再經(jīng)熱鍛、熱軋、冷軋和再結(jié)晶熱處理(1000° C保溫5分鐘，空冷)，最終制得含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，且1250° C等溫氧化360小時氧化增重約1.67mg/cm_2。
[0017]該類含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料在1250-1300° C等溫抗氧化性能與瑞典KANTHAL公司生產(chǎn)的型號為Kanthal A-1電熱合金的抗氧化性能差不多。該類含稀土 La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料可以用作工作溫度在1000-1300° C的燒結(jié)爐、熱處理爐等的電熱元件。
[0018]實施例只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容或依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上方案所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，其特征在于具有如下的成分及質(zhì)量百分比:C 彡 0.025，Cr:19.5-21.5，Al:5.5-6.5，Zr:0.1-0.15，N 彡 0.02，Si ( 0.2，Mn ^ 0.2, P ^ 0.01，S 彡 0.01，La:0.01-0.035，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉工藝，真空感應(yīng)熔煉時前，坩禍中先放入純Fe，鉻鐵以及純Zr;接著抽真空至低于3Pa，然后充Ar氣；將坩禍中的純Fe，鉻鐵以及純Zr熔清后，停電冷凝30分鐘；待鋼液表面結(jié)膜以后，打開感應(yīng)爐，放入Al-La中間合金及純Al，然后抽真空低于5Pa，充Ar氣，將Al-La中間合金及純Al熔清；熔煉后澆鑄成型，再經(jīng)熱鍛、熱軋、冷軋和再結(jié)晶熱處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制備方法，其特征在于:熱鍛的變形量為40%，熱軋的變形量為75%，冷軋的變形量為90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制備方法，其特征在于:再結(jié)晶熱處理:950-1050° C保溫5分鐘，空冷。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制備方法，Al以純Al的形式加入且收得率按85%計算，Zr以純Zr的形式加入且收得率按90%計算，Cr通過微碳鉻鐵的形式加入，La以Al-La中間合金的形式加入。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料的制備方法，其特征在于:熔煉前去除Al表面氧化層，配料時Al和La的質(zhì)量比為3:5，熔煉時真空度低于5Pa，充Ar氣熔煉。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含稀土La的具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的電熱合金材料，屬鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域，其具有如下的成分及質(zhì)量百分比：C≤0.025，Cr：19.5-21.5，Al：5.5-6.5，Zr：0.1-0.15，N≤0.02，Si≤0.2，Mn≤0.2，P≤0.01，S≤0.01，La：0.01-0.035，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該成分范圍內(nèi)的電熱合金具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能，主要用作工作溫度在1000-1300°C的粉末冶金燒結(jié)爐、高溫熱處理爐等的電熱元件。
【IPC分類】C21D8-00, C22C38-28, C22C33-06, C21D6-00
【公開號】CN104726778
【申請?zhí)枴緾N201510131653
【發(fā)明人】徐裕來, 劉青歡, 肖學山, 李鈞, 彭偉, 吉利文
【申請人】上海大學興化特種不銹鋼研究院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月25日