KR101322091B1

KR101322091B1 - 고온용 Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ 합금

Info

Publication number: KR101322091B1
Application number: KR1020087001617A
Authority: KR
Inventors: 리카르드 노링
Original assignee: 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2013-10-25
Also published as: PL1899489T3; US8926769B2; KR20080027866A; JP2009500521A; JP5300473B2; CN101213315A; SE0501536L; SE529003C2; US20110259875A1; EP1899489B1; EP1899489A4; CN101213315B; ES2447022T3; EP1899489A1; DK1899489T3; US20080206089A1; SE529003E; WO2007004973A1

Abstract

본 명세서는 고온용 합금에 관한 것이다. 본 발명은, 합금이 Ni, Cr 및 Fe를 주성분으로 하고, 이 합금의 기본 조성은, Fe, Si, C, Nb 및 Mo 원소의 함량이 중량%로 주어진 범위(Fe 5-13 Si 1-3 C < 0.1 Nb < 0.2 Mo < 1.0) 내에 포함되도록 이루어지며, Ni가 잔부를 이루고 있지만 그 함량이 69 중량%를 초과하지 않고, Cr의 함량이 Cr=15 중량% 보다 큰 한편, 두 개의 값, 즉 Cr = 5*Si - 2.5*Fe + 42.5 중량% 및 Cr=25 중량% 중에서 적은 것보다 더 적은 것을 특징으로 한다.

Description

고온용 Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ 합금{Ni-Cr-Fe ALLOY FOR HIGH-TEMPERATURE USE}

본 발명은, 고온용 Ni-Cr-Fe 합금에 관한 것이다.

30 중량% 이하의 크롬 함유량 및 3 중량% 이하의 규소 함유량을 갖는 Ni-Cr계 및 Ni-Cr-Fe 계 오스테나이트 합금이 1,100 ℃의 사용 온도에 이르는 고온용으로 수 년 동안 이용되었다. 또한, 이들 합금은 적은 양의 희토류 금속의 첨가물을 종종 포함한다. 여러 용례중에서도 특히, 산업용 노 및 가전기기에서, 가열용 전기 저항 재료로서 이용되도록 의도된, 상이한 니켈의 함량을 함유한 다수의 상기 합금이 ASTM B 344-01 및 (DIN 17 742와 더불어) DIN 17 470에서 표준으로서 정해졌다. 이들 표준은, 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 서로 완전히 일치하지는 않는다. 또한, 표 1은 미국 특허 제 2,858,208 호에 명시한 바와 같이, 비표준 합금의 공칭 조성을 명시한다. 이 합금은 알려져 있기로는 더 이상 상업적으로 이용할 수 없지만, 동일한 용례를 위해 종래에 어느 정도 사용되고 있었다.

DIN 및 ASTM 표준에 의해 명시된 것과 같은 Ni-Cr-(Fe)계 저항 재료 및 미국 특허 제 2,858,208 호에 명시된 것과 같은 합금의 중량 %로 나타낸 화학 조성

	Ni	Cr	Fe	Si	Mn	C	기타
DIN 17 470
NiCr 80 20 *	>75 **	19-21	<1.0	0.5-2.0	<1.0	<0.15	Al<0.3; Cu<0.5
NiCr 70 30 *	>60 **	29-32	<5.0	0.5-2.0	<1.0	<0.10	Al<0.3; Cu<0.5
NICr 60 15 *	>59 **	14-19	19-25	0.5-2.0	<2.0	<0.15	Al<0.3; Cu<0.5
NiCr 30 20	28-31	20-22	잔부	2.0-3.0	<1.5	<0.2
CrNi 25 20	19-22	22-25	잔부	1.5-2.5	<2.0	<0.2
ASTM B344
80Ni-20Cr	잔부 **	19-21	<1.0	0.75-1.75	<1.0	<0.15
60Ni-16Cr	>57 **	14-18	잔부	0.75-1.75	<1.0	<0.15
35Ni-20Cr	34-37 **	18-21	잔부	1.0-3.0	<1.0	<0.15
US 2 858 208	67.75	20.0	8.3	2.0	0.5	<0.1	Co=1.0; Nb=0.25

