一种稀土元素复合添加的Fe-Cr-Al电热合金材料的制作方法

一种稀土元素复合添加的fe-cr-al电热合金材料
【技术领域】
1.本发明涉及一种合金材料，具体讲涉及一种电热合金材料。


背景技术：

2.电热合金是一种利用电阻发热将电能转化为热能的功能性合金材料，这种材料在冶金、机械、石化、电气、建筑、家电等多领域中得到了广泛应用。而铁铬铝电热合金是我国应用最广泛的电热合金，合金的各种规格产品被广泛应用于制造各种中、高温电阻炉的加热元件。但是现有的产品质量参差不齐，特别是产品的寿命远远不能满足实际需要。
3.经大量研究发现，可以通过优选fe-cr-al系电热合金的元素组成及其配比，及其相应的时效处理改善微观组织，提高合金的电寿命。


技术实现要素：

4.本发明目的在于开发出一种fe-cr-al电热合金材料，在1350℃下使用将其电寿命提升至96h以上。采用加入稀土微量合金化元素优化控制合金成分，改善合金的微观组织，研制出在最高使用温度1350℃下，电寿命≥96h的电热合金材料。
5.为实施上述目的本发明采用以下技术方案：
6.一种fe-cr-al电热合金材料，其改进之处在于，所述电热合金材料包括按质量百分比计的下述组分：la：0.05～0.1％，ce：0.02～0.05％，er：0.01-0.02％，cr：23-26％，al：5-7％，ti：0.02-0.1％，si≤0.3％，mn≤0.4％，c p s≤0.03％，余量为fe和不可避免的杂质元素。
7.其中，所述电热合金材料包括按质量百分比计的下述组分：la：0.08～0.1％，ce：0.02～0.03％，er：0.01-0.02％，cr：24-25％，al：6-6.8％，ti：0.02-0.08％，si≤0.3％，mn≤0.4％，c p s≤0.03％，余量为fe和不可避免的杂质元素。
8.其中，所述方法包括：包括如下步骤：熔炼、轧制、退火、表面处理和拉拔。
9.其中，所述方法包括：包括如下步骤：
10.熔炼：于纯度为99.5％纯fe中加入合金元素，所述合金元素以合金元素cr以cr-fe合金的形式加入；经真空度≤1
×
10-2
pa，熔炼温度1500-1550℃的熔炼炉熔炼，铸锭；
11.所述轧制为于1150-1200℃下轧制；
12.所述退火为800-850℃温度下退火2-2.5h；
13.所述表面处理包括碱煮酸洗；
14.所述拉拔为经18道次拉拔电热合金丝。
15.与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
16.本发明提供的技术方案中的稀土元素(la，ce，er)改善了fe-cr-al合金氧化膜的组成成分，形成的稀土化合物富集在界面层，从而使氧向合金内部的扩散速度得到了减缓，增加了抗氧化能力，同时，由于稀土化合物的形成，延伸部分进入合金基体又起到了“钉扎”作用，增加了合金内部的界面附着力，也可提升合金的抗氧化能力，进而提升了电寿命。
17.本发明技术方案中的铬元素的主要作用是提高抗介质腐蚀能力，因为cr含量超过本发明的26％时，容易产生σ相，引起合金脆化，因此本发明的技术方案中将铬元素含量控制在cr：23-26％的范围内。
18.本发明提供的技术方案中的铝是提高合金抗氧化性能的关键元素。铁铬铝合金的抗氧化性能优越的根本原因就是铝元素的存在，但是，铝元素同时会引起铁素体强烈脆化，急剧降低合金塑性，所以本发明将铁铬铝合金中的铝含量控制5-7％范围之内。
19.本发明提供的技术方案中的ti控制在0.02-0.1％范围内既可改善合金的加工性能，也会改善其使用性能。
20.本发明提供的技术方案中加入si≤0.3％量的硅元素也可以提高合金的抗氧化性，而过量的硅元素会使合金的塑性变差，所以将硅元素的含量一般控制在≤0.3％以下。
21.本发明提供的技术方案中的锰元素是铁铬铝合金制备过程中原材料自带的元素，一般不起什么作用，但含量过高会降低合金的抗氧化性能，所以本发明将其控制在mn≤0.4％以下。
22.本发明提供的技术方案中的c、p和s这三种元素均为合金中的杂质元素，本发明中控制c p s≤0.03％。
23.本发明提供的技术方案通过在fe-cr-al合金中复合添加稀土元素，利用微合金元素的交互作用，对杂质元素进行严格净化控制，同时细化了晶粒，既改善了合金的微观组织，也提升了电热合金的电寿命。通过真空冶炼得到铸锭(真空度≤1
