專利名稱：鐵－鉻－鋁合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有高的使用壽命的熔融冶金學制備的鐵-鉻-鋁-合金。
這種類型的合金被用于制備電加熱元件和催化劑載體。這些材料形成緊密的粘著氧化鋁層，保護它們在高溫(例如直到1400℃)免受破壞。這種保護通過加入所謂的反應性元素如例如Ca，Ce，La，Y，Zr，Hf，Ti，Nb，W而得到改善，這些元素特別改善氧化層的粘附性和/或減小層生長，如例如在″Ralf Bürgel，Handbuch derHochtemperatur-Werkstofftechnik，Vieweg Verlag，Braunschweig1998″，從第274頁開始所描述的。
氧化鋁層保護金屬材料免受快速氧化。在此過程中氧化鋁層自己會生長，盡管很緩慢。這一生長的發(fā)生會消耗材料中的鋁含量。如果不再有鋁存在的話，則會生成其它氧化物(氧化鉻和氧化鐵)，材料中的金屬含量很快地消耗和材料由于破壞性腐蝕而失效。直到失效的時間定義為使用壽命。提高鋁含量可以延長使用壽命。
從WO 02/20197已知特別是用于電熱元件的鐵氧體的不銹鋼合金。該合金通過粉末冶金學制備的FeCrAl-合金構成，該合金包含(以質(zhì)量％計)少于0.02％C，≤0.5％Si，≤0.2％Mn，10.0-40.0％Cr，≤0.6％Ni，≤0.01％Cu，2.0-10.0％Al，一種或多種來自活性元素組如Sc，Y，La，Ce，Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta的元素，其含量為0.1-1.0％，余量鐵以及無法避免的雜質(zhì)。
在DE-A19928842中，描述了一種合金，含有(以質(zhì)量％計)16-22％Cr，6-10％Al并加入0.02-1.0％Si，最多0.5％Mn，0.02-0.1％Hf，0.02-0.1％Y，0.001-0.01％Mg，最多0.02％Ti，最多0.03％Zr，最多0.02％SE，最多0.1％Sr，最多0.1％Ca，最多0.5％Cu，最多0.1％V，最多0.1％Ta，最多0.1％Nb，最多0.03％C，最多0.01％N，最多0.01％B，余量鐵以及熔煉時帶入的雜質(zhì)，該合金用于作為廢氣催化劑的載體膜，用作為電熱元件，用作為工業(yè)爐構造的構件和用于氣體燃燒器中。
在EP-B0387670中，描述了一種合金，含有(以質(zhì)量％計)20-25％Cr，5-8％Al并加入0.03-0.08％釔，0.004-0.008％氮，0.020-0.040％碳，以及大約相同份數(shù)的0.035-0.07％Ti和0.035-0.07％鋯，和最多0.01％磷，最多0.01％鎂，最多0.5％錳，最多0.005％硫，余量鐵，其中Ti和Zr的含量總數(shù)為C和N以及熔煉時帶入的雜質(zhì)的含量百分總數(shù)的1.75-3.5％倍。Ti和Zr可以完全或部分地被鉿和/或鉭或釩代替。
在EP-B0290719中，描述了一種合金，含有(以質(zhì)量％計)12-30％Cr，3.5-8％Al，0.008-0.10％碳，最多0.8％硅，0.10-0.4％錳，最多0.035％磷，最多0.020％硫，0.1-1.0％鉬，最多1％鎳，并添加0.010-1.0％鋯，0.003-0.3％鈦和0.003-0.3％氮，鉀加上鎂為0.005-0.05％，以及0.003-0.80％的稀土金屬，0.5％的鎳，余量鐵和常見的伴生元素，該合金例如用作用于電加熱爐的電熱元件的金屬絲和用作熱負荷部件的構造材料以及用作制備催化劑載體的膜。
在US 4,277,374中，描述了一種合金，含有(以質(zhì)量％計)最高26％鉻，1-8％鋁，0.02-2％鉿，最高0.3％釔，最高0.1％碳，最高2％硅，余量鐵，其中優(yōu)選的范圍是12-22％鉻和3-6％鋁，該合金用作為制備催化劑載體的膜。
