[发明专利]韧性铁-铬-铝铁素体电热合金的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属功能材料，具体地说，涉及一种具有优良韧性的铁-铬-铝铁素体电热合金。 

背景技术

近来年稀有金属镍的价格飞涨，使奥氏体不锈钢价格翻番，镍基奥氏体不锈钢的应用受到严重影响，而铁素体、马体系不锈钢使用范围进一步扩大，高铬(25-31％)铁素体不锈钢，不仅有优良的耐蚀性能，且极好的耐应力腐蚀、耐缝隙腐蚀、耐孔蚀能力，可代替昂贵的镍基和钛等高级耐蚀合金材料。高铬铁素体不锈钢的耐蚀性虽优良，但严重的脆性阻碍其被广泛选用。含铝的高铬(21-27％)铁素体合金，又称铁铬铝合金，是大量应用的电炉丝材料。其比镍铬电炉丝使用温度高300℃，但由于脆性严重影响使用寿命。据统计，我国年电热合金产量约万吨，次于瑞典居世界第二位。其中，镍铬合金仅占8％左右。铁铬铝合金占90％以上，而瑞典、美国、日本、俄罗斯等国均以镍铬合金为主。铁铬铝电热合金比镍铬合金有一系列优点，如允许使用温度高、电阻率高、易于热冷加工等，但它有致命的弱点，即脆，特别是高温使用后变脆。其不仅限制了使用范围，也严重地缩短了使用寿命。所以，如能开发出韧性的，或至少高温用后不严重变脆的铁铬铝电热合金丝将有重大意义。 

现有的铁铬铝电炉丝的含碳量较高，在高温使用后，随炉冷却过程中，M₂₃C₆ 的析出是不可避免的，特别当炉丝在高温长期使用后，晶粒长得很粗大，晶界数量相对减少，在整个晶界上布满了网状M₂₃C₆，变脆程度更加严重。 

发明内容

本发明的目的是提供一种韧性铁-铬-铝铁素体电热合金的生产方法，其生产的产品不仅具有优异耐蚀性能，还具有良好的韧性，应用于电炉丝材料，其比镍铬电炉丝成本低、使用温度高300℃，其使用寿命长。 

本发明提供的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金的生产方法： 

1)原材料的选择： 

所用的纯Fe、金属Cr，纯Fe中碳的质量百分比控制在0.02以下，纯铁表面的氧化皮不做任何处理； 

2)工艺过程： 

a、真空熔炼：在真空下熔炼纯Fe、金属Cr、Al，不加保护性气氛，溶化期真空度控制在20-40Pa； 

b、高温真空精炼：采用高温、高真空的精炼制度，钢液在1620-1670℃，1-5Pa的真空下，精炼15-20分钟，当真空度至20000-25000Pa时开始吹氧脱碳，当钢液中碳的含量降至0.03％-0.05％时停止吹氧，进行高真空沸腾，即在高真空下脱碳和高真空下脱氮，真空度不大于100Pa时，沸腾时间≥20分钟，钢包底部气体搅拌强度≥13L/(min.t)； 

c、还原造渣：加入硅铁，同时加入石灰、萤石料(加入的石灰、萤石的重量为萤石：7kg/t，石灰：25kg/t)造渣，还原时间10-15分钟，底吹搅拌强度大于10L/(min.t)，真空度≤500Pa； 

d、降温凝固：停电降温至1450-1480℃，使钢液凝固； 

e、升温脱氧：再升温至1520-1550℃，在氩气保护性气氛下，加入铝深脱氧(Al加入量2.5kg/t)，搅拌强度大于10L/(min.t)，真空度≤500Pa，脱氧时间5-10分钟； 

f、调质并均匀化：合金微调，成分均匀时间5-10分钟； 

g、浇锭：最后将温度升至1570-1590℃，控制浇锭。 

所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，其化学成份质量百分比为：C≤0.01，N≤0.05，Si≤0.1，Mn≤0.08，Cr21.5-31，Al3.0-6.0，P≤0.030，S≤0.030，余量为Fe及不可避免的杂质。 

所述的韧性铁-铬-铝铁素体电热合金，它还含Mo或Nb，其质量百分比为：0-0.22。 

本发明的设计思路是降碳、氮，保证必要的铬、铝含量，以确保其耐腐蚀性能和韧性；以稳定组织和改善性能；进行成分设计，并逐步优化成分。 

影响高铬铁素体合金脆性的因素： 

1、韧脆转变温度：高铬铁素体合金在较高温度时，韧性很好；当温度降至某一温度以下时，韧性突然降得很低、很脆。该临界温度被称为韧脆转变温度。一般纯度的高铬铁素体不锈钢韧脆转变温度在60-80℃左右。大多数高铬铁素体合金设备的使用温度以下，所以限制了其使用。