CH417742A - Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger Bänder oder Drähte, elektrischer Widerstandsdraht und Verwendung desselben - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger Bänder oder Drähte,  elektrischer Widerstandsdraht und     Verwendung    desselben    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren  zur Herstellung hitzebeständiger Bänder oder     Drähte,     insbesondere     für    die Verwendung in elektrischen       Widerstandsheizelementen.     



  Elektrische     Widerstandsheizelemente    werden aus  Legierungen hergestellt, die das Vermögen besitzen,  einer Oxydation bei hoher Temperatur in Luft zu  widerstehen. Es ist eine feststehende Tatsache, dass       Eisen-Chrom-Aluminiumlegierungen,    die bei sehr  erhöhten Temperaturen verwendet werden können,  dieses Merkmal besitzen, wobei sie gleichzeitig eine  ziemlich gute Gebrauchsdauer aufweisen. Es wurden  bereits eine grosse Anzahl Legierungen dieser Art  vorgeschlagen. Es trifft auch zu, dass die Verfahren  zur Herstellung hitzebeständiger Drähte aus derarti  gen Legierungen hoch entwickelt sind, so dass sehr       gleichmässige    Produkte erhalten werden.

   Obgleich je  doch das bisher bekannte Verfahren zur Herstellung  hitzebeständiger     Drähte    insbesondere für die Ver  wendung in elektrischen     Widerstandsheizelementen     für verschiedene Zwecke     ganz    befriedigend ist,     kann     es in gewissen Hinsichten verbessert werden. Ins  besondere ist es erwünscht, ein Verfahren zur Her  stellung von Drähten, die die Eigenschaften einer  hohen     Zähfestigkeit,        (spanlosen)        Verarbeitbarkeit,     Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit mit einer hohen  Höchsttemperatur für den kontinuierlichen Betrieb  vereinigen und die sehr konstante und gleichmässige  physikalische Eigenschaften besitzen, zu entwickeln.  



  Demgemäss     betrifft    die vorliegende Erfindung in  erster Linie ein Verfahren zur Herstellung von Wider  standsdrähten, die alle oben     aufgezählten    Anforde  rungen gleichzeitig und in einem überraschend hohen  Ausmass     erfüllen.     



  Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erreichung  des soeben genannten Zieles ist dadurch gekennzeich-         net,    dass man eine Schmelze herstellt, die die folgen  den Bestandteile enthält: 0-0,1     Gew.%    C, 0,20-0,90       Gew.%        Si,    0,20-0,70     GewA    Mn, 13-24     GewA        Cr,          0-0,50Gew.%Ni,        0,20-0,80Gew.%Ca,    3,5-6,5     Gew.%     Al, 0,01-0,20     GewA        Zr,    0-0,15     GewA        Cu    und als  Rest Eisen,

   die     Schmelze,    beispielsweise durch Giessen  und     gewünschtenfalls    einen darauffolgenden Schmiede  vorgang, zu     langgestreckten    Rohlingen oder Barren  für das     Warmwalzen    formt, die     langgestreckten    Roh  linge oder Barren bei einer Temperatur von 1175 bis  1290  C zu drahtförmigen Zwischenrohlingen mit  einem Durchmesser von 6-8     mm        warmwalzt    und die  selben auf Zimmertemperatur abkühlen     lässt        und    zu  Bändern oder Drähten, beispielsweise durch Kalt  ziehen,

   in einer     Vielzahl    von aufeinanderfolgenden       Kaltverformungsvorgängen,        gewünschtenfalls    mit da  zwischenliegenden     Anlassvorgängen    zu der endlich  gewünschten Abmessung kalt verformt.  



  Es wurde festgestellt, dass eine Legierung der  oben genannten Art eine sehr grosse     Verarbeitbarkeit     aufweist, was einen hohen Gewinn bei der Herstel  lung, wenn das Kaltziehen von     Drähten    angewendet  wird, sowie beträchtlich verringerte Herstellungskosten  im Vergleich zu denjenigen     für    die bisher bekannten       Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen    zur Folge hat.  Es wird z. B. auch eine überraschend grosse Hitze  beständigkeit erhalten, die der Tatsache zuzuschreiben  ist, dass auf der Oberfläche des Drahtes eine hoch  beständige     Oberflächenoxydschicht    gebildet wird,  wenn man eine oxydierende Atmosphäre verwendet.

