CN109207870A

CN109207870A - 一种Fe-Cr-Al系合金及其生产方法

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Publication number: CN109207870A
Application number: CN201811365772.XA
Authority: CN
Inventors: 陈万勤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-01-15

Abstract

一种Fe‑Cr‑Al系合金，是由铬22.0%～23.0%，铝6.0%～7.0%，镍2.0%～3.0%，钴1.0%～1.5%，铌0.1%～0.2%，钇0.2%～0.3%，铁余量组成，该合金的生产方法是下述步骤依次完成，1、按配比取各物料混合，干燥；2、真空炉中冶炼约3小时,接转入VOD精炼炉提纯，再转入铝液包，均匀后铸入钢锭模内冷却固化；3、装进固熔炉780℃恒温5小时，随炉降温至常温；4、检验，入库。合金钢锭通过后续的挤压、锻造、热轧工艺制成的线材电阻稳定性优良,塑性好，可焊性能好，后续加工容易，线材通过冷压工艺制成的各种加热元件耐腐蚀性能强，辐射式加热元件的使用寿命长。本发明的生产成本低。

Description

一种Fe-Cr-Al系合金及其生产方法

技术领域

本发明属于电热合金材料技术领域，具体涉及的是一种Fe-Cr-Al系合金材料以及这种材料的生产方法。

背景技术

电热合金材料主要包括Ni-Cr系和Fe-Cr-Al系两类。Ni-Cr系电热合金中铬含量为15%～30%，该电热合金的高温强度高，高温冷却后无脆性，使用寿命较长，易于加工和焊接，是广泛使用的电热合金。但是Ni-Cr系电热合金中，当铬含量小于20%时，随铬含量增加电阻率提高，电阻温度系数减小；铬含量大于20%时，电阻温度系数增加，加工性能变差；而铬含量大于30%时靠近两相区，脆性增加，加工困难。Fe-Cr-AI系电热合金的电阻率高，耐热性好和高温抗氧化性好，与Ni-Cr系合金相比具有更高的使用温度，价格也较便宜，但这类合金所存在的缺陷是：电阻稳定性差, 耐腐蚀性能差，抗拉强度低于637MPa,延伸率小于12%，后续加工生产比较困难，成品率仅有75%左右，成品经高温使用时易产生脆性，长时间使用永久伸长率较大，使用寿命较短。

现有Fe-Cr-Al系电热合金的生产方法存还在以下不足：1、加工工艺落后,单产量小；2、环境污染严重,在冶炼过程中会产生大量的粉尘,拉拔工序的前先有酸洗过程产生的废弃酸液大量排放，在拉拔过程中产生油性涂料夹着石墨粉，既污染空气，又有大批量油性石墨粉灰排放；3、生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有Fe-Cr-Al系电热合金的缺陷，提出一种电阻稳定性好, 耐腐蚀性能强，抗拉强度高，产品使用寿命长的Fe-Cr-Al系电热合金材料，同时公开这种金材料的生产方法。

本发明的技术方案是：一种Fe-Cr-Al系合金，其特征是由下述物料并按下述重量百分比组成，

铬22.0%～23.0%，铝6.0%～7.0%，镍2.0%～3.0%，钴1.0%～1.5%，铌0.1%～0.2%，钇0.2%～0.3%，铁余量。

优选方案是：铬22.25%～22.75%,铝6.25%～6.75%,镍2.25%～2.75%,钴1.15%～1.20%,铌0.13%～0.18%,钇0.2%～0.3%，铁余量。

更优选的方案是：铬22.5%,铝6.5%,镍2.5%,钴1.25%,铌0.15%,钇0.2%～0.3%，铁余量。

一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，按上述物料及其重量百分比配料并下述步骤依次完成：

（1）精选原材料，按配比准确称取各物料,混合，380℃～420℃烘干处理；

（2）将干燥的物料装进真空炉中冶炼约3小时,当液态合金温度达到1600℃～1700℃时出炉并将其直接转入VOD精炼炉提纯，50分钟后再转入铝液包，在密封状态下充分搅拌，待搅拌均匀后铸入钢锭模内进行冷却固化，形成合金钢锭；