在US-A4,414,023中一種已知鋼，含有(以質(zhì)量％計)8.0-25.0％Cr，3.0-8.0％Al，0.002-0.06％稀土金屬，最多4.0％Si，0.06-1.0％Mn，0.035-0.07％Ti，0.035-0.07％Zr，包括不可避免的雜質(zhì)。
I.Gurrappa，S.Weinbruch，D.Naumenko，W.J.Quadakkers在Materials and Corrosions 51(2000)，第224-235頁中的一篇文章描述了一種鐵-鉻-鋁合金的使用壽命的具體模型。在其中說明了一個模型，鐵-鉻-鋁合金的使用壽命與鋁含量和試樣形狀有關，其中在該式中可能的偏離(Abplatzung)還沒有被考慮
tB=[4,4×10-3×(C0-CB)×ρ·fk]1n]]>其中 tB＝使用壽命，定義為直到出現(xiàn)不是氧化鋁的其它氧化物的時間，C0＝氧化開始時的鋁濃度，CB＝出現(xiàn)不是氧化鋁的其它氧化物時的鋁濃度，ρ＝金屬合金的比重，k＝氧化速率常數(shù)，n＝氧化速率指數(shù)。
在考慮偏離的情況下，對于厚度d(f≈d)的寬度和長度無邊的平面試樣來說給出下列式子tB=4,4×10-3×(C0-CB)×ρ×d×k-1n×(Δm*)1n-1]]>其中Δm*是偏離開始時的臨界重量變化。
兩個式子都表示，使用壽命隨著鋁含量的降低和表面積與體積比的增大(或者小的試樣厚度)而下降。在該文章中沒有考慮溫度周期的影響，如例如在J.P.Wilber，M.J.Bennett和J.R.Nicholls的″The effect of thermal cycling on the mechanical failure ofalumina scales formed on commercial FeCrAI-RE alloys中，在Proc.ofInt. Conf. on Cyclic Oxidation of High TemperatureMaterials″，1999年2月，F(xiàn)rankfurt am Main，Germany，Editors M.Schütze and W.J.Quadakkers，第133-147(1999)頁中對于周期時間為1h-290h所描述的，其中在該工作中僅僅在出現(xiàn)偏離時才有影響。
另外，在V.K.TolPygo，D.R.Clarke，″Spalling failure ofα-alumina films grown by oxidationI. Dependence on coolingrate and metal thickness，Materials science and engineering″，A278第142-150(2000)頁中，描述了周期時間和冷卻速度的影響。特別地，這兩篇文章表明，短的加熱時間、短的冷卻時間和在高溫下只有短的停留時間會嚴重縮短使用壽命。
在下面使用溫度周期定義了加熱時間、溫度下的停留時間、冷卻時間和直到再次加熱的等待時間的組合。包括短的加熱時間、短的冷卻時間和在高溫下只有短的停留時間的溫度周期在下面叫做短暫和快速溫度周期。它還包括例如總時間在幾秒到幾分鐘范圍內(nèi)的溫度周期，其中用總時間稱呼加熱時間、溫度下的停留時間、冷卻時間和直到開始下一次加熱的等待時間的總和。
由薄膜(例如大約30-100μm厚度和寬度在一或幾毫米范圍)組成的電熱元件顯示出大的表面積體積比。當想要實現(xiàn)快速加熱和冷卻時間時，正如例如在Ceran場所中使用的電熱元件所要求的，以便使加熱變得快速明顯和類似于氣體蒸煮器實現(xiàn)快速加熱，這將是有利的。但同時，大的表面積體積比對于電熱元件的使用壽命是不利的(見上)。另外，在這種應用中，溫度必須限制低于玻璃，以保護其免受損壞，這可以通過重復的短時間地斷開電流而實現(xiàn)。兩者都有電熱元件受到短加熱時間和快速冷卻以及僅僅短暫的停留時間的負擔的后果，如上所述，這會進一步降低使用壽命。
