[发明专利]含稀土La的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种含稀土La的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，属钢铁合金材料技术领域。

背景技术

Fe-Cr-Al电热合金含13-27wt.%Cr，3.5-7wt.%Al，基体组织具有体心立方结构。常用的Fe-Cr-Al合金材料有0Cr23Al5、0Cr21Al6和0Cr27Al7Mo2等。Fe-Cr-Al电热合金是我国应用最广泛的电热合金，它具有良好的耐热性、抗高温氧化性，电阻率系数较大，电阻温度系数小，功率稳定，在氧化性气氛中生成致密的Al₂O₃和Cr₂O₃氧化膜，起到良好的保护作用，而且价格低廉，主要被用于制造各种中、高温电炉加热元件。

目前，瑞典的KANTHAL公司生产的型号为Kanthal A-1的Fe-Cr-Al合金使用温度可以达到1400°C，并且具有非常高的电阻率和优异的高温抗氧化性能；而我国生产的如0Cr27Al7Mo2正常使用温度在1200-1300°C，和国外同类产品相比还有一定的差距。但是Fe-Cr-Al电热合金高温强度低，容易产生蠕变变形，经高温使用后，晶粒长大显著，异常粗大的晶粒容易造成发热体的脆断。目前，Fe-Cr-Al电热合金用于制造加热炉的电炉丝时，存在的主要问题就是使用寿命太短。若用Ni-Cr合金取代Fe-Cr-Al合金，则使用温度难以满足；若用难熔金属或非金属电热体取代，价格又昂贵。因此，工业电炉的发展迫切需要开发新的Fe-Cr-Al电热合金，提高其高温强度、抗氧化性及使用寿命。

研发新一代高端Fe-Cr-Al电热合金可以通过添加稀土元素来提高抗氧化性、高温使用寿命及抗发热体的脆化能力。本发明涉及一种含稀土La的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，不仅克服了Fe-Cr-Al合金的高温脆化，改善抗氧化性，而且热强性也得到了提高，抗高温腐蚀能力增强，具有优异的综合性能。添加一定的La可以减少Fe-Cr-Al合金中铝消耗的速度，提高寿命。我国稀土资源丰富，研究稀土元素合金化，特别是用稀土元素改善Fe-Cr-Al电热合金的高温性能具有很强的现实意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含稀土La的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料。该成分范围内的电热合金主要用在工作温度在1000-1300°C的粉末冶金烧结炉、高温热处理炉等的电热元件。

本发明的含稀土La的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料，具有如下的成分及质量百分比：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，余量为Fe和不可避免的杂质。

含稀土La的具有优异抗高温氧化性能的电热合金材料的制备方法，采用真空感应熔炼工艺,真空感应熔炼时前，坩埚中先放入纯Fe，铬铁以及纯Zr;接着抽真空至低于3Pa，然后充Ar气;将坩埚中的纯Fe，铬铁以及纯Zr熔清后，停电冷凝30分钟;待钢液表面结膜以后，打开感应炉，放入Al-La中间合金及纯Al，然后抽真空低于5Pa，充Ar气，缓慢的将Al-La中间合金及纯Al熔清;熔炼后浇铸成型，再经热锻、热轧、冷轧和再结晶热处理，可最终制得。

热锻的变形量为40%，热轧的变形量为75%，冷轧的变形量为90%。

再结晶热处理：950-1050°C保温5分钟，空冷。

Al以纯Al的形式加入且收得率按85%计算，Zr以纯Zr的形式加入且收得率按90%计算，Cr通过微碳铬铁的形式加入，La以Al-La中间合金的形式加入。

熔炼前去除Al表面氧化层，配料时Al和La的质量比为3:5，熔炼时真空度低于5Pa，充Ar气熔炼。

本发明的有益效果：本发明成分范围内的钢在再结晶处理后，1300°C等温氧化360小时氧化增重低于2mg/cm^-2，该成分范围内的电热合金具有优异的抗高温氧化性能，主要用作工作温度在1000-1300°C的粉末冶金烧结炉、高温热处理炉等的电热元件。

本发明的机理如下所述：加入合适的稀土La元素可以促进保护性氧化膜的形成，显著降低合金的等温氧化增重，提高氧化膜在等温条件下的抗剥落性，改善合金在苛刻服役条件下的抗氧化性能；同时还可以细化晶粒，钉扎晶界，抑制晶粒长大，从而减缓Fe-Cr-Al电热合金高温晶粒粗化的速度，延长高温使用寿命。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。