Патент на изобретение №2282675
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ЖЕЛЕЗОХРОМОНИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
(57) Реферат:
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для выплавки и производства прецизионных железохромоникелевых сплавов в виде проволоки, ленты, сетки и т.д., предназначенных для изготовления нагревательных элементов промышленных, лабораторных и бытовых электропечей, другого электрооборудования теплового действия, а также элементов сопротивления приборов различного назначения. Предложен железохромоникелевый сплав и изделие из него. Сплав содержит, мас%: С не более 0,06; Si 1,0-1,4; Mn 0,05-1,0; Cr 22,0-35,0; Ni 23,0-36,0; Al 1,8-2,5; Zr 0,07-0,09; Мо 0,03-0,09; по крайней мере, один компонент из группы РЗМ 0,02-0,035; Fe остальное. Изделия из железохромоникелевого сплава указанного состава имеют необходимый уровень живучести до температуры 1150°С, высокое удельное электросопротивление, пластичность, прочность. В процессе технологического передела слиток-проволока железохромоникелевый сплав имеет удовлетворительную пластичность. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для выплавки и производства прецизионных железохромоникелевых сплавов с высоким электрическим сопротивлением, изготовления из них различных видов проката (проволоки, ленты, полосы и т.д.), применяемых в качестве нагревательных элементов (в виде спиралей, сеток и т.д.) электропечей и иного электронагревательного оборудования в различных отраслях промышленности, а также элементов электросопротивления приборов различного назначения. Для сплавов указанного класса важны следующие свойства: – высокая жаростойкость (окалиностойкость); – живучесть при повышенных температурах; – высокое удельное электрическое сопротивление; – крипоустойчивость (ползучесть) – сохранение формы электронагревателей в процессе нагрева при длительной эксплуатации; – удовлетворительная пластичность в холодном состоянии. Известны сплавы с высоким электрическим сопротивлением класса фехрали марок Х15Ю5, Х(23…27)Ю5, Х(23…27)Ю5Т и класса нихромы марок Х20Н80, Х15Н60 (ГОСТ 10994-74). Дешевые безникелевые фехрали имеют рабочую температуру 1100-1250°С, обладают высокой жаростойкостью и удельным электросопротивлением 1,3-1,47 мкОм·м, но малопластичны и склонны к отпускной хрупкости. Сопротивление ползучести у фехралей невелико, материал из них склонен к провисанию при высоких температурах, а также не выдерживает резких динамических и переменных температурных нагрузок в температурном интервале 400-500°С. Из-за низкой пластичности усложняется производство из них проката и нагревателей. Вышеуказанные недостатки обуславливают применение известных марок фехралей в нагревательном электрооборудовании с простыми формами спиралей и непрерывными режимами эксплуатации при высоких температурах. Плохая свариваемость материала затрудняет ремонт такого оборудования. Нихромы марок Х20Н80 и Х15Н60, как материалы для нагревательных элементов, применяются практически во всех отраслях промышленности, они пластичны и жаростойки, легко прокатываются на проволоку и ленту. Основным недостатком этих сплавов является то, что они при сравнительно низких удельном электросопротивлении (1,03-1,25 мкОм·мм) и температуре эксплуатации (1050-1100°С – предопределено относительно низкой температурой плавления основной составляющей сплавов – никеля) имеют высокую цену из-за высокого содержания в них никеля (до 77%). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является экономнолегированный по никелю сплав марки ХН20ЮС (ГОСТ 10994-74)состава, мас.%: С В настоящей заявке на изобретение поставлена задача разработать сплав с высоким комплексом технологических свойств (пластичность в холодном состоянии, свариваемость) и эксплуатационных характеристик (живучесть, высокое электрическое сопротивление, крипоустойчивость, прочность, плотность и др.), содержащий оптимальное количество никеля, с учетом формирования физико-механических свойств и экономической целесообразности использования заявленного сплава при производстве электронагревателей и электропечей в различных областях промышленности, а также для элементов сопротивления ТЭНов, реостатов и др. приборов. Поставленная задача решается тем, что по сравнению с известным заявленный состав сплава дополнительно содержит молибден при следующем соотношении химических элементов, мас.%: С Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый сплав имеет новую композицию легирования на железохромоникелевой основе с дополнительным введением молибдена и микролегированием редкоземельными элементами (РЗМ). Экспериментально установлено оптимальное содержание хрома в пределах 22,0-35,0%. При содержании хрома более 35% резко ухудшается горячая деформационная обработка и обработка волочением. При содержании хрома менее 22% снижается прочность изделий из предлагаемого сплава. Содержание никеля в пределах 23-36% установлено исходя из требования к соотношению цена-качество при производстве продукции из данного сплава. При заявленном содержании никеля железохромоникелевый сплав обладает хорошей пластичностью, легко обрабатывается прокаткой и волочением, изделия имеют высокую живучесть и удовлетворительное удельное электросопротивление. Легирование сплава молибденом в количестве 0,03-0,09% стабилизирует крипоустойчивость (т.