在以前提及的出版文獻中沒有一個特別地從溫度周期的這種效果出發(fā)，也就是說，上述合金都沒有在這一方面進行開發(fā)。
從上述現(xiàn)有技術中已知的是，少量添加Y，Zr，Ti，Hf，Ce，La，Nb，W就會對FeCrAl-合金的使用壽命產(chǎn)生巨大影響。
根據(jù)J.Klwer，Materials and Corrosion 51(2000)，373-385頁，添加不可以太大，因為否則的話會出現(xiàn)升高的氧化速率，這意味著升高的鋁消耗和從而縮短的使用壽命。例如向含有20％Cr，7％鋁和0.01％釔的鐵-鉻-鋁-合金僅添加0.11％的鉿就會影響這種升高的氧化速率。在提及的文章中由于過多地添加反應性元素引起的升高的氧化速率的其它例子是含有18.8％Cr，7％Al并添加由0.11％Y的鐵-鉻-鋁合金或者是含有20％Cr，7％Al并添加有0.04％釔，0.05％Zr和0.05％Ti的鐵-鉻-鋁合金。在此情況下，由于過多地加入反應性元素而出現(xiàn)升高的氧化速率的范圍隨著鋁含量而移動。因此，根據(jù)J.Klwer，Materials and Corrosion 51(2000)，73-385頁，在含有20％Cr，7％Al和0.05％Y的鐵-鉻-鋁-合金中0.04％Zr已經(jīng)引起升高的氧化速率。但在含有20％Cr，5.5％Al和0.05％Y和0.05％Hf的鐵-鉻-鋁-合金中同樣量的Zr(J.Klwer，A.Kolb-Telieps，MBredeBode，H.(Ed.)Metal-Supported Automotive Catalytic Converters，DGMInformationsgesellschaft，Oberursel，1997，第33頁及以下頁)沒有造成升高的氧化速率。在J.Klwer，Materials and Corrosion51(2000)，第373-385頁和J.Klwer，A.Kolb-Telieps，M Bredein Bode，H.(Ed.)Metal-Supported Automotive CatalyticConverters，DGM Informationsgesellschaft，Oberursel，1997，第33頁及以下頁中的所有研究是在爐中采用100h或96h的周期進行的，這是一個很長的周期。
本發(fā)明基于的任務是，提供一種鐵-鉻-鋁合金，該合金相比于迄今使用的鐵-鉻-鋁合金具有高的使用壽命，特別是用于具有大的表面積體積比或者是小的帶材厚度的構件。
該任務通過一種熔融冶金學制備的具有高的使用壽命的鐵-鉻-鋁-合金而解決，該合金含有(以質(zhì)量％計)4-8％Al，16-24％Cr并加入0.05-1％Si，0.001-0.5％Mn，0.02-0.2％Y和0.1-0.3％Zr和/或0.02-0.2％Hf，0.003-0.05％C，0.0002-0.05％Mg，0.0002-0.05％Ca，最多0.04％N，最多0.04％P，最多0.01％S，最多0.5％Cu和常規(guī)的熔煉時帶入的雜質(zhì)，余量鐵。
本發(fā)明合金有利的進一步構成是在從屬權利要求中得到。
另外，元素Hf可以通過元素Sc和/或Ti和/或V和/或Nb和/或Ta和/或La和/或Ce中的至少一種完全或部分地代替，其中在部分代替的情況下，可以考慮0.02和0.15質(zhì)量％的范圍。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的含有(以質(zhì)量％計)最多0.02％N，最多0.02％P以及最多0.005％S的合金被熔融。
在根據(jù)Corrosion 51(2000)和DGM Informationsgesellschaft的現(xiàn)有技術中，所有的研究都是在爐中使用100h或者96h的周期進行的，這是很長的周期。