* DIN 17 742 동일

** 1 중량% 이하의 Co 포함

일반적으로, 최대 사용 온도 및 수명이 Ni-Cr-(Fe) 합금에 대한 Ni 함량을 증가시킴에 따라 증가하지만, 다수의 다른 합금 원소가 합금의 특성에 주요한 영향을 미친다는 점이 사실이다. 이들 합금 상에는, 주로 Cr₂O₃로 이루어지며, 많은 경우에 Si가 합금에 첨가된 경우 어느 정도로 SiO₂도 포함하는 보호 산화층이 형성된다. 산화 층의 특성을 더 개선하기 위해 희토류 금속과 같은 특정 물질을 소량 첨가하는 것이 이용되고 있으며, 이러한 점에 대해서는 산화 안정성이 높은 재료를 얻기 위해서 많은 특허에서 권고되고 있다. 이러한 특허의 예는 유럽 특허 제 0 531 775 호 및 유럽 특허 제 0 386 730 호이다.

높은 산화 안정성에 더하여, 치수 및 중량이 소정 한도로 제한된 전기 가열 요소에서 원하는 출력을 얻을 수 있도록 전기 저항 재료가 비교적 높은 전기 비저항을 가질 것을 요구한다. 일반적으로, 특정한 공칭 출력을 갖는 전기 가열 요소가 컨덕터로서 동일한 횡단면적으로 제조된다면, 더 높은 비저항을 갖는 합금은 컨덕터의 길이를 짧게 하고 이에 따라 중량 감소를 가져오며, 나아가서는 바로 비용 절감으로 이어진다고 말할 수 있다.

고온에서의 비저항의 변화, 즉 C_t는 전기 저항 재료에 대한 사용 온도에서의 전기 저항과 상온에서의 전기 저항 사이의 비로 주어진다. 이 변수는, 특히 전체 사용 시간이 증가할 때, 전기 저항 요소에 걸쳐서의 균일한 온도 분포를 얻는다는 점에서 중요한 인자이다. C_t의 값이 작을수록, 온도의 분포가 훨씬 더 균일해지며, 이는 국부 가열의 위험을 감소시킨다는 점에서 통상적으로 전기저항요소의 수명을 더 길게 한다. 일반적으로 Ni 함량이 증가하면 C_t가 감소하지만, Cr, Fe 및 Si의 함량이 또한 중요하고 할 수 있다. 40 중량%를 초과하는 Ni 함량을 갖는 저항 재료에 대한 C_t값은, 적열(red-hot) 상태로 가열되고 나서 합금이 냉각되는 속도에도 의존한다.

표 2는, 미국 특허 제 2,858,208 에 명시된 것과 같은 합금과 더불어, ASTM B 344-01 및 DIN 17 470에 의해 명시된 것과 같은 조성을 갖는 합금에 대한 1,000 ℃에서의 C_t 및 상온에서의 비저항에 대한 통상적인 값을 제공한다. 시험된 모든 합금은, 어닐링 후에 적열 상태로 가열하고 나서 공기 중에서 자연 냉각시킨 와이어의 형태로 시험되었다. 표 2에서의 값은 동일한 측정 근거를 갖고 본 출원인에 의해 합금에 대해 행해진 비교 측정에 기초한 것이지, 공개된 표준 규격으로부터 직접 발췌한 것은 아니다. 이러한 표준 규격은 권장된 값만을 제공하거나, 주어진 값들을 직접 비교할 수 없을 정도로 너무 큰 범위를 규정하고 있다.

이 경우, C_t값은 한 가지를 수정(시험이 실시된 후의 시험 재료의 비저항이 아니라, 시험하기 전의 시험 재료의 비저항을 C_t값을 계산하기 위한 참조 값으로서 사용)하여 ASTM B70-90에 의해 명시된 것과 같이 결정되었다.

