Экономнолегированные сплавы нового поколения для нагревательных элементов ( статья)

А. Чехлов
Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

Никельхромовые сплавы с высоким электрическим сопротивлением типа Х20Н80 (нихромы) в течение многих десятилетий использовались во всем мире для изготовления нагревательных элементов различных бытовых приборов и промышленного оборудования. Однако дороговизна этих сплавов и их

недостаточно высокая коррозионная стойкость в различных серосодержащих (пары серы, H2S, SO2, SO3 и др.), науглероживающих, окислительных газах и других средах, часто используемых в промышленности, постепенно переориентировали потребительский рынок развитых стран на сплавы Fe-Cr-AI
(фехрали) и экономнолегированные никелем сплавы Fe-Ni-Cr (ферронихромы). За рубежом в объеме потребления специальных сплавов нагрева доля последних уже сейчас превышает 80% и продолжает увеличиваться. Примерная структура потребления этих сплавов представлена на рисунке.
В России рынок до сих пор ориентирован преимущественно на дорогостоящие нихромы. Причин этого много. Отметим лишь, что применение морально устаревших технологий приводит к тому, что отечественные хромоалюминиевые сплавы обладают нестабильными от партии к партии свойствами, а также склонны к высокотемпературному охрупчиванию, межкристаллитному коррозионному разрушению, быстрому проявлению признаков ползучести и, как следствие, провисанию при высоких температурах. Это заставляет российских потребителей сплавов нагрева в основном использовать дорогостоящие сплавы с высоким содержанием никеля типа Х20Н80-Н и Х15Н60-Н, обладающие заведомо лучшими характеристиками по сравнению с отечественными фехралями. Проблема заключается еще и в том, что, имея негативный опыт применения российских фехралей, потребитель по инерции не доверяет и аналогичным высококачественным зарубежным сплавам нагрева, распространяя на них недостатки, присущие отечественным маркам.
Типичный химический состав, физические и механические свойства наиболее популярных сплавов нагрева приведены в табл. 1 и 2.
Новейшие технологии изготовления обеспечивают однородную структуру фехралей, равномерность защитного оксидного покрытия и его адгезию к поверхности благодаря прецизионному микролегированию алюминием, кремнием, марганцем, цирконием, иттрием и другими элементами. В сочетании со снижением содержания углерода до уровня <0,03% гарантируется высокая пластичность этих сплавов, отсутствие склонности кмежкристаллитной высокотемпературной коррозии, высокий предел ползучести, а также устойчивость против окисления, сульфидизации и карбюризации при повышенных температурах. Более высокая устойчивость фехралей к окислению и коррозии в самых распространенных промышленных агрессивных средах обусловлена самой природой химически инертного, плотного поверхностного защитного оксидного слоя на основе А12О3. Фехрали наиболее устойчивы к хлоридной питтинговой и щелевой коррозии, хлоридному коррозионному растрескиванию и коррозии, вызванной как органическими кислотами, так и едкими веществами. Никельсо-держащие сплавы нельзя использовать в защитной СО-содержащей атмосфере при 800—950 "С, поскольку при одновременном окислении и карбюризации на их поверхности происходит разрушение защитного оксида с образованием так называемой «зеленой гнили». Зарубежные фехрали обладают более высокими максимальной рабочей температурой и долговечностью по сравнению с нихромом и ферронихромами. Кроме того, они характеризуются более стабильным температурным коэффициентом электрического сопротивления, что позволяет прецизионно поддерживать температуру нагрева. Следует также отметить, что в ряде случаев предпочтительнее использование предварительно оксидированных фехралей.
Усредненные сравнительные эксплуатационные свойства различных сплавов с высоким электрическим сопротивлением приведены в табл. 3. Высокое качество относительно недорогих зарубежных фехралей открывает широкие перспективы для отечественных потребителей, поскольку позволяет получать ощутимые преимущества, связанные с повышенными сроками их эксплуатации и высокой технологичностью изготовления нагревательных элементов. Так, фех-ралевые проволоки (в особенности легированные иттрием) могут использоваться не только в качестве встроенных и навитых спиралей в керамических и др. матричных основах бытовых электроприборов и промышленного печного оборудования, но даже в нагревательных конструкциях подвесного и натяжного типа (термовентиляторы, фены, тепловые пушки, конвекционные нагреватели и т.п.).