令人意外地，在使用很短的周期進行試驗時表明，降低的使用壽命和同時表示升高的氧化速率的范圍在此完全是另一回事。例如，對于本發(fā)明的鐵-鉻-鋁合金，該合金以至少0.1％Zr和至少0.02％Y，在爐中在上述的100h或96h的周期中根據(jù)J.Klwer，Materials andCorrosion 51(2000)，第373-385頁已經(jīng)顯示出升高的氧化速率和因此縮短的使用壽命，在對具有小的表面積體積比的金屬絲的使用壽命試驗中以2min″開始″和15s″結束″的短周期顯示出一個位于根據(jù)現(xiàn)有技術的合金的使用壽命的變化區(qū)間上端處的使用壽命。當在使用壽命試驗中轉向具有一個很大的表面積體積比和15s″開始″和5s″結束″很短的周期的50μm的膜時，該區(qū)別是還要嚴重的。
優(yōu)選的Fe-Cr-Al-合金表現(xiàn)出下列組成(以質(zhì)量％計)Al5-6％ 5-6％Cr18-22％ 18-22％Si0.05-0.7％0.05-0.7％Mn0.001-0.4％ 0.001-0.4％Y 0.03-0.1％0.03-0.1％Zr0.15-0.25％Hf0.02-0.15％ 0.02-0.15％C 0.003-0.03％ 0.003-0.3％Mg0.0002-0.03％ 0.0002-0.03％Ca0.0002-0.03％ 0.0002-0.03％N 最多0.04％最多0.04％P 最多0.04％最多0.04％S 最多0.01％最多0.01％Cu最多0.5％ 最多0.5％根據(jù)使用情形，下列元素在其擴展區(qū)間內(nèi)可以如下調(diào)節(jié)Hf0.03-0.11％
C 0.003-0.025％Mg0.0002-0.01％Ca0.0002-0.01％根據(jù)本發(fā)明的合金優(yōu)選可用于電加熱元件，特別是具有短的加熱和冷卻時間、短的溫度保留時間和短的直到再次加熱開始時的等待時間。
根據(jù)本發(fā)明的合金也可用于要求高的形狀穩(wěn)定性或小的下陷性的加熱元件。
根據(jù)本發(fā)明的合金同樣可以使用在由厚度為20-100μm的膜制成的電熱元件中。
優(yōu)選的還有作為電熱元件合金用于蒸煮領域。
最后，同樣存在將本發(fā)明的合金用于爐構造中的可能性。
進一步的優(yōu)選可使用的合金領域是在相應的從屬權利要求中說明。
本發(fā)明的細節(jié)和優(yōu)點在下面的實施例中進一步說明。
在表1中，列舉了實驗室規(guī)模熔煉的鐵-鉻-鋁-合金L1-L8和E1-E6以及大工業(yè)規(guī)模熔煉的合金G1-G3。對于實驗室規(guī)模熔煉的合金，從澆鑄成鋼錠的材料借助于熱變型和冷變型以及合適的中間退火制成金屬絲和50μm厚的膜。薄膜切成6mm寬的條。對于大工業(yè)規(guī)模熔煉的合金，從大工業(yè)的制品取出帶材厚度50μm的試樣并在必要時切成大約6mm的合適寬度。
對于金屬絲形式的電熱元件，與例如具有下列條件的材料相互比較，加速的使用壽命試驗是可能的和常見的電熱元件使用壽命試驗對直徑0.40mm、制成12匝的線圈直徑4mm和線圈長度50mm的金屬絲線圈的金屬絲進行。金屬絲線圈固定在2個電流引線之間并通過施加電壓而加熱直到1200℃。在1200℃的加熱分別進行2分鐘，然后切斷電流供應15秒鐘。在使用壽命結束時由于剩余截面熔斷而金屬絲失效。
對膜條帶進行類似的使用壽命試驗。在此50μm厚和6mm寬的膜條帶固定在2個電流引線之間并通過施加電壓而加熱直到1050℃。在1050℃的加熱分別進行15秒鐘，然后切斷電流供應5秒鐘。在使用壽命結束時由于剩余截面熔斷而膜失效。
在兩個試驗中所述金屬絲或膜處于所述溫度而沒有間斷時間的總時間稱作使用壽命。溫度在使用壽命試驗期間使用光學高溫表測量并在必要時校準到額定溫度。
使用壽命試驗的結果列入表1中。表中給出的平均值分別是至少3個試樣的平均值。
在金屬絲的使用壽命試驗中，線圈在開始時水平固定。在使用壽命試驗的過程中，線圈下沉。下沉量(下陷)越小，材料的形狀穩(wěn)定性越大。大的形狀穩(wěn)定性是一個有利的工業(yè)性能，因為這意味著由該材料制成的部件在較高溫度下使用期間顯示小的形狀變化。
