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需求背景

本项目国内外技术发展状况：

近来也有不少研究者发现，添加了活性元素的FeCrAl合金在>1000℃下形成的α-Al2O3膜不仅致密，而且与基体结合强度好[3,4]。德国的***ewer[5]研究了在900~1300℃的范围内，添加硅和一些活性元素（Hf、Y、Ce、La、Zr）的Fe18Cr7Al（wt%）合金的氧化行为。研究发现，不同的活性元素具有不同的临界浓度，当活性元素的含量高于这一临界浓度时，合金的氧化速率和内氧化膜的厚度会显著的增加。为避免氧化膜的剥落，应尽量减少活性元素的含量。当向合金中添加Ti和Zr时，很容易发生氧化速率增加和内氧化膜增厚的现象，但是当合金中含有Y和La时会增加氧化膜的粘附性并且降低氧化速率。

大量研究表明稀土可改善FeCrAl高温合金的抗氧化性，提高热强性，增强高温腐蚀和热腐蚀抗力，降低高温脆化倾向。早在上个世纪七十年代，国外就已经开始研究稀土元素对合金高温氧化性能及其氧化膜粘附性方面的影响，但迄今为止在作用机理方面仍没有形成一致的意见[6]。目前提出的机理和模型大概包括微钉理论[7]、空位阱理论[8]、生长应力消除理论[9]、氧化膜塑性理论[10]及梯度氧化膜理论[11]。

    国际上传统的FeCrAl合金产品主要有1Cr13Al4、0Cr13Al6Mo2、0Cr27Al17Mo2等适用于低、中、高温电阻炉。最近十年中，又成功研制了多种高温FeCrAl合金如0Cr27Al7Mo2等，其使用温度可达1300℃。奥托昆普德国联合金属制造有限公司[12]于2014年设计了一种改进高温强度、低的铬蒸发速度和良好的可加工性的FeCrAl合金，其主要化学成分为Al：***%~***%，Cr：12%~25%，W：***%~4%，Nb：***%~***%。目前较为典型的FeCrAl有JFE公司的JFE20-5USR钢和VDM公司的Aluchrom Y Hf钢。

      国内研究了不同成分的 FeCrAl 合金凝固及冷却过程中的相变行为，发现该合金冷却过程中在高温析出细小碳铬析出物、在低温析出 σ 相和 α'相，造成合金高温和低温脆性；

     通过稀土镧和钛合金化，可显著细化凝固组织，改善合金的高温塑形；

     开发了一种含钡洁净钢专利技术，可对合金中 Al2O3 夹杂进行变性，不仅提高了合金的洁净度，而且有利于防止由于 Al2O3 导致的连铸水口结瘤，为 FeCrAl 合金洁净化生产和连铸工艺开发创造了条件；

      为高铝钢连铸已开发了与之配套的旋转式长水口、浸入式水口及保护渣，并获得专利，产品已在大连精密的试验中进行了试用。

      该流程中首先需要解决FeCrAl高温合金稀土合金化技术，以满足高温抗氧化能力等使用性能，但是稀土类元素与氧的反应热极大，往熔融合金中添加时会与合金中的氧或渣中氧发生激烈反应而引起合金熔体和熔渣的飞溅，不仅不安全而且稀土收得率很低。为解决此问题，新日本钢铁公司开发了一种往FeCrAl合金熔体中连续加入稀土类元素的新技术，它是把一种或数种稀土类元素与铝制成合金丝，或者是用碳钢或不锈钢薄板作包皮将稀土和铝合金丝包覆制成包芯线，经过长期的大量研究结果表明稀土类元素与铝制成合金是最适宜的。往FeCrAl合金钢中添加这种稀土类元素-铝合金丝或其包芯线时，最好是在连铸过程中连续地喂入中间包或结晶器内的钢液中，不会发生熔渣飞溅问题，操作安全可靠，稀土元素的收得率高达90%以上。

需解决的主要技术难题

主要研究内容分为基础研究、关键技术开发：

1、FeCrAl 合金抗高温搞氧化、稳定服役性能关键控制技术；

2、FeCrAl 合金高洁净度及夹杂物无害化控制关键技术；

3、高均质凝固及铸坯表面控制关键技术开发；

4、FeCrAl 电热合金丝缠绕性、延伸性控制技术研发。

项目完成时计划时达到的技术性能指标：

a、0Cr24Al6Re 和 0Cr21A16Nb 两牌号 1350℃试验快速寿命值分别不

小于 80h、50h，电阻率分别稳定在 ***±***μΩm、***±***μm,1100℃高温氧化持续 100 小时，氧化增量≤15g/m 2 。

b、非金属夹杂 A、B、C、D（粗系和细系）均小于≤*** 级。

c、锭坯表面缺陷≤***，无皮下夹杂、皮下气泡、皮下裂纹、中心裂纹和中间裂纹，中心偏析和中心疏松≤*** 级。

期望实现的主要技术目标

主要研究内容：

1）耐高温电热合金抗高温氧化机理；

2）FeCrAl凝固和降温过程相变行为、析出物析出行为及塑性行为；

3）高铝高稀土合金浇铸水口堵塞机理及调控机制；

4）不同电阻元件用高温合金材料分级设计。

2、重大关键生产技术研究

研究目标：

研发FeCrAl电热合金熔炼、浇铸、热轧、冷加工生产关键技术，稳定生产

满足不同用途电阻元件用系列FeCrAl高温合金产品，产品成分、洁净度、组织、

性能、尺寸公差控制等均达到国际先进水平。

主要研究内容：

在基础研究的支撑下，重大关键生产技术研究是针对耐高温电热合金材料

生产过程中出现的各种疑难问题而展开的生产和试验研究，主要研究内容为：

1）FeCrAl 电热合金稀土合金化技术及窄成分熔炼技术研究；

2）超纯净 FeCrAl电热合金生产技术研究；

3）高铝高稀土合金浇铸技术研究；

4）FeCrAl 铸坯热送及加热和轧制技术研究。

3、耐高温电热元件用耐高温电热合金生产与产业链构建主要内容

1)耐高温电热元件用耐高温电热合金生产技术集成及合金基地建设，通过基础研究和关键共性技术研究所得到的研究成果，最终在江苏明璐不锈钢有限公司建成电热合金生产基地或特种不锈钢生产基地。

2)通过工业化生产应用，开发高温电热合金材料系统技术集成，并与下游用户进行全产业链的创新研发，开发抗高温、抗腐蚀的高端电热合金材料。

3)通过项目建设，不仅完成材料研究、标准制订、合金生产和应用基地建设，更重要的是建立创新团队和创新机制，从而为下步功能合金开发奠定基础

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-12-02

夏文汇

重庆西南大学

教授

综合评价

此需求描述基本清晰，专家初步了解后可以进行跟进。此需求若能突破，将解决电热合金问题。可寻求相关领域的专家协助进行开发，利用专家的技术、资源 等提供设计思路，企业根据思路进行试制，双方进行产学研合作，共同解决问题。

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处理进度