NiCr(Fe) 저항 재료에 대한 상온에서의 비저항(ohm*mm²/m) 및 1000℃에서의 C_t의 통상적인 값

	비저항	C_t
NiCr 80 20 / 80Ni-20Cr	1.09	1.05
NiCr 70 30	1.18	1.05
NiCr 60 15 / 60Ni-16Cr	1.11	1.11
35Ni-20Cr	1.04	1.23
NiCr 30 20	1.03	1.25
CrNi 25 20	0.95	1.32
US 2,858,208	1.16	1.06

상세하게는, C_t값은, 피복 내부에 배치된 전기 절연 MgO 분말 내에 매립된 전기 가열 코일을 포함하는, 금속 피복을 갖는 튜브 요소의 높은 사용 온도에서 피복의 수명에 대해 중요하다. 이는, MgO의 절연 특성이 온도에 매우 심하게 의존하고, 따라서 고온의 영역에서는 가열 코일과 금속 피복 사이에 누설 전류 또는 심지어 단락을 야기하는 경향이 있다는 점 때문이다.

피복의 사용 온도가 높은 금속 피복을 갖는 튜브 요소의 일반적인 용례로는 가정용 오븐 내의 그릴 요소가 있다. NiCr 80 20 형의 합금으로부터 제조된 가열 코일을 갖는 요소는, NiCr 60 15 형의 합금으로 제조된 가열 코일을 갖는 대응 요소보다, 그 요소에 걸쳐서의 보다 균일한 온도 분포 및 더 긴 수명을 달성할 수 있는 점은 널리 공지되어 있다. 또한, NiCr 80 20계 요소의 보다 균일한 온도 분포는, 가정용 오븐에서 통상 요구되는 보다 균일한 가열을 달성한다.

또한, Fe-Cr-Al 계 합금이 일반적으로 튜브 요소로서, 상세하게는 물 가열 튜브 요소로서 이용된다. 그러나, 그러한 합금은, 피복이 적열 상태로 되는 부하 조건에서 작동하는 요소의 경우, 합금 내에 Al이 존재하게 되면 MgO 분말의 절연 특성 시간의 경과에 따라 저하한다는 것으로 널리 공지되어 있다는 점에서 적합하지 않다.

고온에서 기계적인 특징을 개선시키기 위해 몇몇 니켈계 합금에 대해 Nb, Mo 및 W가 첨가되고 있다. 그러나, 이들 합금 원소의 높은 비용은, 비용이 중요한 인자가 되는 용례에 대해서는 그러한 절차가 바람직하지 않다는 것을 의미한다. 상세하게는, Nb의 첨가는 합금의 열간 가공성을 저하시키기도 하고, 이는 열간 압연 동안의 생산성의 감소를 야기하며, 생산 비용의 증가를 초래한다.

0.1 중량% 초과의 C 함량이 고온용 특정 니켈계 합금에서 발견된다. 이들 합금은 "주조 합금"으로 알려져 있고 여러 용례중에서도 특히 전기 저항 재료를 형성하는 데에 이용되는 압연 및 압출 성형과 같은 통상의 방법을 이용하는 가공에 대하여는 적합하지 않다. 또한, 탄소의 높은 함량은, 무엇보다도 제한된 산화 안정성 때문에 가열용 전기 저항 재료로서 이용하는데 부적합하게 한다.

일반적으로, 25 중량%를 초과하는 Cr 함량을 갖는 합금은 불량한 가공성을 갖고, 이는 높은 생산 비용을 야기한다. 이는, 예컨대 NiCr 70 30 형과 같은 합금의 용도를 비용이 덜 중요한 적용으로 한정한다.

본 발명은, 비교적 생산 비용이 적다(가능하면 NiCr 60 15의 생산 비용만큼 적음)는 점과 함께, 산화 안정성이 양호하고, 전기 저항성이 비교적 높으며, 예컨대 NiCr 80 20과 같이 온도 증가에 따른 비저항의 변화가 작다는 특성이 조합된 Ni-Cr-Fe 합금 조성물을 제공한다. 생산 비용을 절감하기 위한 중요한 인자는, 조성물의 양호한 열간 가공성 및 니켈과 코발트와 같은 비싼 합금의 낮은 전체 함량이다.