大工業(yè)規(guī)模熔煉的合金G1和G2以及實驗室規(guī)模熔煉的合金L2表明了一種鐵-鉻-鋁合金，它含有(以質(zhì)量％計)大約20％Cr，大約5％Al并添加0.04-0.07％Y，0.04-0.07％Zr和0.04-0.05％Ti，碳含量為0.033-0.037％，Si含量為0.15-0.34％，Mn含量為大約0.24％和少量的N，S，Ce，La，Pr，Ne，P，Mg，Ca，如表1中根據(jù)現(xiàn)有技術所述的。L2的0.4mm厚的金屬絲在1200℃下在120s″開始″和15s″結束″的周期時的使用壽命用作參考并設定為100％。
50μm厚的膜在1050℃和在15s″開始″和5s″結束″的周期時的使用壽命為實驗室批次L1的使用壽命的102-124％。大工業(yè)規(guī)模熔煉的合金G3顯示了一種鐵-鉻-鋁合金，它含有大約20％Cr，大約5％Al并添加0.06％Y，0.04％Zr，0.02％Hf，碳含量為0.029％，Si含量為0.28％，Mn含量為0.20％和少量的P，Mg，Ca，如表1中根據(jù)現(xiàn)有技術所述的。50μm厚的膜在1050℃和在15s″開始″和5s″結束″的周期時的使用壽命為實驗室批次L1的使用壽命的148％。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術的合金對50μm厚的膜在1050℃和在15s″開始″和5s″結束″周期下的使用壽命試驗中具有的值為L1的大約100％-大約150％。
對于實驗室批次L1和L3-L8，改變Si，C，Zr，Ti和Hf的含量。沒有變化的是Mn的含量，它在所有的實驗室熔體中都是0.24-0.28％，和少量摻入的P，Mg，Ca，Ce，La，Pr，Ne，如表1中所述的。在該過程中，對于0.4mm厚的金屬絲在1200℃和在120s ″開始″和15s″結束″的周期的使用壽命試驗中，含有0.03％Y，0.04％Zr和0.02％Hf和碳含量為0.007％和Si含量為0.35％的變體L1顯示出116％的真正高的使用壽命。僅具有Y的添加量為0.06％或0.05％和碳含量為0.002或0.031％和Si含量為0.34或0.35％的變體L3和L7在對金屬絲的試驗中僅具有41％或51％的使用壽命。添加有0.04或0.05％Y和0.05或0.014％Zr和碳含量為0.002或0.003％和Si含量為0.33或0.35％的變體L4和L5具有79％或86％的使用壽命，盡管好于L3和L7的使用壽命，但還達不到L2或L1的使用壽命。添加有0.05％Y和0.05％Hf和碳含量為0.010％和Si含量為0.36％的變體L6具有85％的使用壽命，盡管同樣好于L3和L7的使用壽命，但還達不到L2或L1的使用壽命。實驗室批次L8中添加有0.05％Y，0.21％Zr和0.11％Ti和碳含量為0.018％和Si含量只有0.02％。對于在爐中具有例如100h或96h的長周期的使用壽命試驗，由于Zr和Ti的高含量，根據(jù)J.Klwer，Materialsand Corrosion 51(2000)，第373-385頁，這已經(jīng)是處于升高的氧化速率的濃度范圍。盡管如此，它在金屬絲的電熱元件使用壽命試驗中顯示出105％的使用壽命，因此位于L1和L2之間。
在爐中使用例如100h或96h的長周期的使用壽命試驗時同樣處于升高的氧化速率范圍內(nèi)的是根據(jù)本發(fā)明的合金E1，它具有0.05％Y，0.18％Zr，0.04％Hf，0.006％C和0.35％Si，和合金E2，它具有0.03％Y，0.20％Zr，0.11％Ti代替鉿，0.020％C和0.61％Si。兩種合金在對金屬絲的電熱元件使用壽命試驗中都具有對于E2為96％和對于E1甚至為118％的好的使用壽命。因此，對于實驗室熔體有下列的使用壽命分級(分別以產(chǎn)生的使用壽命進行分類)頂尖組E1，L1，L8，L2，E2，特征是添加有Y和Zr以及此外添加有Ti或Hf。
