CN104233083A - 一种析出强化电热合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种析出强化电热合金及其制备方法

技术领域：

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：

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℃-800℃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：

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。

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％、Mn：0.5-1％、Al：5-7％、Cr：20-25％、La+Ce+Pr+Y：0.1-0.3％、Ti：0.3-0.7％、N≤0.003％、B：0.01-0.02％、S≤0.01％、P≤0.01％，余量为铁和不可避免的杂质。

上述合金成分中各元素作用如下：

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；

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％；

适当的Mn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0.5-1％；

Al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；

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；

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；

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Al₂O₃氧化膜有强化作用，可提高氧化膜的致密性和可剥落性；

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；

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。

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：

(1)配料：按照以下组成进行配料：C：0.05-0.1％、Si：0.06-0.1％、Mn：0.5-1％、Al：5-7％、Cr：20-25％、La+Ce+Pr+Y：0.1-0.3％、Ti：0.3-0.7％、N≤0.003％、B：0.01-0.02％、S≤0.01％、P≤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1100℃-1200℃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Φ40mm圆棒并空冷；

(5)热轧：将锻造后的圆棒加热到1200℃-1300℃，保温2小时，出炉热轧为Φ5mm盘条，终轧温度900-950℃，轧后空冷至室温；

(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Φ5mm盘条加工到Φ2-3mm，第二次冷拔加工到Φ0.5-1mm，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℃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。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。

实施例1-3的元素配比如表1所示。

表1实施例1-3的元素配比(wt％)

合金	C	Si	Mn	Al	Cr	La	Ce	Pr	Y	Ti	N	B	S	P	Fe
																1	0.05	0.071	0.65	5.6	21.2	0.02	0.04	0.04	0.03	0.35	0.002	0.01	0.005	0.007	余量
2	0.07	0.082	0.81	6.3	23.5	0.04	0.03	0.05	0.06	0.49	0.002	0.02	0.004	0.005	余量
																3	0.10	0.077	0.89	6.9	24.1	0.05	0.07	0.06	0.04	0.64	0.003	0.02	0.004	0.006	余量

(1)配料：按照表1中的元素配比进行配料；

(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1150℃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Φ40mm圆棒并空冷；

(5)热轧：将锻造后的圆棒加热到1250℃，保温2小时，出炉热轧为Φ5mm盘条，终轧温度950℃，轧后空冷至室温；

(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Φ5mm盘条加工到Φ2.4mm，第二次冷拔加工到Φ0.8mm，第三次冷拔加工到Φ0.09mm，每道次冷拔之间将丝材在820℃软化退火2h；

(7)冷拔电热丝经过弱酸酸洗、漂洗并烘干成为成品。

本发明实施例1-3制备的合金成品具有较高的室温电阻率、抗拉强度、延伸率和抗氧化性，克服了现有技术中的不足，具有较广的工业应用前景。具体测试数据如下：

表2室温电阻率(Ωmm²/m)

合金	1	2	3	0Cr25Al5
					电阻率	1.89	1.94	2.01	1.43

表3抗拉强度(MPa)和延伸率(％)

合金	1	2	3	0Cr25Al5
					抗拉强度	884	972	1080	780
延伸率	14.7	14.1	14.9	12.1

表4抗氧化试验

合金	温度(℃)	氧化时间(h)	增重(mg/cm2)
				1	1200	300	3.03
2	1200	300	2.95
				3	1200	300	2.81
0Cr25Al5	1200	300	3.38

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

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％、Mn：0.5-1％、Al：5-7％、Cr：20-25％、La+Ce+Pr+Y：0.1-0.3％、Ti：0.3-0.7％、N≤0.003％、B：0.01-0.02％、S≤0.01％、P≤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：

(1)配料：按照以下组成进行配料：C：0.05-0.1％、Si：0.06-0.1％、Mn：0.5-1％、Al：5-7％、Cr：20-25％、La+Ce+Pr+Y：0.1-0.3％、Ti：0.3-0.7％、N≤0.003％、B：0.01-0.02％、S≤0.01％、P≤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1100℃-1200℃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Φ40mm圆棒并空冷；

(5)热轧：将锻造后的圆棒加热到1200℃-1300℃，保温2小时，出炉热轧为Φ5mm盘条，终轧温度900-950℃，轧后空冷至室温；

(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Φ5mm盘条加工到Φ2-3mm，第二次冷拔加工到Φ0.5-1mm，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℃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。