따라서, 본 발명은 고온용 합금에 관한 것으로서, 합금이 Ni, Cr 및 Fe를 주성분으로 하고, 이 합금의 기본 조성은 Cr, Fe, Si, C 및 Nb 원소의 함량이

Cr 15-25 중량%,

Fe 5-13 중량%,

Si 1-3 중량%,

C < 0.1 중량%,

Nb < 0.2 중량%

의 범위 내에 포함되도록 이루어지며, Ni가 잔부를 이루고 있지만 그 함량이 69 중량%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 것인 합금에 관한 것이다.

만족할만한 C_t값을 얻기 위해서, 본 발명에 따른 합금은 적어도 57 중량% Ni, 바람직하게는 적어도 60 중량% Ni를 함유하여야 한다.

하나의 바람직한 실시예에 있어서, 합금은 총 7 중량% 이하의 Al, Ca, Cu, Hf, Mg, Mn, Mo, N, Ta, Ti, V, W, Y, Zr 및 희토류 금속과, 최대 1 중량% 이하의 불순물을 함유할 수도 있다. Co는 5 중량% 이하까지 Ni를 대체할 수 있다.

본 발명은, 첨부한 도면에 도시된 본 발명의 실시예와 부분적으로 관련하여, 이하에서 더 상세하게 기술될 것이다.

도 1은 종래 합금과 비교하여 본 발명에 따른 합금의 유리한 조성 및 특히 유리한 조성의 영역을 상태도의 형태로 도시한다.

도 2는 2 중량%의 Si 함량을 갖는 본 발명에 따른 합금의 유리한 조성 및 특히 유리한 조성의 영역을 상태도의 형태로 도시한다.

도 3은 2 중량%의 Si 함량을 갖는 본 발명에 따른 합금의 유리한 조성 및 특히 유리한 조성의 다른 영역을 상태도의 형태로 도시한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 합금은 1,000℃에서의 합금의 C_t값이 1.10 이하인 것을 특징으로 한다. C_t값은 예컨대 ASTM B70-90 표준 규격에 의해 명시된 것과 같이 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 합금의 8개의 다른 조성은, 실험실 규모로 제련되었고, 표준 절차를 따라 와이어로 열간 압연되었으며 냉간 인발되었다. 합금의 화학 조성, 합 금의 비저항 및 1,000℃에서의 합금의 C_t값이 표 3 및 표 4에 제공된다.

시험 제련품의 화학 조성(중량%). Ni는 잔부 원소로 사용된다.

제련 번호	1	2	3	4	5	6	7	8
Cr	24.0	23.6	15.9	16.1	23.8	23.6	16.4	16.4
Fe	12.8	13.1	13.0	13.1	5.0	5.3	5.2	4.9
Si	2.4	1.0	2.5	1.0	2.2	1.0	2.2	1.0
Mn	0.7	0.1	0.1	0.7	0.1	0.7	0.7	0.1
C	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.01	0.02	0.02
P	0.005	0.005	0.004	0.004	0.005	0.005	0.004	0.004
S	0.001	0.003	0.003	0.001	0.001	0.002	0.001	0.002
다른 원소	<0.5	<0.5	<0.5	<0.5	<0.5	<0.5	<0.5	<0.5

시험 제련품에 대한 상온에서의 비저항(ohm*mm²/m) 및 1,000℃에서의 C_t.

제련 번호	1	2	3	4	5	6	7	8
비저항	1.24	1.16	1.16	1.11	1.23	1.16	1.12	1.05
C_t	1.086	1.097	1.074	1.088	1.054	1.064	1.059	1.077

표 5는 시험 제련의 원재료 비용, 열간 가공성, 산화 안정성 및 튜브 요소 수명의 정성적 평가를 제공한다. 또한, 합금의 비저항 및 C_t값의 정성적 평가가 비교를 용이하게 하기 위하여 포함되었다. 원재료 비용의 평가는 합금 내의 Ni의 함량에 기초하고 열간 가공성의 평가는 열간 압연의 결과에 기초한다. 산화 안정성은, 시험 와이어를 통하는 전기 전류에 의해 일정한 출력을 생성하게 시험 와이어를 가열함으로써 평가되었고, 시험 와이어는 주기적으로 2분간은 온(on) 상태로, 2분감은 오프(off) 상태로 되게 하였다. 와이어가 적열 상태로 되는 데에 걸린 시간을 기록하여 상호 비교하였다. 튜브 요소의 수명은 금속 피복을 갖는 튜브 요소를 시험함으로써 평가되었고, 이 요소는 각 시험 제련으로 된 저항 와이어를 구비하도록 종래의 방법에 의해 제조되었다. 이 시험은, 일정한 전력이 60분간 인가되고 20분간 차단되는 식으로 각 튜브 요소가 주기적 부하를 받도록 실시되었다. 튜브 요소가 기능을 정지하는데 걸린 시간이 기록되었고 상호 비교되었다.