中等使用壽命L5，L6，L4，特征是添加有Y和Zr或Y和Hf。
差等使用壽命L7，L3，特征是僅添加有Y。
這符合現(xiàn)有技術中的知識和經(jīng)驗。合金L2例如相應于根據(jù)現(xiàn)有技術的大工業(yè)規(guī)模熔煉的合金G1和G2。
當對50μm厚的膜在1050℃和在15s″開始″和5s″結束″的周期觀察電熱元件使用壽命試驗時，該情形看起來稍有不同在對金屬絲的試驗中顯示出差等使用壽命的合金L3和L7顯示出為L1的94％和110％的使用壽命，這處于根據(jù)現(xiàn)有技術的合金的使用壽命范圍內(nèi)。在對金屬絲的試驗中顯示出中等使用壽命的合金L5，L6，L4顯示出為L1的145％或113％的使用壽命，這同樣地處于根據(jù)現(xiàn)有技術的合金的使用壽命范圍內(nèi)。在對金屬絲的試驗中處于頂尖組的合金L1和L2顯示出為L1的100％或125％的使用壽命，合金L8顯示出為L1的140％的良好使用壽命，處于根據(jù)現(xiàn)有技術的合金的使用壽命范圍內(nèi)。
令人意外地，所述的根據(jù)本發(fā)明的合金E1和E2在升高的氧化速率范圍內(nèi)在爐中使用例如100h或96h的長周期的使用壽命試驗中顯示出很高的使用壽命對于E1為具有256％的遠遠超出所有其它合金的值和對于E2為171％，這表明明顯超出根據(jù)現(xiàn)有技術的合金的使用壽命范圍。表現(xiàn)出類似的令人意外的高使用壽命的是根據(jù)本發(fā)明的合金E3以201％和含有0.05％Y，0.21％Zr，0.021％C和0.19％Si，和E4以227％和含有0.07％Y，023％Zr，0.07％Ti，0.014％C和0.19％Si，和E5以249％和含有0.07％Y，0.22％Zr，0.07％Hf，0.018％C和0.20％Si，和E6以283％和含有0.05％Y，0.17％Zr，0.05％Hf，0.016％C和0.19％Si。
因此具有下列分級使用壽命大于L1的170％的頂尖組E1-E6，其特征為添加有Y和Zr和/或Hf和/或Ti，在升高的氧化速率范圍內(nèi)在爐中使用例如100h或96h的長周期的使用壽命試驗中和碳含量為0.003-0.025％和Si含量為大于0.05％。
使用壽命在L1的大約100％-150％范圍內(nèi)的組，這相當于現(xiàn)有技術G3，L5，L8，L2，G2，L4，L6，G1，L1，L7，L3，其特征為少量添加Y和Zr和/或Hf和/或Ti，在升高的氧化速率范圍之外，在爐中使用例如100h或96h的長周期的使用壽命試驗中或在L8的情況下特征為過少的Si含量以及同時添加Y，Zr和Hf，在升高的氧化速率范圍內(nèi)。
在對于用途重要的在50h燃燒期間作為以mm計的線圈下陷測量的形狀穩(wěn)定性方面，根據(jù)本發(fā)明的合金E1，E2和L8以在5-7mm之間的值處于頂尖組，與之相比，根據(jù)現(xiàn)有技術的其它合金L1-L7具有在17-19mm之間的值。因此根據(jù)本發(fā)明的合金還具有高形狀穩(wěn)定性的優(yōu)點。
本發(fā)明要求的界限具體地原因如下需要至少0.02％Y的含量，以獲得Y提高氧化穩(wěn)定性的效果。其上限由于成本因素而設定為0.2質(zhì)量％。
需要至少0.1％Zr的含量，以在短的和快速的溫度周期中達到高的使用壽命的范圍。其上限由于成本因素而設定為0.3質(zhì)量％Zr。
需要至少0.02％Hf的含量，以獲得Hf提高氧化穩(wěn)定性的效果。其上限由于成本因素而設定為0.2質(zhì)量％Hf。
需要至少0.02％Ti的含量，以獲得Ti提高氧化穩(wěn)定性的效果。其上限由于成本因素而設定為0.2質(zhì)量％Ti。
碳含量應該為0.003％-0.05％，以保證加工性。
氮含量應該最大為0.04％，以便避免形成使加工性困難的氮化物。
磷和硫含量應該保持盡可能地小，因為這種界面活性的元素會損壞氧化穩(wěn)定性。因此確定最多0.04％P和最多0.01％S。
在16和24質(zhì)量％之間的鉻含量對使用壽命不會產(chǎn)生決定性影響，如在J.Klwer，Materials and Corrosion 51(2000)，第373-385頁可讀到的。但是，一定的鉻含量是需要的，因為鉻有助于形成特別穩(wěn)定的和保護性的α-Al2O3層。從大約16％開始，這就可保證。因此其下限為16％。＞24％的鉻含量使合金的加工性變得困難。
根據(jù)本發(fā)明的合金的鋁含量應該為4-8％。大約4％鋁根據(jù)″Handbuch der Hochtemperatur-Werkstofftechnik，Ralf Bürgel，Vieweg Verlag，Braunschweig 1998″第272頁圖5.13是需要的，以便形成封閉的α-Al2O3層。高于8％的Al含量會損害加工性。
根據(jù)J.Klwer，Materials and Corrosion 51(2000)，第373-385頁，添加Si由于改善了覆蓋層的粘結性而提高了使用壽命。因此至少0.05質(zhì)量％的硅含量是必須的。過高的Si含量會使加工性變困難。因此其上限為1％。
將錳限制到0.5質(zhì)量％，因為該元素會降低氧化穩(wěn)定性。同樣的也適合于銅。
鎂和鉀含量調(diào)節(jié)到0.0002-0.05質(zhì)量％的展開范圍。
表權利要求
1.具有高的使用壽命的鐵-鉻-鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)4-8％Al和16-24％Cr并添加0.05-1％Si，0.001-0.5％Mn，0.02-0.2％Y，0.1-0.3％Zr和/或0.02-0.2％Hf，0.003-0.05％C，0.0002-0.05％Mg，0.0002-0.05％Ca，最多0.04％N，最多0.04％P，最多0.01％S，最多0.5％Cu和常規(guī)的熔煉時帶入的雜質(zhì)，余量鐵。
2.根據(jù)權利要求1的鐵-鉻-鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)5-6％Al，18-22％Cr并添加0.05-0.7％Si，0.001-0.4％Mn，0.03-0.1％Y，0.15-0.25％Zr和/或0.02-0.15％Hf，0.003-0.03％C，0.0002-0.03％Mg，0.0002-0.03％Ca，最多0.04％N，最多0.04％P，最多0.01％S，最多0.5％Cu和常規(guī)的熔煉時帶入的雜質(zhì)，余量鐵。
3.根據(jù)權利要求1或2之一的鐵-鉻-鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)5-6％Al，18-22％Cr并添加0.05-0.7％Si，0.001-0.4％Mn，0.03-0.08％Y，0.15-0.25％Zr和/或0.03-0.11％Hf，0.003-0.025％C，0.0002-0.01％Mg，0.0002-0.01％Ca，最多0.04％N，最多0.04％P，最多0.01％S，最多0.5％Cu和常規(guī)的熔煉時帶入的雜質(zhì)，余量鐵。
4.根據(jù)權利要求1-3之一的鐵-鉻-鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)5-6％Al，18-22％Cr并添加0.05-0.7％Si，0.001-0.4％Mn，0.03-0.08％Y，0.15-0.25％Zr和/或0.03-0.08％Hf，0.003-0.025％C，0.002-0.01％Mg，0.0002-0.01％Ca，最多0.04％N，最多0.04％P，最多0.01％S，最多0.5％Cu和常規(guī)的熔煉時帶入的雜質(zhì)，余量鐵。