×
10-2
pa，熔炼温度1500-1550℃)，之后经轧制(轧制温度1150-1200℃)、退火(退火温度800-850℃，退火时间2-2.5h)、表面处理(碱煮酸洗)、拉拔(18道次)等工序制备出电热合金丝，所制备的电阻丝直径0.8mm，在1350℃高温通电运行条件下电寿命≥96h。
【具体实施方式】
24.下面以实施利的方式对本发明提供的技术方案做详细说明，除另有说明外，各组分的量均以质量百分比计。
25.实施例1
26.一种稀土元素复合添加的fe-cr-al电热合金，该电热合金组分及其质量百分比为：
27.[0028][0029]
在纯度为99.5％fe中加入合金组分，使他们的最终含量如上所示。该合金组分cr以cr-fe合金的形式加入，其余各组分以单质形式加入。
[0030]
于真空度≤1
×
10-2
pa，熔炼温度1550℃的熔炉熔炼、铸锭、1150℃下轧制、800℃下退火2.5h、碱煮酸洗表面处理、18道次拉拔得直径0.8mm，在1350℃高温通电运行条件下电寿命≥96.8h的电阻丝。
[0031]
实施例2
[0032]
一种稀土元素复合添加的fe-cr-al电热合金材料，组分及其质量百分比为：
[0033][0034]
在纯度为99.5％fe中加入各合金元素，使他们的最终含量如上所示。合金元素cr以cr-fe合金的形式加入，其余各组分以单质形式加入。
[0035]
于真空度≤1
×
10-2
pa，熔炼温度1500℃的熔炼炉熔炼、铸锭、1150℃下轧制、830℃下退火2.2h、碱煮酸洗表面处理、18道次拉拔得直径0.8mm，在1350℃高温通电运行条件下电寿命为98.5h的电热合金丝。
[0036]
实施例3
[0037]
一种稀土元素复合添加的fe-cr-al电热合金材料，组分及其质量百分比为：
[0038][0039]
在纯度为99.5％fe纯中加入各合金元素，使他们的最终含量如上所示。除合金元素中的cr以cr-fe合金的形式加入外，其余各组分以单质形式加入。
[0040]
于真空度≤1
×
10-2
pa，温度1520℃的熔炼炉中熔炼、铸锭、1180℃下轧制、830℃下退火2.5h、碱煮酸洗表面处理、18道次拉拔得直径0.8mm的，在1350℃高温通电运行条件下电寿命≥97.2h的电热合金电阻丝。
[0041]
实施例4
[0042]
一种稀土元素复合添加的fe-cr-al电热合金材料，组分及其质量百分比为：
[0043][0044]
于纯度为99.5％的fe中加入各合金元素，使他们的最终含量如上所示。除其中的合金元素cr以cr-fe合金的形式加入外，其余各组分以单质形式加入。
[0045]
于真空度≤1
×
10-2
pa，1500℃下的熔炼炉中熔炼、铸锭、1180℃下轧制、800℃下退火2.2h、碱煮酸洗表面处理、18道次拉拔得直径0.8mm的，在1350℃高温通电运行条件下电寿命为98.3h的电热合金电阻丝。
[0046]
实施例5
[0047]
一种稀土元素复合添加的fe-cr-al电热合金材料，组分及其质量百分比为：
[0048][0049]
在纯度为99.5％的fe中加入各合金元素，使他们的最终含量如上所示。除合金元素cr以cr-fe合金形式加入外，其余各组分以单质形式加入。
[0050]
于真空度≤1
×
10-2
pa，1550℃下的熔炼炉中熔炼、铸锭、1200℃下轧制、850℃下2h、碱煮酸洗表面处理、18道次拉拔得直径0.8mm，在1350℃高温通电运行条件下电寿命为96.2h的电热合金电阻丝。
[0051]
表1实施例及对比例制备的fe-cr-al合金电寿命测试结果
[0052]
组别直径(mm)运行温度(℃)电寿命(h)实施例10.8135096.8实施例20.8135098.5实施例30.8135097.2实施例40.8135098.3实施例50.8135096.2
[0053]
通过表1可知，本发明的fe-cr-al电热合金材料在电寿命性能上具有明显的优势，特别是在1350℃通电运行条件下，电寿命达到96h以上。
[0054]
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0055]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。