Fe-Cr合金及其制造方法、以及电阻发热体技术

本发明专利技术的目的在于提供电阻率高且高于1000℃的高温时的耐氧化性优异的适合用作电阻发热体的Fe‑Cr合金及其有利的制造方法。本发明专利技术的Fe‑Cr合金采用同时提高了Si含量及Al含量的成分组成，且该成分组成的Si含量、Al含量及Cr含量满足下式(1)的关系。另外，该Fe‑Cr合金通过利用热CVD法对Si含量为1.5质量％以下的板材进行渗硅处理，使Si含有率大于1.5质量％且为10.0质量％以下来制造。14.0≤％Si+1.15×％Al+0.35×％Cr······(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Fe-Cr合金及其制造方法、以及电阻发热体
本专利技术涉及电阻率及耐氧化性优异的Fe-Cr合金。
技术介绍
将利用电阻发热体中流过电流时产生的焦耳热对物体进行加热的方法称为电阻加热。由于从电能到热能的转换效率良好且控制装置也简单，因此该方法在工业用电炉、电热烹调器等广泛的领域得到利用。该电阻加热中使用的电阻发热体能够分类为以Ni-Cr合金、Fe-Cr合金为代表的金属发热体和以SiC为代表的非金属发热体。其中，与非金属发热体相比，金属发热体由于加工性优异，因此能够加工为箔材、线材。因此，金属发热体还能够应用于窗玻璃、地板等薄型构件、手套等承受弯曲负荷的构件。作为这样的金属发热体，例如在JISC2520中作为电热用合金线及电热用合金带规定了3种Ni-Cr合金(电热用镍铬线及带的种类1～种类3)和2种Fe-Cr合金(电热用铁铬线及带的种类1～种类2)。其中，Ni-Cr合金为以Cr：15～21％、Si：0.75～3％为主要添加元素的Ni基合金，Fe-Cr合金为以Cr：17～26％、Al：2～6％、Si：1.5％以下为主要添加元素的Fe基合金(需要说明的是，各元素的“％”为质量％，以下相同)。另外，专利文献1中公开了下述内容：“体积电阻率的冷加工率依存性小的不锈钢箔或不锈钢线材，其特征在于，具有下述化学组成，该化学组成以质量％计含有C：0.080％以下、Si：1.5～5.0％、Mn：5％以下、P：0.050％以下、S：0.003％以下、Ni：10～15％、Cr：15～22％、Mo：3％以下、Cu：3.5％以下、N：0.2％以下、O：0.01％以下、Ti：0.05％以下，余量为Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢箔或不锈钢线材于20～600℃的体积电阻率的平均温度系数为0.00100/℃以下，由β(c)/β(A)定义的体积电阻率的冷加工率依存性指数为0.970以上且1.030以下的范围。其中，分别地，β(c)表示箔的轧制率或线的面积减小率为50％的加工材料于200℃的体积电阻率，β(A)表示退火材料于200℃的体积电阻率。”。此外，在专利文献2中公开了下述内容：“体积电阻率的冷加工率依存性小的电阻发热体用不锈钢箔或不锈钢线材，其特征在于，具有下述化学组成，该化学组成以质量％计含有C：0.080％以下、Si：1.5～5.0％、Mn：5％以下、P：0.050％以下、S：0.003％以下、Ni：10～15％、Cr：15～22％、Mo：3％以下、Cu：3.5％以下、N：0.2％以下、O：0.01％以下、Ti：0.05％以下，Ni/Si的比率在3～7的范围内，余量为Fe及不可避免的杂质，所述电阻发热体用不锈钢箔或不锈钢线材于20～600℃的体积电阻率的平均温度系数为0.00100/℃以下，由β(c)/β(A)定义的体积电阻率的冷加工率依存性指数为0.970以上且1.030以下的范围。其中，分别地，β(c)表示箔的轧制率或线的面积减小率为50％的加工材料于200℃的体积电阻率，β(A)表示退火材料于200℃的体积电阻率”。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-159837号公报专利文献2：日本特开2016-094662号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，金属发热体的电阻率通常低于非金属发热体。因此，为了获得所需的发热量，需要通过加工为箔材、线材来减小金属发热体的截面积并增加长度。但是，现状是，从发热体的使用量削减、形状自由度提高的观点出发，需要电阻率更高的金属发热体。另外，在金属发热体中，通过由合金中的Cr、Al在高温下形成保护性的氧化被膜，从而获得优异的耐氧化性。但是，若由于长期间的使用，合金中的Cr、Al被消耗而使得这些元素的浓度降低，则无法维持保护性的氧化被膜，导致异常氧化、发热体破损等。特别是，对于在汽车等的排气净化装置紧前设置、在使排气升温以促进与催化剂反应的用途中使用的发热体而言，其存在最高达到温度高于1000℃的情况，要求更加优异的耐氧化性。其中，在JISC2520所规定的合金中，Ni-Cr合金的电热用镍铬线及带的种类2和种类3的最高使用温度分别为1000℃和800℃，无法用于最高使用温度高于1000℃的用途。另外，电热用镍铬线及带的种类1的最高使用温度为1100℃，但由于Ni含量为77％以上，因此价格非常昂贵。