CH346572A - Iron-chromium-aluminum alloy - Google Patents

Iron-chromium-aluminum alloy

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CH346572A
CH346572A CH346572DA CH346572A CH 346572 A CH346572 A CH 346572A CH 346572D A CH346572D A CH 346572DA CH 346572 A CH346572 A CH 346572A
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chromium
iron
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aluminum
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German (de)
Inventor
Gosta Rehnqvist Nils
Mattiasson Hagglund Eri Hajime
Original Assignee
Kanthal Ab
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

  

      Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung       Die Erfindung betrifft eine     Eisen-Chrom-Alumi-          nium-Legierung.    Die Legierung ist insbesondere zur  Verwendung für elektrische Widerstandselemente be  stimmt.  



  Elektrische Widerstandselemente werden aus Le  gierungen hergestellt, die imstande sind, auch bei  hohen Temperaturen einer Oxydation in der Luft zu  widerstehen.  



  Diese Eigenschaft ist besonders ausgeprägt bei       Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen,    die Tempera  turen von über<B>1350' C</B> widerstehen können und  gleichzeitig eine     zufriedenstellende    Lebensdauer be  sitzen. Die Legierungen können ausserdem geringe  Mengen Kobalt enthalten, wodurch die Feuerfestig  keit noch mehr erhöht und gleichzeitig auch die       Kaltbearbeitbarkeit    verbessert wird.  



  Die bekannten     Fe-Cr-AI-Legierungen    weisen den  Nachteil auf,     dass    sie eine verhältnismässig niedrige  Warmfestigkeit und in neutralen oder reduzierenden  stickstoffhaltigen Gasen eine schlechte Korrosions  beständigkeit besitzen. Das letztere ist ein Nachteil,  wenn z. B. elektrische Öfen mit Schutzgas über<B>900' C</B>  zum     Blankglühen,    für verschiedene     Härtungsproze-          duren        usw.    angewendet werden sollen. In solchen  Fällen war man darauf angewiesen, Widerstands  elemente vom     Nickel-Chrom-Typus    zu verwenden, da  die     Fe-Cr-AI-Legierungen    eine zu kurze Lebensdauer  besassen.

   Gleichzeitig weisen die bekannten     Fe-Cr-Al-          Legierungen    auch eine grosse Sprödigkeit in kaltem  Zustand nach Erhitzung auf Temperaturen von über  <B>900' C</B> sowie eine Neigung zum Kriechen auf, auch  wenn sie für gut unterstützte Widerstandselemente  verwendet werden, was eine starke Deformation der  Elemente verursacht.  



  Alle diese Nachteile werden nun durch die vor  liegende Erfindung eliminiert. Es hat sich gezeigt,         dass    kleine Zusätze von     Tantal    und     Cer    die Warm  festigkeit, die Zähigkeit in kaltem Zustand nach  Glühen bei hoher Temperatur, vor allem aber die  Beständigkeit der Legierungen gegen stickstoffhaltige  neutrale und reduzierende Gase in sehr hohem Grade  verbessern und die Neigung zum Kriechen erheblich  verringern.  



  Die neue Legierung ist erfindungsgemäss dadurch  gekennzeichnet,     dass    sie     10-401/.    Chrom,     1-90/"    Alu  minium,     50-890/.    Eisen, ferner     Tantal    in einer Menge  von     0,1-501"    sowie     Cer    in einer Menge von  enthält.  Die Legierung kann ausserdem bis zu 20/.<B>je</B>  Mangan und Silizium, bis zu<B>0,501.</B> Kohlenstoff, bis  zu<B>501.</B> Kobalt sowie     0,01-1o/.        Zirkonium    enthalten.  Überdies kann sie     Niob    und     Thorium    enthalten.  Phosphor und Schwefel können als Verunreinigungen  vorkommen.  



  <I>Beispiele</I>  <B>1.</B>     20-301/,>    Chrom,<B>3,5-6%</B> Aluminium, etwa       2,50/,        Tantal,    etwa<B>0,1501.</B>     Cer,    Rest Eisen.  



  2.     20-300/"    Chrom,     3,5-60/"    Aluminium, etwa       2,50/,        Tantal,    etwa     0,10/.        Cer,        0,1-501.    Kobalt, Rest  Eisen.  



       3.        35-40%        Chrom,        5-91/1.        Aluminium,        etwa        1,5"1"          Niob,etwa0,150/"Zirkonium,0,1-5%Tantal,0,01-10/"          Cer,    Rest Eisen.  



  4.     10-1501"    Chrom,     3-5,5o/.    Aluminium, etwa     lo/.          Molybdän,    etwa     0,10/.        Thorium,        0,1-5"1,>        Tantal,     <B>0,01-1 %</B>     Cer,    Rest Eisen.  



  Die Verbesserung der Beständigkeit gegen Stick  stoffgas dürfte am deutlichsten aus der nachstehenden  Tabelle hervorgehen, in welcher die Legierung     Nr.   <B>1</B>  eine     Nickel-Chrom-Legierung    herkömmlichen Typs,  in der Hauptsache<B>800/.</B> Nickel und     20"/"    Chrom  enthaltend, ist.

   Legierung     Nr.    2 ist eine Fe-Cr-Al-      Legierung mit 22<B>%</B>     Cr    und<B>5,5 % Al,</B> und die Legierung       Nr.   <B>3</B> ist eine     Ve-Cr-AI-Legierung,    enthaltend     220/"        Cr     und<B>5,5 % Al,</B> aber ausserdem<B>2,5 %</B>     Ta    und<B>0, 1</B>     %.        Ce.     Diese drei Legierungen wurden während 24 Stunden  bei 1200'<B>C</B> in reinem Stickstoffgas geglüht, und der  spezifische elektrische Widerstand wurde sowohl vor  als auch nach dem Glühen gemessen.

   Die Änderung  im spezifischen elektrischen Widerstand gibt das  Ausmass der Veränderung an, die das Material durch  die Einwirkung des Gases beim Glühen erfahren hat.  
EMI0002.0009     
  
    <I>Tabelle</I>
<tb>  Spez. <SEP> elektr. <SEP> Widerstand
<tb>  OhM <SEP> MM2/M
<tb>  Legierung <SEP> vor <SEP> nach <SEP> Änderung
<tb>  Nr. <SEP> dem <SEP> Glühen <SEP> dem <SEP> Glühen <SEP> des <SEP> spez.

   <SEP> Wider  standes <SEP> in <SEP> <B>%</B>
<tb>  <B>1 <SEP> 1,08 <SEP> 1,13</B> <SEP> 4,5
<tb>  2 <SEP> 1,41 <SEP> <B>1,00 <SEP> -#q</B>
<tb>  <B>3 <SEP> 1,39 <SEP> 1,38 <SEP> - <SEP> 0,7</B>       Aus der Tabelle geht hervor,     dass    die Legierung       Nr.   <B>3,</B> die     Ta    und     Ce    enthält, praktisch     unbeeinflusst     blieb.  



  Ähnliche Resultate werden erzielt, wenn     Ta    und       Ce    teilweise durch Titan     bzw.        Caleium    ersetzt werden.  Das     Tantahnetall    wird     geeigneterweise    in Form  von     Ferrotantal,    enthaltend bis zu<B>20%</B>     Niob,    bei  gemischt.  



  Das     Cermetall    kann entweder in reiner Form oder  in Form eines     Mischmetalles    beigegeben werden.



      Iron-chromium-aluminum alloy The invention relates to an iron-chromium-aluminum alloy. The alloy is particularly suitable for use in electrical resistance elements.



  Electrical resistance elements are made of alloys that are able to withstand oxidation in the air even at high temperatures.



  This property is particularly pronounced in iron-chromium-aluminum alloys, which can withstand temperatures of over <B> 1350 'C </B> and at the same time have a satisfactory service life. The alloys can also contain small amounts of cobalt, which increases the refractory strength even more and at the same time improves the cold workability.



  The known Fe-Cr-Al alloys have the disadvantage that they have a relatively low heat resistance and poor corrosion resistance in neutral or reducing nitrogen-containing gases. The latter is a disadvantage when e.g. B. electric furnaces with protective gas over <B> 900 'C </B> for bright annealing, for various hardening processes etc. should be used. In such cases it was necessary to use resistance elements of the nickel-chromium type, since the Fe-Cr-Al alloys had too short a service life.

   At the same time, the known Fe-Cr-Al alloys also show great brittleness in the cold state after heating to temperatures of over 900 ° C and a tendency to creep, even if they are used for well-supported resistance elements causing severe deformation of the elements.



  All of these disadvantages are now eliminated by the present invention. It has been shown that small additions of tantalum and cerium greatly improve the heat resistance, the toughness in the cold state after annealing at high temperature, and above all the resistance of the alloys to nitrogen-containing neutral and reducing gases and the tendency to creep reduce significantly.



  According to the invention, the new alloy is characterized in that it is 10-401 /. Chromium, 1-90 / "Alu minium, 50-890 /. Iron, furthermore tantalum in an amount of 0.1-501" and cerium in an amount of. The alloy can also contain up to 20 /. <B> each </B> manganese and silicon, up to <B> 0.501. </B> carbon, up to <B> 501. </B> cobalt and 0.01 -1o /. Contains zirconium. It can also contain niobium and thorium. Phosphorus and sulfur can occur as contaminants.



  <I> Examples </I> <B> 1. </B> 20-301 /,> Chromium, <B> 3.5-6% </B> aluminum, about 2.50 /, tantalum, about < B> 0.1501. </B> Cerium, remainder iron.



  2. 20-300 / "chrome, 3.5-60 /" aluminum, about 2.50 /, tantalum, about 0.10 /. Cerium, 0.1-501. Cobalt, the rest iron.



       3. 35-40% chromium, 5-91 / 1. Aluminum, about 1.5 "1" niobium, about 0.150 / "zirconium, 0.1-5% tantalum, 0.01-10 /" cerium, balance iron.



  4. 10-1501 "chromium, 3-5.5o /. Aluminum, about 10 /. Molybdenum, about 0.10 /. Thorium, 0.1-5" 1,> tantalum, <B> 0.01-1 % Cerium, remainder iron.



  The improvement in the resistance to nitrogen gas should emerge most clearly from the table below, in which alloy no. <B> 1 </B> is a nickel-chromium alloy of the conventional type, mainly <B> 800 /.</ B> containing nickel and 20 "/" chromium.

   Alloy no. 2 is an Fe-Cr-Al alloy with 22 <B>% </B> Cr and <B> 5.5% Al, </B> and alloy no. <B> 3 </ B > is a Ve-Cr-Al alloy containing 220 / "Cr and <B> 5.5% Al, </B> but also <B> 2.5% </B> Ta and <B> 0, 1% Ce These three alloys were annealed at 1200 ° C for 24 hours in pure nitrogen gas, and the electrical resistivity was measured both before and after the annealing.

   The change in the specific electrical resistance indicates the extent of the change that the material has undergone due to the action of the gas during annealing.
EMI0002.0009
  
    <I> table </I>
<tb> Spec. <SEP> electr. <SEP> resistance
<tb> OhM <SEP> MM2 / M
<tb> Alloy <SEP> before <SEP> after <SEP> change
<tb> No. <SEP> the <SEP> glow <SEP> the <SEP> glow <SEP> the <SEP> spec.

   <SEP> Resistance <SEP> in <SEP> <B>% </B>
<tb> <B> 1 <SEP> 1.08 <SEP> 1.13 </B> <SEP> 4.5
<tb> 2 <SEP> 1.41 <SEP> <B> 1.00 <SEP> - # q </B>
<tb> <B> 3 <SEP> 1.39 <SEP> 1.38 <SEP> - <SEP> 0.7 </B> The table shows that alloy no. <B> 3, < / B> which contains Ta and Ce, remained practically unaffected.



  Similar results are achieved when Ta and Ce are partially replaced by titanium or caleium. The tantane metal is suitably mixed in the form of ferrotantalum containing up to 20% niobium.



  The cermetall can be added either in pure form or in the form of a misch metal.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCH <B>1</B> Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, dadurch ge kennzeichnet, dass sie 10-400/" Chrom, 1-90/" Alu minium, 50-890/. Eisen, ferner Tantal in einer Menge von<B>0,1-5%</B> sowie Cer in einer Menge von 0,01-11/" enthält. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Legierung nach Patentanspruch<B>1,</B> gekenn zeichnet durch einen Gehalt an Kobalt von bis zu<B>5</B> 0/.. 2. PATENT CLAIM <B> 1 </B> Iron-chromium-aluminum alloy, characterized in that it is 10-400 / "chromium, 1-90 /" aluminum, 50-890 /. Contains iron, also tantalum in an amount of 0.1-5% and cerium in an amount of 0.01-11 / ". <B> SUBClaims </B> <B> 1. < / B> Alloy according to patent claim <B> 1 </B> characterized by a cobalt content of up to <B> 5 </B> 0 / .. 2. Legierung nach Patentanspruch<B>1,</B> gekenn zeichnet durch einen Gehalt an Zirkonium von<B>0,01</B> bis<B>1</B> 0/". <B>3.</B> Legierung nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet durch einen Gehalt an Mangan und Silizium von bis zu<B>je</B> 2 "/". 4. Alloy according to patent claim <B> 1 </B> characterized by a zirconium content of <B> 0.01 </B> to <B> 1 </B> 0 / ". <B> 3. </ B> Alloy according to patent claim I, characterized by a content of manganese and silicon of up to <B> each </B> 2 "/". 4. Legierung nach Patentanspruch<B>1,</B> gekenn zeichnet durch einen Gehalt an Titan von bis zu 30/". <B>5.</B> Legierung nach Patentanspruch<B>1,</B> gekenn zeichnet durch einen Gehalt an Calcium von bis zu 0,5-1.. <B>6.</B> Legierung nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet durch einen Gehalt an Kohlenstoff von bis <B><I>zu</I></B> 0,5 o/.. <B>7.</B> Legierung nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass sie 20-30% Chrom, 3,5-61/o Alu minium, etwa<B>2,5</B> 0/,> Tantal und etwa<B>0, Alloy according to claim <B> 1, </B> characterized by a content of titanium of up to 30 / ". <B> 5. </B> Alloy according to claim <B> 1, </B> characterized by a calcium content of up to 0.5-1 .. <B> 6. </B> Alloy according to patent claim I, characterized by a carbon content of up to <B> <I> to </I> </ B> 0.5 o / .. <B> 7. </B> Alloy according to patent claim <B> 1 </B> characterized in that it contains 20-30% chromium, 3.5-61 / o aluminum minium, about <B> 2.5 </B> 0 /,> tantalum and about <B> 0, 1 %</B> Cer enthält, während der Rest aus Eisen besteht. <B>8.</B> Legierung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass sie 35-400/# Chrom, 5-90/. Alu minium, etwa<B>1,501.</B> Niob, etwa 0,15','-', Zirkonium, 0,1-5% Tantal und 0,01-IOA Cer enthält und der Rest aus Eisen besteht. 1% contains cerium, while the remainder is iron. <B> 8. </B> Alloy according to claim I, characterized in that it is 35-400 / # chromium, 5-90 /. Aluminum, about <B> 1.501. </B> contains niobium, about 0.15 ',' - ', zirconium, 0.1-5% tantalum and 0.01-IOA cerium, the remainder being iron. <B>9.</B> Legierung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass sie<B>10-1501.</B> Chrom, 3-5,50#i Alu- minium, etwa l% Molybdän, etwa 0,1% Thorium sowie 0,1-501" Tantal und 0,01-10,', Cer enthält und der Rest aus Eisen besteht. <B> 9. </B> Alloy according to claim I, characterized in that it <B> 10-1501. </B> chromium, 3-5.50 # i aluminum, about 1% molybdenum, about 0.1% thorium as well as 0.1-501 "tantalum and 0.01-10, ', cerium and the remainder consists of iron. <B>PATENTANSPRUCH 11</B> Verwendung der Eisen-Chrom-Aluminium-Legie- rung nach Patentanspruch<B>1</B> für elektrische Wider standselemente. <B> PATENT CLAIM 11 </B> Use of the iron-chromium-aluminum alloy according to patent claim <B> 1 </B> for electrical resistance elements.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0034133A1 (en) * 1980-02-06 1981-08-19 Bulten-Kanthal AB Electrical heating element

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