е. сохранение формы при длительной эксплуатации при высоких температурах), прочность и пластичность изделий. Введение кремния в количестве 1,0-1,4% в многокомпонентный железохромоникелевый сплав способствует существенному улучшению окалиностойкости (жаростойкости) и живучести за счет образования на поверхности изделия плотного, устойчивого при высоких температурах слоя окислов. Алюминий в количестве 1,8-2,5% усиливает и стабилизирует жаростойкость и живучесть сплава при эксплуатации электронагревательных элементов в области повышенных температур. Длительная прочность сплава повышается при малых добавках РЗМ элементов. Экспериментально установлено, что РЗМ в железохромоникелевом сплаве, легированном молибденом, измельчая зерно, одновременно делают структуру границ зерен более совершенной. Конечный эффект влияния РЗМ сказывается на благоприятное формирование пластического течения при ползучести и значительном повышении жаростойкости за счет совершенствования макро- и микроструктуры, химического взаимодействия и образования зернограничных малопроницаемых фаз. В качестве РЗМ можно использовать мишметалл, содержащий преимущественно церий, лантан и неодим. Пример выполнения. В лабораторных условиях в основной индукционной 50-килограммовой печи выплавлен базовый сплав с количественным содержанием компонентов заявляемого состава с дополнительным фракционным легированием молибденом, мас.%: 1-0,03; 2-0,06; 3-0,09; 4-0,0 (соответствует химсоставу сплава по прототипу). Испытание и получение физико-механических свойств сплавов проведено на образцах проволоки диаметром 3 мм с учетом требования ГОСТ 12766.1-90 “Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением”. Анализ экспериментальных данных, приведенных в табл.1 и 2, контроль качества жидкого сплава, слитков, изделий по ходу технологического процесса подтвердили преимущества по достигнутому уровню технологических и эксплуатационных свойств заявленного сплава по сравнению с известным сплавом – составом марки ХН20ЮС. Изделия из нового сплава пластичны, легко прокатываются на проволоку и ленту, удовлетворительно свариваются. При этом по отдельным показателям свойства изделий из заявленного сплава сравнимы с требованиями ГОСТ 12766.1-90, предъявляемыми к изделиям из высоконикелевого сплава типа Х20Н80Н. В условиях промышленного производства в основной малотоннажной электропечи постоянного тока ДСППТ-1,4 выплавлен материал заявленного состава, мас.%: С – для нагревательных элементов – Н; – для трубчатых электронагревателей – ТЭН; – для элементов сопротивления – С. По цвету поверхности для сплава Х15Н60: со светлой поверхностью – СВ и с окисленной поверхностью – О. Из нового сплава изготовлены лента из прецизионных сплавов (ГОСТ 12766.2-90) и лента плющеная (ГОСТ 12766.5-90), сетка (ТУ 14-4-1257-84). Изделия из нового сплава поставлены потребителю и используются в бытовых и промышленных приборах и установках. Источники информации 1. ГОСТ 10994-74. “Сплавы прецизионные. Марки”. 2. ГОСТ 12766.1-90. “Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия”. 3. ГОСТ 12766.2-90. “Лента из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия”. 4. ГОСТ 12766.5-90. “Лента плющеная из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия”. 5. ТУ 14-4-1257-84. “Сетка тканая”.
Формула изобретения
1. Железохромоникелевый сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, алюминий, цирконий, по крайней мере, один компонент из группы РЗМ и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Хромоникелевый сплав по п.1, отличающийся тем, что в качестве группы РЗМ использован мишметалл, содержащий преимущественно церий, лантан и неодим. 3. Изделие, выполненное из хромоникелевого сплава, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0,08; Si 2,0-2,7; Mn 0,3-0,8; Cr 19,0-21,0; Ni 19,5-21,5, Ti<0,20; Al 1,0-1,5; по расчету Zr 0,2; Се 0,1; Са 0,1; Fe остальное, имеющий достаточно высокую живучесть при температуре до 1200°С. Однако опыт практического использования известного сплава для нагревательных элементов выявил недостатки, характерные для нагревателей из сплавов типа фехралей, а именно сложность производства из них проката и нагревателей, склонность к провисанию при высоких температурах, ограничение по режимам эксплуатации печей (спираль из известного сплава охрупчивается в процессе нагрева в интервале температур 400-500°С). Кроме того, по сравнению с фехралями изделия из сплава марки ХН20ЮС имеют более низкие значения удельного электросопротивления (0,99-1,07 мкО·м).
, мкОм·м