시험 정련 특성의 정성적 평가. "+"는 특성이 평균보다 양호한 것, "0"는 평균, "-"는 평균보다 불량한 것으로 평가된 것을 명시한다. "X"는 특성이 평가되지 않은 것을 명시한다.

제련 번호	1	2	3	4	5	6	7	8
원재료 비용	+	+	0	0	0	0	-	-
열간 가공성	0	0	0	0	-	0	0	0
산화 안정성	-	-	-	+	-	0	+	0
튜브 요소 수명	X	0	0	0	X	+	0	+
비저항	+	0	0	-	+	0	-	-
C_t	-	-	0	-	+	+	+	0

상기 결과는 소망의 특성(높은 비저항, 낮은 C_t, 높은 산화 안정성 및 튜브 요소의 긴 수명)의 조합을 얻기 위해서 기본 원소 Ni, Cr, Fe 및 Si의 함량 사이의 복합적 상관관계가 존재함을 나타낸다. 이들 특성과 양호한 열간 가공성 및 낮은 원재료 비용 사이에서 최적의 절충안이 나올 수 있는 것은 제한된 조성 영역 내에서일 뿐이다.

실험 정련의 평가된 특성을 위해 획득된 데이터의 분석은, 본 발명에 따른 합금에 대한 유리한 조성 및 특히 유리한 조성을 위한 범위를 결정할 수 있게 하였다. 도 1은 본 발명에 따른 합금의 유리한 조성 및 특히 유리한 조성이 발견될 수 있는 영역을 개략적으로 도시한다. 표 1에 따른 종래의 NiCr(Fe) 저항 합금의 조성이 비교를 위해 표시되었다. 도면은 예시일뿐이고 Ni, Co, Fe 및 Cr 이외의 다른 합금 원소의 존재에 의존하는 작은 편차를 참작하지 않는다.

본 발명에 따른 합금은 적어도 1 중량% Si, 바람직하게는 적어도 1.5 중량% Si를 함유한다. Si의 첨가는 산화 저항성 및 비저항을 상승시키고, C_t값을 감소시킨다.

본 발명에 따른 합금은, (중량%로) Fe의 함량이 5 내지 13의 범위 내에 있고 Si의 함량이 1 내지 3의 범위 내에 있으며, Cr의 함량이 Cr=15 보다 크고 두 개의 값, 즉 Cr = 5*Si - 2.5*Fe + 42.5 및 Cr=25 중에서 적은 것보다 더 적으며, Ni가 잔부를 이루고 Ni의 함량이 68 중량%를 초과하지 않는 조성을 갖는 것이 유리하다.

또한, 합금은, Ni에 대한 대체물로서 5 중량% 이하의 Co 및 2 중량% 이하의 Mn을 함유하는 것도 바람직하다. 이에 더하여, 합금은 0.4 중량% 이하의 Al과, 총량 0.3 중량% 이하 희토류 금속(란탄족 원소, 즉 La에서 Lu까지의 원소), Y, Ca 및 Mg를 함유할 수도 있다. 또한, 합금은 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta 및 V 등의 질화물 및 탄화물을 형성하는 원소를 총량 0.4 중량% 이하로 함유할 수 있지만, 이들 물질의 양이 너무 많다면, 합금의 제조를 어렵게 할 수 있다. C의 함량은 0.1 중량% 미만이고 N의 함량은 0.2 중량%를 초과하지 않는다. Cu, Mo 및 W의 총량은 1 중량%를 초과하지 않는다. 본 발명의 합금 내에서 불순물을 이루고 원재료 및 제조 공정으로부터 유도된 다른 물질이 1 중량% 이하의 함량으로 존재할 수 있다.