5.根據(jù)權利要求1-4之一的鐵-鉻-鋁合金，其中Hf完全被至少一種元素Sc和/或Ti和/或V和/或Nb和/或Ta和/或La和/或Ce代替。
6.根據(jù)權利要求1-4之一的鐵-鉻-鋁合金，其中Hf部分被(以質(zhì)量％計)0.01-0.18％至少一種元素Sc和/或Ti和/或V和/或Nb和/或Ta和/或La和/或Ce代替。
7.根據(jù)權利要求1-6之一的鐵-鉻-鋁合金，其中Hf部分被(以質(zhì)量％計)0.02-0.15％至少一種元素Sc和/或Ti和/或V和/或Nb和/或Ta和/或La和/或Ce代替。
8.根據(jù)權利要求6或7之一的鐵-鉻-鋁合金，其中Hf完全或部分被(以質(zhì)量％計)0.02-0.11％至少一種元素Sc和/或Ti和/或V和/或Nb和/或Ta和/或La和/或Ce代替。
9.根據(jù)權利要求6-8之一的鐵-鉻-鋁合金，其中Hf完全或部分被(以質(zhì)量％計)0.03-0.07％至少一種元素Sc和/或Ti和/或V和/或Nb和/或Ta和/或La和/或Ce代替。
10.根據(jù)權利要求1-9之一的鐵-鉻-鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)最多0.02％N，最多0.02％P和最多0.005％S。
11.根據(jù)權利要求1-10之一的鐵-鉻-鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)最多0.01％N，最多0.02％P和最多0.003％S。
12.根據(jù)權利要求1-11之一的鐵-鉻-鋁合金，此外含有(以質(zhì)量％計)最多0.1％Mo和/或0.1％W。
13.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于電加熱元件中的合金的用途。
14.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于具有短加熱時間和冷卻時間、短的溫度保留時間和短的直到再次加熱開始的等待時間的電加熱元件的合金的用途。
15.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于要求高的形狀穩(wěn)定性或小的下陷性的電加熱元件中的合金的用途。
16.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于由厚度為20-100μm的膜制成的電熱元件中的合金的用途。
17.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于由直徑＜6mm的金屬絲制成的電熱元件中的合金的用途。
18.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于蒸煮場所，特別是ceran蒸煮場所中的電熱元件合金的用途。
19.根據(jù)權利要求1-12之一的鐵-鉻-鋁合金作為用于爐構造的電熱元件合金的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有高的使用壽命的鐵－鉻－鋁合金，含有(以質(zhì)量％計)4－8％Al和16－24％Cr并添加0.05－1％Si，0.001－0.5％Mn，0.02－0.2％Y，0.1－0.3％Zr和/或0.02－0.2％Hf，0.003－0.05％C，0.0002－0.05％Mg，0.0002－0.05％Ca，最多0.04％N，最多0.04％P，最多0.01％S，最多0.5％Cu和常規(guī)的熔煉時帶入的雜質(zhì)，余量鐵。
文檔編號C22C38/18GK101090986SQ200580011101
公開日2007年12月19日 申請日期2005年4月23日 優(yōu)先權日2004年4月28日
發(fā)明者H·哈騰多夫, A·科爾布－泰利普斯 申請人:蒂森克魯普德國聯(lián)合金屬制造有限公司