    Die     Zähfestigkeit    ist gross genug, um sicherzustellen,  dass die     Widerstandsdrähte    aus der Legierung allen  mechanischen Beanspruchungen, wie sie normaler  weise auftreten, zu widerstehen vermögen. Überdies  sind die physikalischen und mechanischen Eigenschaf  ten der     fraglichen    Legierung sehr konstant und gleich-      mässig, was natürlich sehr erwünscht ist, um genaue  Berechnungen bei der Konstruktion sowie ein zuver  lässiges     Arbeiten    von     Widerstandsheizelementen    aus  der fraglichen     Legierung    zu ermöglichen.  



  In Abhängigkeit von den verschiedenen Zusam  mensetzungen     innerhalb    der oben genannten     Grenzen     liegt die Höchsttemperatur     für    den Dauerbetrieb für       Widerstandsdrahtelemente,    die aus einer Legierung  aus dieser allgemeinen Klasse hergestellt sind, im Be  reich von 1150-1350  C, der spezifische Widerstand  bei 20 C im Bereich von 135-145 Mikroohm pro       cm2    und der durchschnittliche     Temperaturkoeffizient     bei 63,5 X     10-6.    Das spezifische Gewicht beträgt  7,25-7,1, und der lineare Ausdehnungskoeffizient  variiert von 10,5 X 10-6 im Bereich von     20-250'C     bis 14,

  0 X     10-E    im Bereich von 20-1000  C. Die  Wärmeleitung bei 20  C liegt bei 0;04     cal/cm    X sec  X   C, die spezifische Wärme bei 0,11     cal/g    X   C  und der     Schmelzpunkt    bei     annähernd    1510 C.

   Die       Brinell-Härte    beträgt 200-260; die Dehnung     12-2U    %  für 200 mm, und die Streckgrenze ist 45-65     kp/mm2.     Die Zugfestigkeit ist 65-86     kp/cm%    steigt aber mit       abnehmenden    Abmessungen, so dass sie bei     kleinen     Draht- oder Bandabmessungen einen 5-10 % höheren       Wert        erreicht.     



  Eine Gruppe von Legierungen innerhalb der oben  genannten     Grenzen    kann einen Chromgehalt von 20  bis 24 % haben. Um ein Beispiel innerhalb dieser zu  erst     genannten    Gruppe zu     geben,    kann ein aus einer  Legierung     mit    einem     Aluminiumgehalt    von 4,0-4,9 %  hergestellter Widerstandsdraht bei einer Höchsttem  peratur des Elementes von etwa 1200  C verwendet  werden und hat     beispielsweise,,        wenn        er    für indu  strielle Ofenelemente verwendet wird,

   bei einer Ofen  temperatur von 900  C zur Erzielung     der    wirtschaft  lichsten Gebrauchsdauer eine zulässige Flächenbela  stung von etwa 2,5     W/cm2.        Natürlich    schwankt diese  Zahl für die     zulässige    Flächenbelastung stark und  hängt von der Konstruktion des Elements, den Trage  vorrichtungen für dasselbe und dem Ofen sowie von  der Atmosphäre, der     Schaltfrequenz    bzw. Schalthäu  figkeit usw. ab. Die gleichen     überlegungen    lassen  sich auch auf die oben genannten     Flächenbelastungs-          zahlen    anwenden.  



  Um     ein    anderes     Beispiel        innerhalb    der zuerst ge  nannten     Gruppe    mit     einem        Chromgehalt    von 20-24 %  zu nennen, so     kann    ein aus einer Legierung dieser     all-          gemeinen    Zusammensetzung     mit    einem     Aluminium-          gehalt        vors    5,0-5,

  3% hergestelltes     Widerstandsdraht-          elernent    bei einer     Höchsttemperatur    von     etwa        130U     C       verwendet    werden.

       Wenn        dieser    Widerstandsdraht     für     elektrische     Widerstandsheizelemente    für Industrieöfen  verwendet     wird,    so hat er     zur    Erzielung der     wirtschaft-          lichsten    Gebrauchsdauer     eine    zulässige Flächenbela  stung im Bereich von 1,6-3,.0     W/em2    bei     einer    Ofen  temperatur von 1000 C     bis    zu 1-1,7     W[cm2'    bei       einer    Ofentemperatur     von.        1200:

       C.  



       Als        drittes    Beispiel     kann        ein        Widerstandsdrahtele-          ment,    das aus     einer    zu der zuerst     genannten        Gruppe       gehörenden Legierung (das heisst mit einem Chrom  gehalt von 20-24 %) mit einem Aluminiumgehalt von  5,4-6,5 % hergestellt ist, bei einer Höchsttemperatur  von etwa 1350  C verwendet werden.