（3）将合金钢锭装进固熔炉，780℃恒温5小时，然后随炉降温至常温；

（4）取出合金钢锭，检验，入库。

进一步，将合金钢锭依次通过挤压工艺加工成型材，通过锻造工艺加工成方坯，通过热轧工艺加工成线材，通过冷压工艺制成各种加热元件。

所述挤压工艺，是将所述合金钢锭装入加热炉内升温至1150℃，恒温5小时，然后将其投入挤出机，挤出直径为375MM的合金棒，再将合金棒装入600℃预热炉内随炉冷却至常温。

所述锻造工艺，是把所述合金棒先用车床车去表面的氧化物，然后装入加热炉升温至1050℃，保温3小时，取出锻造至250mm×250mm×250mm的方坯。

所述热轧工艺，是把所述方坯先用刨床铲除锻造痕迹及表面氧化物, 然后做探伤检测，再将检测合格的方坯装入加热炉中,升温至1150℃,恒温4小时，然后通过热轧线材工艺加工成线材，再转入恒温箱，810～830℃保温4小时，最后随炉冷却。

所述冷压工艺，是把所述线材装入模具中，采用闭环油压工艺，直接加工成加热元件。

本发明所述的Fe-Cr-Al系合金，降低了铬含量，增加了耐高温的钴和镍，添加了提高塑性的铌和稀土元素，提高了稳定电阻的铝含量。合金钢锭通过后续的挤压工艺、锻造工艺、热轧工艺制成的线材电阻稳定性优良, 无多点式电阻差异，塑性好，无脆性，抗拉强度高，可焊性能好，高温后无脆断，后续加工容易，通过冷压工艺制成的各种加热元件耐腐蚀性能强，使用寿命长，特别是在比较恶劣环境中，辐射式加热元件的使用寿命是现有同类产品的5-6倍, 耐腐蚀性远远超过现有奥氏体镍铬合金,使用寿命长达15年以上。本发明的生产成本仅是现有技术生产成本的1/2以下。

本发明所述的Fe-Cr-Al系合金生产方法，大幅度减少了合金的偏析和粗大柱状结晶形成，成材率达到96%以上，而且降低了产品高温后的脆断性,后续工艺中杜绝了粉尘污染和废酸排放污染。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，下面结合实施例对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

一种Fe-Cr-Al系合金，由下述物料并按下述重量百分比组成，

铬22.25%，铝6.75%，镍2.25%，钴1.15%，铌0.18%，钇0.3%，铁余量。

上述合金的生产方法是按上述物料及其重量百分比配料，并下述步骤依次完成：

（1）精选原材料，按配比准确称取各物料,混合，400℃烘干处理；

（2）将干燥的物料装进真空炉中冶炼约3小时,当液态合金温度达到1650℃时出炉并将其直接转入VOD精炼炉提纯，50分钟后再转入铝液包，在密封状态下充分搅拌，待搅拌均匀后铸入钢锭模内进行冷却固化，形成合金钢锭；

（3）将合金钢锭装进固熔炉,780℃恒温5小时，然后随炉降温至常温；

（4）取出合金钢锭，检验，入库。

上述方法大幅度减少了合金的偏析和粗大柱状结晶形成，成材率在96%以上，比现有工艺提高20%以上。

合金钢锭是加工生产各种加热元件终端产品的基础材料，将合金钢锭依次按照下述工艺可加工成线材。

a.将上述合金钢锭装入加热炉内升温至1150℃,恒温5小时,然后将其投入挤出机,挤出直径为375MM的合金棒,再将合金棒装入600℃预热炉内随炉冷却至常温；

b.把上述合金棒先用车床车去表面的氧化物，然后装入加热炉升温至1050℃,保温3小时,取出锻造至250mm×250mm×250mm的方坯；

c.把上述方坯先用刨床铲除锻造痕迹及表面氧化物, 然后做探伤检测，再将检测合格的方坯装入加热炉中,升温至1150℃,恒温4小时，然后通过热轧线材工艺加工成线材,再转入恒温箱，810～830℃保温4小时,最后随炉冷却。

该线材的延伸率等于或大于48%，是现有最好电热合金线材的4倍，其抗拉强度达到896.92mpa，比现有最好电热合金线材提高35%，电阻稳定性优良, 无多点式电阻差异，可焊性能好，高温后无脆断，后续加工容易。