상기 설명에 따른 바람직한 조성을 갖는 합금은, 1,000℃에서의 합금의 C_t값이 1.08 이하인 것을 특징으로 한다. 도 2는 Si의 함량이 2 중량%인 경우에 대한 합금 조성의 영역을 상세하게 도시한다. Si의 함량의 증가 또는 감소와 함께 영역이 변화하는 방식이 도면에 표시되어 있다.

본 발명에 따른 합금은, (중량%로) Fe의 함량이 5 내지 13의 범위 내에 있고 Si의 함량이 1 내지 3의 범위 내에 있으며, Cr의 함량이 Cr=15 보다 크고 두 개의 값, 즉 Cr = 0.7*Si*(2*Si-1) - 2.5*Fe + 42.5 및 Cr=25 중에서 적은 것보다 더 적으며, Ni가 잔부를 이루고 Ni의 함량이 68 중량%를 초과하지 않는 조성을 갖는 것이 특히 바람직하다.

또한, 합금은 Ni에 대한 대체 성분으로서 5 중량% 이하의 Co 및 2 중량% 이하의 Mn을 함유하는 것도 바람직하다. 이에 더하여, 합금은 0.4 중량% 이하의 Al과, 총량 0.3 중량% 이하 희토류 금속(란탄족 원소, 즉 La에서 Lu까지의 원소), Y, Ca 및 Mg를 함유할 수도 있다. 또한, 합금은 Ti, Zr, Hf, Nb, Ta 및 V 등의 질화물 및 탄화물을 형성하는 원소를 총량 0.4 중량% 이하로 함유할 수 있다. C의 함량은 0.1 중량% 미만이고 N의 함량은 0.2 중량%를 초과하지 않는다. Cu, Mo 및 W의 총량은 1 중량%를 초과하지 않는다. 본 발명의 합금 내에서 불순물을 이루고 원재료 및 제조 공정으로부터 유도된 다른 물질이 1 중량% 이하의 함량으로 존재할 수 있다.

전술한 설명에 따른 바람직한 조성을 갖는 합금은, 1,000℃에서의 합금의 C_t값이 1.07 이하인 것을 특징으로 한다. 도 3은 Si의 함량이 2 중량%인 경우에 대한 합금 조성의 영역을 상세하게 도시한다. Si의 함량의 증가 또는 감소와 함께 영역이 변화하는 코스가 도면에 표시되어 있다.

본 발명에 따른 합금의 특정한 실시예가 이하에 제공된다. 합금은 이하를 함유한다:

Cr 22.5 중량%,

Fe 8.9 중량%,

Si 2.5 중량%,

Mn 0.7 중량%,

C 0.01 중량%,

N 0.03 중량%,

Ce 0.01 중량%,

Co < 0.01 중량%,

Nb < 0.01 중량%,

불순물 0.7 중량% 이하

Ni 잔부.

이 조성은 산업적 방식을 이용하여 대규모로 제련되었고, 표준 절차에 의해서 명시된 것이 와이어로 열간 압연 및 냉간 인발되었으며, 따라서 이하의 유리한 특성을 얻었다:

NiCr 80 20 및 NiCr 60 15의 열간 가공성만큼 양호한 열간 가공성,

동일한 방법을 사용하여 모두 시험된 표 2의 합금 중 임의의 합금의 산화 안정성보다 대략 50%가 더 큰 산화 안정성,

1.22 ohm*mm²/m의 비저항

및 1,000℃에서의 C_t값이 1.067.

산업용 오븐에서 절연되지 않은채로 자유롭게 방사하는 가열 요소인 경우의 실시예에 따른 합금의 수명이 연구되었다. 노 온도는 900℃였고, 요소는 90초의 주기 동안 일정한 전력을 공급받았고 30초 동안 전력을 공급받지 않았다. 결과적인 수명은 대략 NiCr 70 30 합금의 수명과 동일하였고, NiCr 80 20의 수명보다 25%가 짧았으며 NiCr 60 15의 수명보다 65%가 짧았다.

본 발명의 조성에서 Nb의 함량이 적은 것이 중요하다. 이것은 이하에서 밝혀진다. 제련은, Nb를 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 조성으로 동일한 제조 방법을 이용하여 준비되었다.

Nb의 첨가로 인해, 산화 수명은 40% 이상으로 단축되었으며, 열간 가공성은 NiCr 70 30에 대응하는 수준까지 저하하였다. 비저항 및 C_t값은 변하지 않았다.

가열 요소의 수명은 거의 50%가 단축되었다.

그러나, 특정 용례의 경우 특정한 특성이 불량하더라도, 대응하는 특성을 갖는 공지된 재료의 비용보다 제조 비용이 더 저렴하다는 사실에 기인하여 어느 정도 낮은 함량의 Nb는 용인될 수 있다.

Ta의 첨가의 효과는 본 발명의 합금 내에 Nb를 첨가하는 효과와 동일할 것이 기대된다. 이러한 이유로, Ta의 함량도 0.2 중량%의 값 이하로 한정되어야 한다.

Claims

고온용 전기 가열 장치로서,

상기 전기 가열 장치의 전기 저항성 물질은 Ni, Cr 및 Fe를 포함하는 합금으로 만들어지고, 상기 합금의 조성은 Fe, Si, C, Nb, Mo 및 Mn 원소의 함량이

Fe 5-13 중량%,

Si 1-3 중량%,

C < 0.1 중량%,

Nb < 0.2 중량%,

Mo < 1.0 중량%,

Mn < 2.0 중량%

의 범위 내에 포함되도록 이루어지며,

Ni가 잔부를 이루는데, Ni의 함량은 적어도 57 중량%이며 69 중량%를 초과하지 않고, Cr의 함량은, Cr=15 중량% 보다 큰 한편, 두 개의 값, 즉 Cr = 5*Si - 2.5*Fe + 42.5 중량% 및 Cr=25 중량% 중에서 적은 것보다 더 적고, 불순물들은 최대 1 중량%이며, 1000℃에서 합금의 C_t 값은 1.10 이하인 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항에 있어서, Ni가 잔부를 이루고 있지만, 그 함량이 68 중량%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항에 있어서, Ni가 잔부를 이루고 있지만, 그 함량이 67 중량%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항에 있어서, Ni가 잔부를 이루고 있지만, 그 함량이 66 중량%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 합금은 Ni에 대한 대체 성분으로서 5 중량% 이하의 Co를 함유하는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 Ni에 대한 대체 성분으로서 0.8 중량% 이하의 Co를 함유하는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 Ni에 대한 대체 성분으로서 0.5 중량% 이하의 Co를 함유하는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 Ni에 대한 대체 성분으로서 0.1 중량% 이하의 Co를 함유하는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 총량 7 중량% 이하의 Al, Ca, Cu, Hf, Mg, Mn, Mo, N, Nb, Ta, Ti, V, W, Y, Zr 및 희토류 금속을 함유하고, 불순물의 함량이 최대 1 중량%를 이루는 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 1 중량% 이하의 함량으로 Mn을 함유하는 것을 특징으로 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1,000℃에서의 합금의 C_t값은 1.08 이하인 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금에서, Cr의 함량이 Cr=15 중량% 보다 크고 두 개의 값, 즉 Cr = 0.7*Si*(2*Si-1) - 2.5*Fe + 42.5 중량% 및 Cr=25 중량% 중에서 적은 것보다 더 적은 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1,000℃에서의 합금의 C_t값은 1.07 이하인 것을 특징으로 하는 고온용 전기 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 합금은 5 중량% 이하의 Co, 0.2 중량% 이하의 Ta, 0.2 중량% 이하의 N, 0.4 중량% 이하의 Al, 총 0.3 중량 % 이하의 희토류 금속, Y, Ca 및 Mg, 및 총 0.4 중량% 이하의 Ti, Zr, Hf, Ta, Nb 및 V, 및 총 1 중량% 이하의 Cu, Mo 및 W를 갖는 것인 고온용 전기 가열 장치.
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