   Bei Elementen  für Industrieöfen aus dieser zuletzt genannten Legie  rung ist eine Flächenbelastung von 1,5-2,5     W/cm2     bei einer Ofentemperatur von 1l50  C, bis 1,0 bis  <B>1,5</B>     W/cm2    bei einer Ofentemperatur von 1300  C  wirtschaftlich möglich.  



  Die     Zähfestigkeit,    die wesentlich ist, um die er  forderliche mechanische Widerstandsfähigkeit sicher  zustellen, kann weiter verbessert werden, indem man  0,8-1,2 %     Ta    und 0,1-0,3 %     Nb    zu der Legierung zu  setzt. In diesem Falle beträgt die Höchsttemperatur  für den Dauerbetrieb etwa 1200  C.  



  Eine andere Gruppe von Legierungen aus der  oben     genannten    allgemeinen Klasse hat einen gering  fügig     kleineren    Chromgehalt, nämlich 13-16 %, wo  gegen der     Si-Gehalt    0,3-0,8 % beträgt und die unterste  Grenze des     Mn-Gehaltes    von 0;2 % auf 0,3 % erhöht       ist.    Im allgemeinen entsprechen die Eigenschaften des  soeben     erwähnten    Legierungstyps denjenigen der oben  beispielsweise genannten Legierungen.  



  Es sollte darauf hingewiesen werden, dass es sich  als     wesentlich    erwiesen hat, einen Mindestgehalt von  0,01 %     Zr    zu haben,     wenn    die Legierung     zur        Wider-          standsheizdrähten    gezogen werden     soll.            Natürlich    ist die vorliegende Erfindung keines  wegs lediglich auf das Verfahren selbst beschränkt,  sondern umfasst überdies alle     Widerstandsheizdrähte,     die daraus     hergestellt        sind,    gleichgültig, welche Form  diese Produkte haben mögen.

   Ebenso sollten die. obi  ger <  Zusammensetzungen in ihrem breitesten Sinne  aufgefasst werden, da verschiedene Abänderungen  derselben innerhalb der     erfindungsgemässen    Grund  sätze     möglich        sind.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger Bänder oder Drähte, insbesondere für die Verwendung in elektrischen Widerstandsheizelementen, dadurch gekennzeichnet,. dass man eine Schmelze herstellt, die 0-0,1 GewA C, 0,20-0,90 GewA Si, 0,20-0,70 GewA Mn, 13-24 GewA Cr,

   . 0-0,50 Gew.% Ni, 0,.20-0,80 Gew.% Co,. 3,5-6,5 Gew.% Al, 0,0l-0,20 GewA Zr, 0-0,15 GewA Cu und als Rest Eisen ent hält, die Schmelze zu langgestreckten Rohlingen oder Barren für das Warmwalzen formt,,

   die langgestreck- ten_ Rohlinge oder Barren bei einer Temperatur von 1175^129U C zu drahtförmigen Zwischenrohlingen mit einem Durchmesser von 6-8 mm warmwalzt und dieselben auf Zimmertemperatur abkühlen lässt und zu Bändern oder Drähten kalt verformt. IL. Elektrischer Widerstandsdraht, hergestellt nach dem Verfahren gemäss. Patentanspruch I.

   III.Verwendung des elektrischen Widerstands- drahtes nach Patentanspruch II zur Herstellung eines elektrischen Widerstandsheizelementes. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Schmelze mit einem Chromgehalt von 20-24 % verwendet. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Schmelze mit einem Alu miniumgehalt von 4,0-4,9 % verwendet.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Schmelze mit einem Alu miniumgehalt von 5,0-5,3 % verwendet. 4.Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Schmelze mit einem Alu miniumgehalt von 5,4-6,5 % verwendet. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass man eine Schmelze mit einem Zu satz von 0,8-1,2% Ta und 0,1-0,3% Nb verwendet. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Schmelze verwendet, die 13-16 % Chrom, 0,3-0,8 % Si und 0,3 % Mn als un terste Grenze enthält. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man die Schmelze durch Giessen zu langgestreckten Rohlingen oder Barren für das Warm walzen verformt. B. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass man an das Giessen einen Schmiede vorgang anschliesst. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man die Bänder oder Drähte durch Kaltziehen in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kaltverformungsvorgängen zu der endlich gewünsch ten Abmessung kalt verformt. 10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass man zwischen die aufeinanderfol genden Kaltverformungsvorgänge Anlassvorgänge ein schiebt.