SE467414B - Fecral-legering med laangstraeckta korn - Google Patents

Description

467 414 JL Konventionellt framställda FeCrAl-legeringar besitter för många tillämpningar inte tillfredställande kryphållfasthet. Förelig- gande uppfinning avser därför en FeCrAl-legeríng och därav framställda produkter som uppvisar jämfört med sådana material väsentligt förbättrade krypegenskaper. Härigenom uppnås att ma- terialen kan användas för mekaniska konstruktioner och andra tillämpningar där deras goda egenskaper framför allt i form av oxidationsbeständighet vid höga temperaturer kan utnyttjas tillsammans med de goda krypegenskaper. Då materialet används för framställning av elektriska motståndselement för uppvärm- ning innebär den ökade formstabiliteten minskade risker för kortslutning och lokal överhettning.Detta ger möjlighet till förenklade och förbättrade ugnskonstruktioner. Exempelvis kan elementen lättare monteras i taket på ugnar. Vidare kan skänkellängden hos meanderformade element ökas. Element, och därmed ugnsrum för cylindriska ugnar kan tillverkas med större diameter.

Uppfinningen, som kännetecknas av de särdrag som anges i pa- tentkraven, skall i det följande närmare beskrivas.

En järnbaslegering enligt uppfinningen, s.k. FeCrAl-legering innehåller 10-40 vikt-% krom, 2-10 vikt-% aluminium, andra tillsatser i mindre mängder och resten järn. Tillsatserna kan bestå av högst 5 vikt-% vardera av kobolt. nickel, kisel, mangan, zirkon och titan, dock sammanlagt högst 10 vikt-% samt <2 vikt-% sammanlagt av exempelvis yttrium, hafnium och metal- ler i gruppen sällsynta jordartsmetaller. Även kväve och kol som då huvudsakligen föreligger i form av nitrider och karbider förekommer. Därutöver innehåller en legeríng enligt uppfin- ningen 0.02-0.1 vikt-% syre bundet i form av oxider eller andra refraktära föreningar vilka föreligger som dispegerade partik- lar med en medeldiameter av 1000-3000 Å. Det är i allmänhet lämpligt att syret är bundet i form av aluminiumoxid men även andra metalloxider som är stabila vid materialets användnings- temperatur t.ex. yttriumoxid är tänkbara. Den dispergerade oxidfasen är i huvudsak jämt fördelade i materialet. Den dis- pergerade fasen kan även innehålla andra refraktära föreningar, t.ex. nitrider, karbider eller oxinitrider.

H 3 i 467 414 Av legeringen, som kan erhållas på i sig känt sätt, framställs ett ämne lämpligen på pulvermetallurgisk väg. Ämnet bearbetas därefter, även detta på känt sätt, t.ex. genom varmvalsning, kallvalsning eller dragning till tråd, band rör eller stång.

Lämpligen sker därefter en värmebehandling vid 750-900°C under å - 2 timmar. Det så erhållna materialet kan betraktas som ett halvfabrikat som används för utformning av den slutliga produk- ten vilken efter värmebehandling vid minst llO0°C i huvudsak innehåller mycket långsträckta korn.

Legeringen uppnår sina egenskaper och framför allt den mycket höga kryphållfastheten då den innehåller mycket långsträckta korn med en längd av minst 5 mm och ett förhållande längd/tvärsnitt hos kornen av typiskt 10 till 1.

Legeringen enligt uppfinningen är i första hand avsedd att an- vändas för att medelst dragning, kallvalsning eller extrusion framställa tråd, band, rör eller stång som därefter vidare for- mas till elektriska motståndsvärmeelement eller andra produk- ter. I det genom kallbearbetning och eventuell efterföljande glödgning vid 750-800°C erhållna och för användning eller vi- dare bearbetning avsedda material är kornstorleken i den metal- liska fasen 5-20 u, företrädesvis 10-20 u och kornen är väsent- ligen likaxliga dvs. har samma utsträckning i alla riktningar.

Vissa slumpmässiga variationer i kornstolek och kornform före- kommer naturligtvis. Alla sådana variationer är välkända för fackmannen och faller inom ramen för denna uppfinning i övrigt.

De önskade egenskaperna hos materialet uppnås genom värmebe- handling vid en temperatur av minst l050°C, företrädesvis minst llO0°C, varefter materialet uppvisar i huvudsak enbart korn med stor utsträckning i materialets längdriktning, dvs. i drag- nings-, valsnings- eller extrustionsriktningen. De stora, avlånga kornen är främst orienterade så att deras l,0,0-rikt- ning ligger i kornens längdriktning. Högre temperatur, t.ex. l300°C, erfordras för vissa legeringar och medför annars snab- bare och eventuellt mer fullständig omvandling. I platta pro- dukter (band) kan även korn med stor utsträckning i såväl längd som bredd förekomma. Huvuddelen av materialet består av korn 4-67 414 i* med en längd av minst 5 mm och ett förhållande längd till tvärsnitt som typiskt är mer än 10 till 1. Dessa korn bildas mycket hastigt över en kritiskt temperatur vid värmebehand- lingen. Omvandlingen har i huvudsak fullföljts inom 15 minuter och medför att materialets kryphållfasthet vid höga tempera- turer ökar drastiskt. Om produkten utgörs av tråd eller band med ringa tvärsnitt exempelvis en tråd med cirkulärt tvärsnitt med diameter upp till ca 10 mm, kan utmed åtminstone delar av materialets längd hela tvärsnittet upptas av ett korn. Det är även möjligt att utmed åtminstone delar av materialets längd dess tvärsnitt upptas av ett fåtal korn i det angivna storleks- området. Förändringen av materialets egenskaper framgår av figur 1.