把上述线材通过冷压工艺即可制成各种加热器的终端加热元件，即把上述线材装入模具中，采用闭环油压工艺，直接加工成确定的加热元件。

实施例加工生产的各种加热元件抗腐蚀气体能力大于镍铬合金产品, 使用寿命长，其中，在辐射管加热器内的加热元件使用寿命超过4年,在电储能加热炉内的加热元件使用寿命超过15年。

实施例2

一种Fe-Cr-Al系合金，由下述物料并按下述重量百分比组成，

铬22.75%，铝6.25%，镍2.75%，钴1.20%，铌0.13%，钇0.25%，铁余量。

本实施例中的合金钢锭直至终端加热元件的生产方法与实施例1相同。

实施例3

一种Fe-Cr-Al系合金，由下述物料并按下述重量百分比组成，

铬22.5%,铝6.5%,镍2.5%,钴1.25%,铌0.15%,钇0.3%，铁余量。

本发明Fe-Cr-Al系合金自2003年开始至2005年研发成功，2006年终端加热元件投放市场至今,使用效果优于国内外同行业产品,特别是在辐射式加热器比较恶劣环境中使用,其使用寿命是中国同类产品的5-6倍以上,价格是进口产品的1/3,是镍铬合金价格的1/5,质量远在进口产品之上,深得用户一致好评。另外,该产品自2010年至今的近几年中，用在电储蓄炉行业,在固体储蓄材料腐蚀性及强的情况下,产品的耐腐蚀性远远超过奥氏体镍铬合金,且使用寿命长达15年以上。

Claims

1.一种Fe-Cr-Al系合金，其特征是由下述物料并按下述重量百分比组成，

2.如权利要求1所述的一种Fe-Cr-Al系合金，其特征在于，所述物料及其重量百分比为：铬22.25%～22.75%,铝6.25%～6.75%,镍2.25%～2.75%,钴1.15%～1.20%,铌0.13%～0.18%,钇0.2%～0.3%，铁余量。

3.如权利要求1所述的一种Fe-Cr-Al系合金，其特征在于，所述物料及其重量百分比为：铬22.5%,铝6.5%,镍2.5%,钴1.25%,铌0.15%,钇0.2%～0.3%，铁余量。

4.一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，其特征在于，按权利要求1或2或3所述物料及其重量百分比配料并下述步骤依次完成：

（1）按配比准确称取各物料,混合，380℃～420℃烘干处理；

（2）物料装进真空炉中冶炼约3小时,当液态合金温度达到1600℃～1700℃时出炉并将其直接转入VOD精炼炉提纯，50分钟后再转入铝液包，在密封状态下充分搅拌，待搅拌均匀后铸入钢锭模内进行冷却固化，形成合金钢锭；

（3）合金钢锭装进固熔炉，780℃恒温5小时，然后随炉降温至常温；

（4）取出合金钢锭，检验，入库。

5.如权利要求4所述的一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，其特征在于：将所述步骤（4）得到的合金钢锭,依次通过挤压工艺加工成型材，通过锻造工艺加工成方坯，通过热轧工艺加工成线材，通过冷压工艺制成各种加热元件。

6.如权利要求5所述的一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，其特征在于：所述挤压工艺，是将所述合金钢锭装入加热炉内升温至1150℃，恒温5小时，然后将其投入挤出机，挤出直径为375MM的合金棒，再将合金棒装入600℃预热炉内随炉冷却至常温。

7.如权利要求5所述的一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，其特征在于：所述锻造工艺，是把权利要求6所述合金棒先用车床车去表面的氧化物，然后装入加热炉升温至1050℃，保温3小时，取出锻造至250mm×250mm×250mm的方坯。

8.如权利要求5所述的一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，其特征在于：所述热轧工艺，是把权利要求7所述方坯先用刨床铲除锻造痕迹及表面氧化物, 然后做探伤检测，再将检测合格的方坯装入加热炉中,升温至1150℃,恒温4小时，然后通过热轧线材工艺加工成线材，再转入恒温箱，810～830℃保温4小时，最后随炉冷却。

9.如权利要求5所述的一种Fe-Cr-Al系合金的生产方法，其特征在于：所述冷压工艺，是把权利要求8所述线材装入模具中，采用闭环油压工艺，直接加工成加热元件。