[发明专利]韧性铁-铬-铝铁素体电热合金

说明书

技术领域

本发明涉及金属功能材料，具体地说，涉及一种具有优良韧性的铁-铬-铝铁素体电热合金。

背景技术

近来年稀有金属镍的价格飞涨，使奥氏体不锈钢价格翻番，镍基奥氏体不锈钢的应用受到严重影响，而铁素体、马体系不锈钢使用范围进一步扩大，高铬(25-31％)铁素体不锈钢，不仅有优良的耐蚀性能，且极好的耐应力腐蚀、耐缝隙腐蚀、耐孔蚀能力，可代替昂贵的镍基和钛等高级耐蚀合金材料。高铬铁素体不锈钢的耐蚀性虽优良，但严重的脆性阻碍其被广泛选用。含铝的高铬铁素体合金，又称铁铬铝合金，是大量应用的电炉丝材料。其比镍铬电炉丝使用温度高300℃，但由于脆性严重影响使用寿命。据统计，我国年电热合金产量约万吨，次于瑞典居世界第二位。其中，镍铬合金仅占8％左右。铁铬铝合金占90％以上，而瑞典、美国、日本、俄罗斯等国均以镍铬合金为主。铁铬铝电热合金比镍铬合金有一系列优点，如允许使用温度高、电阻率高、易于热冷加工等，但它有致命的弱点，即脆，特别是高温使用后变脆。其不仅限制了使用范围，也严重地缩短了使用寿命。所以，如能开发出韧性的，或至少高温用后不严重变脆的铁铬铝电热合金丝将有重大意义。

现有的铁铬铝电炉丝的含碳量较高，在高温使用后，随炉冷却过程中，M₂₃C₆的析出是不可避免的，特别当炉丝在高温长期使用后，晶粒长得很粗大，晶界数量相对减少，在整个晶界上布满了网状M₂₃C₆，变脆程度更加严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其具有优异耐蚀性能，还具有良好的韧性，应用于电炉丝材料，其比镍铬电炉丝成本低、使用温度高300℃，其使用寿命长。

本发明提供的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为：C≤0.01，N≤0.05，Si≤0.1，Mn≤0.08，Cr21.5-31，Al≤3.0-6.0，P≤0.030，S≤0.030，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其含C的质量百分比为：C≤0.005，其含N的质量百分比为：N≤0.025。

所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其含C的质量百分比为：C≤0.001，其含N的质量百分比为：N≤0.005。

所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，它还含Mo或Nb，其质量百分比为：1.4-2.6。

本发明的设计思路是降碳、氮，保证必要的铬、铝含量，以确保其耐腐蚀性能和韧性；以稳定组织和改善性能；进行成分设计，并逐步优化成分。

影响铁铬铝电热合金韧性的因素：

1、韧脆转变温度：铁铬铝电热合金在较高温度时，韧性很好；当温度降至某一温度以下时，韧性突然降得很低、很脆。该临界温度被称为韧脆转变温度。一般纯度的铁铬铝电热合金韧脆转变温度在60-80℃左右，所以限制了其使用。

2、M₂₃C₆析出：合金中铬含量很高，且铁素体中碳的溶解度比奥氏体中低得多，因而M₂₃C₆析出倾向强烈。如在高于800℃以上析出，多以颗立状在晶界析出，对脆性影响不大；在晶界以网状的析出速度很快，在各种热工艺后的冷却过程中，很难避免。其不仅使合金变脆，且引起严重的晶界腐蚀，是高铬铁素体合金被限制使用的另一重要原因。

3、σ相析出：根据Fe-Cr相图，在含30％Cr的铁素体合金中，约700℃以下才开始析出σ相，600℃长期保温后，σ相可达40％左右。σ相是脆的，合金中如含有较多的σ相时，是不能被选用的。但由于高铬铁素体合金中的σ相析出温度低，析出速度缓慢，约需几个个小时才开始析出。因此在各种热工艺后的冷加过程中，一般不会析出，不影响使用，但不宜在σ相易析出温度下使用。

解决铁铬铝电热合金脆性的途径：

1.防止σ相析出：

由于σ相形成温度低，析出速度缓慢，在热加工、热处理、焊接等热工艺后的冷却过程中，一般较易避免，不会引起脆性；但是该类合金不宜在σ相析出的300-700℃温度范围内使用。

2.M₂₃C₆相在晶界以网状析出：