I diagram 1-3 visas exempel på karaktäristiska egenskaper hos en legering enligt uppfinningen jämfört med tidigare kända legeringar. Diagram 1 visar materialens kornstorlek som funk- tion av temperaturen efter en viss tids avslutande värmebehand- ling. Diagram 2 visar sambandet mellan kritisk temperatur och tid. Diagram 3 visar kornstorleken i materialet som funktion av tiden.

Diagram 1 visar hur kornstorleken förändras i olika material vid värmebehandling vid en viss angiven temperatur under en tid av 20 minuter. Provmaterialet består av tråd med diametern 4 mm och kornstorleken är mätt på trådarnas tvärsnitt. Utgångsmate- rialet före värmebehandling hade för material enligt uppfin- ningen en kornstorlek av 10-20 u och för kända material en kornstorlek av 20-30 u. Det framgår av diagrammet att man genom att utföra värmebehandlingen vid eller över en viss lägsta tem- peratur får en mycket kraftig tillväxt av kornstorleken. I det i diagrammet visade exemplet är denna kritiska temperatur (T- krit) ca l300°C men temperaturen beror givetvis av andra fakto- rer såsom tid för värmebehandlingen och materialets dimen- sioner. I diagrammet visas även hur kritiska temperaturer och förändringen av kornstorlekarna förändras vid längre behand- lingstider. Ett material enligt uppfinningen uppvisar en korn- storlek som i huvudsak följer den med 1 markerad linjen i dia- grammet. Av denna framgår att kornstorleken är väsentligen 1: C) el! f 'i 467 414 oförändrad upp till den kritiska temperaturen. Om värmebehand- lingen sker vid denna eller en högre temperatur erhålls mycket stora och avlånga korn efter värmebehandlingen. Jämfört med konventionella material är kornens storlek åtminstone 10 gånger större. I konventionella material är kornen dessutom likaxliga även efter värmebehandling. Det intervall inom vilket kornstor- lekarna i konventionella material återfinns har i diagram 1 markerats som ett streckat område som är märkt 2.

Det har redan nämnts att den kritiska temperaturen är beroende av behandlingstiden. Detta förhållande visas i diagram 2. I det streckade området av diagrammet till vänster och under linjen erhålles ingen nämnvärd förändring hos materialet vid värmebe- handlingen. Till höger om och ovanför linjen erhålls en omvand- ling av materialet enligt uppfinningen så att stora avlånga korn dominerar i materialet. Någon motsvarande omvandling sker inte av tidigare kända material.

Diagram 3 visar sambandet mellan kornstorlek och värmebehand- lingstid vid en given kritisk temperatur. Denna uppgår till minst l050°C och det i figuren visade exemplet avser ll00°C. Även i detta diagram följer egenskaperna hos ett material en- ligt uppfinningen den med 1 betecknade linjen i diagramet me- dan kända material återfinns inom det med 2 betecknade strec- kade området. För omvandlingen krävs en viss minsta, kritisk tid vid aktuell temperatur. Återigen bör observeras att mate- rial enligt uppfinningen efter värmebehandlingen uppvisar lång- sträckta korn medan konventionella material även efter värmebe- handlingen har likaxliga korn.

Materialets duktilitet i kallt tillstånd efter värmebehand- lingstiden varit kortare än den kritiska. Hos konventionella material försämras duktiliteten i kallt tillstånd kraftigt be- roende på den korntillväxt som sker vid värmebehandlingen.

Ytterligare värmebehandling eller användning vid höga tempera- turer utöver vad som erfordras för omvandling vid den kritiska temperaturen medför endast obetydliga förändringar av materia- lets kornstorlek.

Claims (1)

1. 4-67 414 PATENTKRAV 1. Järnbaslegring med 10-40 vikt-% krom, 2-10 vikt-% aluminium, högst 5 vikt-% vardera av kobolt, nickel, kisel, mangan, zirkon och titan, dock sammalagt högst 10 vikt-%, <2 vikt-% sammanlagt av tillsatser av kväve, kol och/eller yttrium, hafnium och metal- ler i gruppen sällsynta jordartsmetaller samt därut- över 0.02-0.1 vikt-% syre bundet i form av oxider eller andra refraktära föroreningar, resten järn, varvid att oxiderna föreligger som i materialet jämt fördelade dispergerade partiklar med en medeldiame- ter av 1000-3000 Å och att kornen i den metalliska fasen är väsentligen likaxliga kännetecknad därav attden efter bearbetning till företrädesvis tråd, band, rör eller stàng och värmebehandling vid minst l050°C företrädesvis minst ll00°C i huvudsak inne- håller mycket lángsträckta korn med en längd av minst 5 mm och ett förhållande längd till tvärsnitt av minst 10 till

1. . Produkt enligt patentkrav 1 kännetecknad därav att efter värmebehandling vid minst l050°C, företrädes- vis minst ll00°C materialet uppvisar i huvudsak en- bart korn med stor utsträckning i materialets längdriktning. .q