此外，电阻率以体积电阻率计为101～112μΩ·cm(1.01～1.12μΩ·m)，也不能说是充分的。另一方面，Fe-Cr合金的最高使用温度高于Ni-Cr合金，电热用铁铬线及带的种类1为1250℃，种类2为1100℃。另外，Fe-Cr合金的电阻率也高于Ni-Cr合金，以体积电阻率计，电热用铁铬线及带的种类1为142μΩ·cm(1.42μΩ·m)，种类2为123μΩ·cm(1.23μΩ·m)。但是，上述电热用铁铬线及带的种类1及种类2若在高于1000℃的高温下长时间使用，发热体的氧化速度快从而Al被早早地消耗。该现象在板厚薄的箔材、直径细的线材中尤其显著，其结果导致寿命大幅缩短。另外，在高于1000℃的高温下，还存在保护性的氧化被膜容易发生剥离、容易导致发热体破损、断裂的问题。另外，专利文献1及2中记载的合金虽为Fe-Cr合金，但由于含有10～15％的作为奥氏体稳定化元素的Ni，因此具有奥氏体组织，具有高温时的强度高于具有铁素体组织的Fe-Cr合金的优点。但是，奥氏体组织的热膨胀率高于铁素体组织，因此与加热时的体积膨胀相伴而产生较大的热应力。特别是，若在最高使用温度高于1000℃的条件下反复进行加热和冷却，则容易发生由热应力引起的变形、断裂，反而存在导致寿命缩短的问题。本专利技术是为了解决上述问题而开发的，目的在于提供电阻率高、耐氧化性、特别是高于1000℃的高温时的耐氧化性优异且适合用作电阻发热体的Fe-Cr合金及其有利的制造方法。另外，本专利技术目的在于提供使用上述Fe-Cr合金的电阻发热体。用于解决课题的方案本申请的专利技术人为了解决上述课题而反复进行了各种研究。其结果获得了以下发现。(1)要在Fe-Cr合金中同时实现优异的电阻率和高温时的耐氧化性，同时提高Si含量及Al含量是有效的。特别是，若Al含量大于2.0％，则在高温环境下在表面生成Al2O3的保护被膜，耐氧化性大幅提高。通过像这样同时提高Si含量及Al含量且进一步含有一定量以上的Cr，并使它们的合计量为规定量以上，能够提高电阻率和高温时的耐氧化性这二者。(2)但是，Al及Si是使韧性下降的元素，本申请的专利技术人在使用含有20％左右的Cr的Fe-Cr合金制造使Si含量及Al含量改变而得的材料时，发现随着Si含量及Al含量增多，出现了在热轧时、冷轧时变得容易产生裂纹，特别是难以加工为板厚薄的板材的问题。(3)为了解决这一问题，本申请专利技术人进一步反复进行研究。其结果发现，为同时提高特别是板厚薄的Fe-Cr合金板材的Si含量及Al含量，有效的是，对增加Al含量而减少Si含量而得的板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Fe-Cr合金，其具有下述成分组成，所述成分组成以质量％计含有/nC：0.020％以下、/nSi：大于1.5％且为10.0％以下、/nMn：1.0％以下、/nP：0.040％以下、/nS：0.010％以下、/nCr：16.0～30.0％、/nAl：2.0～6.5％、/nN：0.020％以下及/nNi：0.50％以下，余量为Fe及不可避免的杂质，并且，/n所述Fe-Cr合金满足下式(1)的关系，/n14.0≤％Si+1.15×％Al+0.35×％Cr······(1)/n其中，％Si、％Al及％Cr为上述成分组成中的Si、Al及Cr的含量(质量％)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180130 JP 2018-0140021.Fe-Cr合金，其具有下述成分组成，所述成分组成以质量％计含有
C：0.020％以下、
Si：大于1.5％且为10.0％以下、
Mn：1.0％以下、
P：0.040％以下、
S：0.010％以下、
Cr：16.0～30.0％、
Al：2.0～6.5％、
N：0.020％以下及
Ni：0.50％以下，余量为Fe及不可避免的杂质，并且，
所述Fe-Cr合金满足下式(1)的关系，
14.0≤％Si+1.15×％Al+0.35×％Cr······(1)
其中，％Si、％Al及％Cr为上述成分组成中的Si、Al及Cr的含量(质量％)。


2.根据权利要求1所述的Fe-Cr合金，其中，所述成分组成以质量％计还含有从
Ti：0.01～0.50％、
Zr：0.01～0.20％、
Hf：0.01～0.20％、
REM：0.01～0.20％、
Cu：0.01～0.10％、
Nb：0.01～0.50％、
V：0.01～0.50％、
Mo：0.01～6.0％、
W：0.01～6.0％、
B：0.0001～0.0050％、
Ca：0.0002～0.0100％及
Mg：0.0002～0.0100％
中选择的1种或2种以上。


3.根据权利要求1或2所述的Fe-Cr合金，其板厚为200μm以下。


4.Fe-Cr合金的制造方法，其中，对具有下述成分组成的板坯实施轧制加工，制成最终...

【专利技术属性】
技术研发人员：水谷映斗，平谷多津彦，藤泽光幸，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP