EISEN-NICKEL-CHROM-SILIZIUM-LEGIERUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierung mit verbesserter Lebensdauer und Formstabilität.

[0002] Austenitische Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierungen mit unterschiedlichen Nickel-, Chrom- und Siliziumgehalten werden seit langen als Heizleiter im Temperaturbereich bis zu 1100°C genutzt. Für die Verwendung als Heizleiterlegierung ist diese Legierungsgruppe in der DIN 17470 (Tabelle 1) und der ASTM B344-83 (Tabelle 2) genormt. Zu dieser Norm gibt es eine Reihe von kommerziell verfügbaren Legierungen, die in Tabelle 3 aufgelistet sind.

[0003] Der starke Anstieg des Nickelpreises in den letzten Jahren lässt den Wunsch aufkommen, Heizleiterlegierungen mit möglichst niedrigen Nickelgehalten einzusetzen. Dabei entsteht insbesondere der Wunsch die hochnickelhaltigen Varianten NiCr8020, NiCr7030 und NiCr6015 (Tabelle 1), die sich durch besonders vorteilhafte Eigenschaften auszeichnen, durch Materialien mit reduziertem Nickelgehalt zu ersetzen, ohne allzu große Einbußen in der Leistungsfähigkeit der Werkstoffe hinnehmen zu müssen.

[0004] Generell ist zu bemerken, dass die Lebensdauer und die Einsatztemperatur der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Legierungen mit zunehmendem Nickelgehalt steigen. Alle diese Legierungen bilden eine Chromoxidschicht (Cr₂O₃), mit einer darunter liegenden, mehr oder weniger geschlossenen, SiO₂-Schicht. Geringe Zugaben von stark Sauerstoff affinen Elementen wie Ce, Zr, Th, Ca, Ta (Pfeifer/ Thomas, Zunderfeste Legierungen 2. Auflage, Springer Verlag 1963, Seiten 258 und 259) erhöhen die Lebensdauer, wobei in dem zitierten Fall lediglich der Einfluss eines einzelnen Sauerstoff affinen Elementes untersucht, aber keine Angaben über die Wirkung einer Kombination derartiger Elemente gemacht wurden. Der Chromgehalt wird im Verlauf des Einsatzes eines Heizleiters zum Aufbau der schützenden Schicht langsam verbraucht. Deshalb wird durch einen höheren Chromgehalt die Lebensdauer erhöht, da ein höherer Gehalt des die Schutzschicht bildenden Elementes Chrom den Zeitpunkt hinauszögert, an dem der Cr-Gehalt unter der kritischen Grenze ist und sich andere Oxide als Cr₂O₃ bilden, was z.B. eisenhaltige Oxide sind.

[0005] Durch die EP=A 0 531 775 ist eine hitzebeständige warm verformbare austenitische Nickel-Legierung folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) bekannt geworden:

C	0,05-0,15 %
Si	2,5-3,0 %
Mn	0,2-0,5 %
P	max. 0,015 %
S	max. 0,005 %
Cr	25-30 %
Fe	20-27 %
Al	0,05-0,15 %
Cr	0,001-0,005 %
SE	0,05-0,15 %
N	0,05-0,20 %
Rest Ni und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

[0006] In der EP-A 0 386 730 wird eine Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit sehr guter Oxidationsbeständigkeit und Warmfestigkeit beschrieben, wie sie für fortgeschrittene Heizleiteranwendungen erwünscht sind, die von der bekannten Heizleiterlegierung NiCr6015 ausgeht und bei der durch aufeinander abgestimmte Modifikationen der Zusammensetzung erhebliche Verbesserungen der Gebrauchseigenschaften erzielt werden konnte. Die Legierung unterscheidet sich vom bekannten Werkstoff NiCr6015 insbesondere dadurch, dass die Seltenerdmetalle durch Yttrium ersetzt sind, dass sie zusätzlich Zirkon und Titan enthält, und dass der Stickstoffgehalt auf die Gehalte an Zirkon und Titan in besonderer Weise abgestimmt ist.

[0007] Der WO-A 2005/031018 ist eine austenitische Fe-Cr-Ni-Legierung zum Einsatz im Hochtemperaturbereich zu entnehmen, die im Wesentlichen folgende chemische Zusammensetzung (in Gew.-%) aufweist:

Ni	38-48 %
Cr	18-24 %
Si	1,0-1,9 %
C	<0,1 %
Fe	Rest.

[0008] Bei freihängenden Heizelementen besteht neben der Forderung nach einer hohen Lebensdauer auch die Forderung nach einer guten Formstabilität bei der Anwendungstemperatur. Ein zu starkes Absacken der Wendel (Sagging) während des Betriebes hat einen ungleichmäßigen Abstand der Windungen mit einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung zur Folge, wodurch die Lebensdauer verkürzt wird. Um dies auszugleichen wären mehr Unterstützungspunkte für die Heizwendel erforderlich, was die Kosten erhöht. Das heißt, dass das Heizleitermaterial eine ausreichend gute Formstabilität bzw. Kriechbeständigkeit haben muss.

[0009] Die im Bereich der Anwendungstemperatur die Formstabilität beeinträchtigenden Kriechmechanismen (Versetzungskriechen, Korngrenzengleiten oder Diffusionskriechen) werden alle bis auf das Versetzungskriechen durch eine große Korngröße in Richtung größerer Kriechbeständigkeit beeinflusst. Das Versetzungskriechen hängt nicht von der Korngröße ab. Die Erzeugung eines Drahtes mit großer Korngröße erhöht die Kriechbeständigkeit und damit die Formstabilität. Bei allen Betrachtungen sollte deshalb auch die Korngröße als wichtiger Einflussfaktor mit berücksichtigt werden.

[0010] Weiterhin wichtig für ein Heizleitermaterial ist ein möglichst hoher spezifischer elektrischer Widerstand und eine möglichst geringe Änderung des Verhältnisses Warmwiderstand/Kaltwiderstand mit der Temperatur (Temperaturkoeffizient ct).

[0011] Die Varianten mit niedrigerem Nickelgehalt NiCr3020 oder 35Ni, 20Cr (Tabelle 1 bzw. Tabelle 2), die sich durch deutlich geringere Kosten auszeichnen, erfüllen insbesondere die Anforderungen an die Lebensdauer nur unzureichend.

[0012] Die Aufgabe besteht also darin, eine Legierung zu konzipieren, die bei deutlich geringerem Nickelgehalt als NiCr6015 und damit erheblich geringeren Kosten

a) eine hohe Oxidationsbeständigkeit und eine damit einhergehende hohe Lebensdauer

b) eine ausreichend gute Formstabilität bei der Anwendungstemperatur

c) einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand in Verbindung mit einer möglichst geringen Änderung des Verhältnisses Warmwiderstand/Kaltwiderstand mit der Temperatur (Temperaturkoeffizient ct) hat.

[0013] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierung, mit (in Gew.-%) 34 bis 42 % Nickel, 18 bis 26 % Chrom, 1,0 bis 2,5 % Silizium und Zugaben von 0,05 bis 1 % Al, 0,01 bis 1 % Mn, 0,01 bis 0,26 % Lanthan, 0,0005 bis 0,05 % Magnesium, 0,01 bis 0,14 % Kohlenstoff, 0,01 bis 0,14 % Stickstoff, max. 0,01 % Schwefel, max. 0,005 % B, Rest Eisen und den üblichen verfahrensbedingten Verunreinigungen.

[0014] Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

[0015] Diese Legierung hat durch ihre besondere Zusammensetzung eine höhere Lebensdauer als die Legierungen nach dem Stand der Technik mit den gleichen Nickel- und Chromgehalten. Zusätzlich lässt sich eine erhöhte Formstabilität bzw. ein geringeres Sagging als die Legierungen nach dem Stand der Technik mit 0,04 bis 0,10 % Kohlenstoff erreichen.

[0016] Der Spreizungsbereich für das Element Nickel liegt zwischen 34 und 42 %, wobei in Abhängigkeit vom Einsatzfall Nickelgehalte wie folgt gegeben sein können:

• 34-39%
• 34-38%
• 34-37%
• 37-38%.

[0017] Der Chromgehalt liegt zwischen 18 und 26%, wobei auch hier, je nach Einsatzbereich der Legierung, Chromgehalte wie folgt gegeben sein können:

• 20-24%
• 21-24%.

[0018] Der Siliziumgehalt liegt zwischen 1,0 und 2,5 %, wobei, abhängig vom Anwendungsbereich, definierte Gehalte innerhalb des Spreizungsbereiches eingestellt werden können:

• 1,5-2,5%
• 1,0-1,5%
• 1,5-2.0%
• 1,7-2,5%
• 1,2-1,7%
• 1,7-2,2%
• 2,0-2,5%.

[0019] Das Element Aluminium ist als Zugabe vorgesehen und zwar in Gehalten von 0,05 bis 1 %. Bevorzugt kann es auch wie folgt in der Legierung eingestellt werden:

• 0,1-0,7%.

[0020] Gleiches gilt für das Element Mangan, das mit 0,01 bis 1 % der Legierung zugegeben wird. Alternativ ist auch folgender Spreizungsbereich denkbar:

• 0,1-0,7%.

[0021] Der Erfindungsgegenstand geht bevorzugt davon aus, dass sich die in den Beispielen angegebenen Werkstoffeigenschaften im Wesentlichen mit der Zugabe des Elements Lanthan in Gehalten von 0,01 bis 0,26 % einstellen. Je nach Anwendungsbereich können auch hier definierte Werte in der Legierung eingestellt werden:

• 0,01-0,2%
• 0,02-0,15%
• 0,04-0,15%.

[0022] Dies gilt in gleicher Weise für das Element Stickstoff, das in Gehalten zwischen 0,01 und 0,14 % zugegeben wird. Definierte Gehalte können wie folgt gegeben sein:

• 0,02-0,10%
• 0,03-0,09%.

[0023] Kohlenstoff wird der Legierung in gleicher Weise zugegeben, und zwar in Gehalten zwischen 0,01 und 0,14 %. Konkret können Gehalte wie folgt in der Legierung eingestellt werden:

• 0,04-0,14%
• 0,04-0,10%.

[0024] Auch Magnesium zählt zu den Zugabeelementen in Gehalten 0,0005 bis 0,05 %. Konkret besteht die Möglichkeit, dieses Element wie folgt in der Legierung einzustellen:

• 0,001-0,05%
• 0,008-0,05%.

[0025] Die Elemente Schwefel und Bor können in der Legierung wie folgt gegeben sein:

Schwefel	max, 0,01 %, vorzugsweise max. 0,005 %
Bor	max. 0,005 %, vorzugsweise max. 0,003 %.

[0026] Die Legierung kann des Weiteren Kalzium in Gehalten zwischen 0,0005 und 0,07 %, insbesondere 0,001 bis 0,05 % oder 0,01 bis 0,05 %, beinhalten.

[0027] Sofern die Wirksamkeit des reaktiven Elementes Lanthan allein nicht ausreichen sollte, um die in der Aufgabenstellung dargelegten Werkstoffeigenschaften zu erzeugen, kann die Legierung des Weiteren mindestens eines der Elemente Ce, Y, Zr, Hf, Ti mit einem Gehalt von 0,01 bis 0,3 % enthalten, die bedarfsweise auch definierte Zugaben sein können.

[0028] Zusätze von Sauerstoff affinen Elementen wie La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti verbessern die Lebensdauer. Sie tun dies, indem sie in die Oxidschicht mit eingebaut werden und dort auf den Korngrenzen die Diffusionswege des Sauerstoffs blockieren. Die Menge der für diesen Mechanismus zur Verfügung stehenden Elemente muss deshalb auf das Atomgewicht normiert werden, um die Mengen unterschiedlicher Elemente untereinander vergleichen zu können.

[0029] Das Potential der wirksamen Elemente (PwE) wird deshalb zu


definiert, wobei E das betreffende Element und X_E der Gehalt des betreffenden Elementes in Prozent ist.

[0030] Wie bereits angesprochen, kann die Legierung 0,01 bis 0,3 % jeweils eines oder mehrerer der Elemente La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti beinhalten, wobei die


insbesondere ≤ 0,36 (bei 0,01 bis 0,2 % des gesamten Elements) ist, worin PwE dem Potential der wirksamen Elemente entspricht.

[0031] Alternativ besteht bei Vorhandensein mindestens eines der Elemente La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti in Gehalten von 0,02 bis 0,10 % die Möglichkeit, dass die Summe PwE =
1,43 X_ce + 1,49 · X_La + 2,25 X_Y +2,19 · X_zr +1,12 X_Hf + 4,18 · X_Ti kleiner gleich 0,36 ist, worin PwE dem Potential der wirksamen Elemente entspricht.

[0032] Die Legierung kann darüber hinaus einen Phosphorgehalt zwischen 0,001 bis 0,020%, insbesondere von 0,005 bis 0,020 % aufweisen.

[0033] Des Weiteren kann die Legierung zwischen 0,01 bis 1,0 % jeweils eines oder mehrerer der Elemente Mo, W, V, Nb, Ta, Co enthalten, die darüber hinaus noch wie folgt eingeschränkt werden können:

• 0,01 bis 0,2 %
• 0,01 bis 0,06 %.

[0034] Schließlich können an Verunreinigungen noch die Elemente Kupfer, Blei, Zink und Zinn in Gehalten wie folgt gegeben sein:

Cu	max. 1,0 %
Pb	max. 0,002 %
Zn	max. 0,002 %
Sn	max. 0,002 %.

[0035] Die erfindungsgemäße Legierung soll für den Einsatz in elektrischen Heizelementen verwendet werden, insbesondere in elektrischen Heizelementen, die eine hohe Formstabilität und ein geringes Sagging erfordern.

[0036] Ein konkreter Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Legierung ist der Einsatz im Ofenbau.

[0037] Anhand der nachfolgenden Beispiele wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert.

Beispiele:

[0038] Die Tabellen 1 bis 3 spiegeln - wie bereits eingangs angeführt - den Stand der Technik wider.

[0039] In den Tabellen 4a und 4b sind großtechnisch erschmolzene Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierungen nach dem Stand der Technik T1 bis T7, eine im Labormaßstab erschmolzene Legierung nach dem Stand der Technik T8 und mehrere im Labormaßstab erschmolzene erfindungsgemäße Versuchslegierungen V771 bis V777, V1070 bis V1076, V1090 bis V1093 zur Optimierung der Legierungszusammensetzung dargestellt.

[0040] Bei den im Labormaßstab erschmolzenen Legierungen T8, V771-V777, V1070-V1076, V1090 - V1093 wurde aus dem in Blöcken abgegossenen Material mittels Warmwalzen, Kaltziehen und passenden Zwischen- bzw. Endglühungen ein weich geglühter Draht mit dem Durchmesser 1,29 mm hergestellt.

[0041] Bei den großtechnisch erschmolzenen Legierungen T1-T7 wurde aus der großtechnischen Fertigung ein betrieblich gefertigtes und weich geglühtes Muster mit dem Durchmesser 1,29 mm entnommen. Für den Lebensdauertest wurde eine kleinere Teilmenge des Drahtes jeweils im Labormaßstab bis an 0,4 mm gezogen.

[0042] Für Heizleiter in Form von Draht sind beschleunigte Lebensdauertests zum Vergleich von Werkstoffen untereinander zum Beispiel mit den folgenden Bedingungen möglich und üblich:

[0043] Der Heizleiter-Lebensdauertest wird an Drähten mit dem Durchmesser 0,40 mm durchgeführt. Der Draht wird zwischen 2 Stromzuführungen im Abstand von 150 mm eingespannt und durch Anlegen einer Spannung bis auf 1150°C erhitzt. Die Erhitzung auf 1150°C erfolgt jeweils für 2 Minuten, dann wird die Stromzufuhr für 15 Sekunden unterbrochen. Am Ende der Lebensdauer versagt der Draht dadurch, dass der restliche Querschnitt durchschmilzt. Die Brenndauer ist die Addition der "an"-Zeiten während der Lebensdauer des Drahtes. Die relative Brenndauer tb ist die Angabe in % bezogen auf die Brenndauer einer Referenzcharge.

[0044] Für die Untersuchung der Formstabilität wird in einem Saggingtest das Absenkungsverhalten (Sagging) von Heizwendeln bei der Anwendungstemperatur untersucht. Hierbei wird an Heizwendeln das Absacken der Wendeln von der Waagerechten nach einer bestimmten Zeit erfasst. Je geringer die Absackung, desto größer ist die Formstabilität bzw. Kriechbeständigkeit des Materials.

[0045] Für diesen Versuch wird weich geglühter Draht mit dem Durchmesser 1,29 mm zu Spiralen mit dem Innendurchmesser 14 mm gewickelt Insgesamt werden für jede Charge 6 Heizwendeln mit jeweils 31 Windungen hergestellt. Alle Heizwendeln werden zu Versuchsbeginn auf eine einheitliche Ausgangstemperatur von 1000°C geregelt. Die Temperatur wird mit einem Pyrometer bestimmt. Der Versuch wird mit einem Schaltzyklus von 30 s "an" / 30 s "aus" bei konstanter Spannung durchgeführt. Nach 4 Stunden wird der Versuch beendet. Nach Abkühlung der Heizwendeln wird die Absackung der einzelnen Windungen aus der Waagerechten gemessen und der Mittelwert der 6 Werte gebildet. Diese Werte (mm) sind in Tabelle 4b eingetragen.

[0046] In Tabelle 4a und 4b sind Beispiele für die Legierungen gemäß Stand der Technik T1 bis T7 aufgelistet. T1 und T2 sind Legierungen mit ca. 30 % Nickel, ca. 20 % Cr und ca. 2 % Si. Sie enthalten Zugaben von seltenen Erden (SE) in diesem Fall Cer-Mischmetall, was bedeutet, dass SE aus ca. 60 % Ce, ca. 35 % La und der Rest Pr und Nd besteht. Die relative Brenndauer beträgt 24 % bzw. 35 %.

[0047] Das Beispiel T3 ist eine Legierung mit ca. 40 % Nickel, ca. 20 % Cr und ca. 1,3 % Si. Sie enthält Zugaben von seltenen Erden (SE) in diesem Fall Cer-Mischmetall, was bedeutet, dass SE ca. 60 % Ce, ca. 35 % La und der Rest Pr und Nd ist. Die relative Brenndauer liegt bei 72 %.

[0048] Die Beispiele T4 bis T7 sind Legierungen mit ca. 60 % Nickel, ca. 16 % Cr und ca. 1,2 - 1,5 % Si. Sie enthalten Zugaben von seltenen Erden (SE) in diesem Fall Cer-Mischmetall, was bedeutet, dass SE ca. 60 % Ce, ca. 35 % La und der Rest Pr und Nd ist. Die relative Brenndauer liegt im Bereich von etwa 100 bis 130 %.

[0049] Des Weiteren enthalten die Tabellen 4a und 4b eine Reihe von im Labormaßstab erschmolzene Legierungen. Die im Labormaßstab erschmolzene Legierung nach dem Stand der Technik T8 ist eine Legierung mit 36,2 % Nickel, 20,8 % Cr und 1,87 % Si.

[0050] Sie enthält wie die großtechnisch hergestellten Legierungen T1-T7 Zugaben von seltenen Erden (SE) in Form von Cer-Mischmetall, was bedeutet, dass SE ca. 60 % Ce, ca. 35 % La und der Rest Pr und Nd ist und wurde, abgesehen vom Ni-, Cr-, und Si-Gehalt, nach den gleichen Vorgaben wie die großtechnischen Chargen erschmolzen. Die Chargen nach dem Stand der Technik T1 bis T8 sind damit unmittelbar vergleichbar. Die relative Brenndauer von T8 beträgt 53 %.

[0051] Bei den im Labormaßstab erschmolzenen erfindungsgemäßen Versuchslegierungen V771 bis V777, V1070 bis V1076, V1090 bis V1093 beträgt der Ni-Gehalt ca. 36 %, der Cr-Gehalt ca. 20 % und der Si-Gehalt ca. 1,8 %. Variiert wurden die Zugaben an Ce, La, Y, Zr, Hf, Ti, Al, Ca, Mg C, N. Diese Chargen lassen sich deshalb unmittelbar mit den Legierungen nach dem Stand der Technik T8 vergleichen, die damit als Referenzlegierung für die Optimierung dient.

[0052] Die Zugabe von Ce und La in V771 bis V777, V1070, V1071 und V1076 erfolgt durch eine Zugabe von Cer-Mischmetall. Diese Chargen enthalten deshalb neben Ce und La noch geringfügige Mengen an Pr und Nd, die aber wegen Ihrer geringfügigen Mengenanteile nicht explizit in Tabelle 4a aufgeführt worden sind.

[0053] Wie schon erwähnt verbessern Zusätze von Sauerstoff affinen Elementen die Lebensdauer. Sie tun dies, indem sie in die Oxidschicht mit eingebaut werden und dort auf den Korngrenzen die Diffusionswege des Sauerstoffs blockieren. Die Menge der für diesen Mechanismus zur Verfügung stehenden Elemente muss deshalb auf das Atomgewicht normiert werden, um die Mengen unterschiedlicher Elemente untereinander vergleichen zu können.

[0054] Das Potential der wirksamen Elemente PwE wird deshalb zu

definiert, wobei E das betreffende Element und X_E der Gehalt des betreffenden Elementes in % ist.

[0055] Abb. 1 zeigt eine grafische Darstellung der relative Brenndauer tb und des Potentials PwE für die in den Tabellen 4a und 4b angegebenen verschiedenen Legierungen. Bereich A: Üblicher Gehalt an wirksamen Elementen, Bereich B: möglicher Gehalt an wirksamen Elementen, Bereich C: zu hoher Gehalt an wirksamen Elementen.

[0056] Beim Vergleich von T6 mit T7 fällt auf, dass der Gehalt an SE gleich ist, T7 allerdings trotz einer leicht größeren Lebensdauer einen kleineren Gehalt an Ca und Mg hat. Bei Anwesenheit von SE bzw. Ce oder La scheinen Ca und Mg nicht mehr zu den wirksamen Elementen zu gehören. Da in den Laborschmelzen ohne SE bzw. Ce oder La Ca bzw. Mg immer kleiner gleich 0,001 % ist, werden diese beiden Elemente nicht in das Potential der wirksamen Elemente einbezogen.

[0057] Die Addition für das Potential der wirksamen Elemente PwE ist deshalb über Ce, La, Y, Zr, Hf und Ti ausgeführt worden. Ist keine Angabe für Ce und La vorhanden, sondern auf Grund der Zugabe von Cer-Mischmetall nur die pauschale Angabe SE gegeben, so wird für die Berechnung von PwE Ce = 0,6 SE und La = 0,35 SE angenommen.

[0058] Bei den Legierungen nach dem Stand der Technik T1 bis T8 liegt PwE zwischen 0,11 (T2 und T4) und 0,15 (T6 und T7). Die Legierung nach dem Stand der Technik T8, die zugleich die Referenzlegierung für die Versuchsschmelzen ist, hat einen PwE von 0,12.

[0059] Die Versuchsschmelzen V1090 und V1072, bei denen kein Cer-Mischmetall, d. h. kein Ce und La zugegeben wurde, sondern stattdessen Y, zeigen eine geringere relative Brenndauer als T8, obwohl V1090 mit 0,10 ein leicht geringeres PwE, dafür aber V1072 mit 0,18 ein höheres PwE hat. Y scheint nicht so gut zu wirken wie Ce und/oder La, so dass ein Ersatz von SE durch Y zu einer Verschlechterung gegenüber dem Stand der Technik führt. Durch weitere Zugaben von Zr und Ti (V1074) bzw Zr und Hf (V1092, V1073, V1091, V1093) in unterschiedlichen Mengenanteilen ist es gelungen, die Lebensdauer von T8 wieder zu erreichen. Dafür war aber in allen Fällen ein PwE von größer 0,28 erforderlich (0,28 für V1092 und V1073; 0,50 für V1074; 0,33 für V1091 und 0,42 für V1093). Dies erhöht die Kosten durch einen höheren Bedarf an teuren Sauerstoff affinen Elementen und ist deshalb kein vorteilhafter Weg.

[0060] Die Versuchsschmelzen V771 bis V777, V1070, V1071 sind alle mit Cer-Mischmetall erschmolzen worden, V1075 enthält nur La. Die Versuchsschmelzen V1075 und V777 erreichten von diesen Versuchsschmelzen die höchste relative Brenndauer von ca. 70 %. Das PwE von V777 ist mit 0,36 deutlich größer als in V1075 mit 0,20, das an der Grenze des PwE der Legierungen nach dem Stand der Technik liegt. Hierdurch wird ersichtlich, dass eine hohe Menge an Sauerstoff affinen Elementen nicht ausschlaggebend ist, um eine hohe relative Brenndauer zu erreichen, sondern es viel wichtiger ist, definierte Sauerstoff affine Elemente zuzufügen. Eine ähnlich gute relative Brenndauer ist mit V777 mit einer Kombination von 0,06% Ce, 0,02 % La, 0,03 % Zr und 0,04 % Ti erreicht worden. Allerdings wird dafür ein weitaus größeres PwE von 0,36 benötigt als bei V1075. Für V772 ist die relative Brenndauer leicht niedriger als bei V1075 und V777, obwohl die gleiche Menge La wie in V1075 enthalten ist. PwE ist mit 0,53 sehr hoch. Ein zu hoher Gehalt an Sauerstoff affinen Elementen führt zu verstärkter innerer Oxidation und damit im Endeffekt zu einer Verkürzung der relativen Brenndauer. Eine deutliche Überschreitung eines PwE von 0,36 erscheint damit nicht sinnvoll zu sein. V771 hat mit 0,23 einen nur wenig größeren PwE wie V1075, allerdings eine deutlich geringere relative Brenndauer. In V771 besteht ein Großteil der Sauerstoff affinen Elemente aus Ce und nur der kleinere Teil aus La. Demnach scheint es so, dass La als Brenndauer verbessernder Zusatz sehr viel wirksamer ist als Ce. Dies kann anscheinend auch nicht durch eine starke Erhöhung sowohl von Ce auf 0,17 % als auch von La auf 0,08 % ausgeglichen werden, wie V773 mit einer fast gleichen relativen Brenndauer von 58 % zeigt bei einem erhöhtem PwE von 0,36. Dies bestätigt die schon vorher getroffene Aussage dass ein PwE von deutlich größer als 0,36 nicht sinnvoll ist. Aber auch bei einem PwE von 0,22 wie bei V776 mit einer relativen Brenndauer von 59 % scheint eine Kombination von Ce = 0,06 % und La = 0,02 % und Zr = 0,05 % nicht so wirksam, wie die Zugabe von nur La bei V1075, was bedeutet, dass auch Zr nicht so wirksam ist wie La. Das Gleiche gilt für eine zusätzlich Zugabe von Y zu Ce und La, wie V774 (PwE = 0,28) zeigt und eine Kombination von Ce, La, Zr und Hf, wie V1070 (PwE = 0,19) zeigt. Eine Erhöhung von PwE um das 1,7-fache auf 0,32 für die Kombination Ce, La, Zr und Hf bringt nur eine Verlängerung der relativen Brenndauer um das 1,15-fache bei V1076, was wiederum zeigt, das zu hohe PwEs nicht mehr so wirksam sind. Dies wird noch einmal deutlich bei dem Vergleich von V1071 mit V777. V1071 hat den gleichen Gehalt an Ce, La, Zr, wie V777, nur einen deutlich höheren Ti-Gehalt, was ein PwE von 0,44 bedeutet und eine im Vergleich zu V777 deutlich herabgesetzte Brenndauer von nur 49 %. V775 mit 0,07 % Ce und 0,03 % La, 0,05 % Y und 0,03 % Hf mit einer PwE von 0,30 hat nur eine relative Brenndauer von 46 %, was zeigt, dass zusätzliche Gaben von Y und Zr zu Ce und La nicht so wirksam sind.

[0061] Abbildung 2 ist eine graphische Darstellung von relativer Brenndauer und PwE zur Verdeutlichung des vorher Beschriebenen. Abbildung 2 zeigt die relative Brenndauer der Legierungen T1 bis T8 nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit vom Nickel-Gehalt. Die Geraden begrenzen das Streuband in der relativen Brenndauer, in das die Legierungen nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit vom Nickelgehalt fallen. Zusätzlich eingezeichnet ist die Versuchslegierung V1075 mit der Zugabe von dem am besten wirkenden Element La. Ihre Lebensdauer liegt deutlich oberhalb des Streubandes.

[0062] In Tabelle 4b ist das Sagging zusammen mit der Korngröße der Drähte zusammengefasst. Die Legierungen nach dem Stand der Technik T1 bis T8 zeigen ein Sagging zwischen 4,5 und 6,2 mm bei vergleichbaren Korngrößen zwischen 20 und 25 µm.

[0063] Abbildung 3 zeigt eine Auftragung über den Nickelgehalt. Dieser scheint aber für das Sagging nicht bestimmend zu sein.

[0064] Abbildung 4 zeigt eine Auftragung der Legierungen T1 bis T8 und der Versuchslegierungen über den C-Gehalt. Da die Versuchslegierungen unterschiedliche Korngrößen haben, wurden sie in 2 Klassen aufgeteilt: Korngrößen von 19 bis 26 µm und Korngrößen von 11 bis 16 µm. Die Legierungen T1 bis T8 und die Versuchslegierungen mit einer Korngröße von 19 µm bis 26 µm, die vergleichbare Korngrößen haben, zeigen alle ein ähnliches Sagging im Bereich von 4,5 bis 6,2 mm. Die Versuchslegierungen, die eine Korngröße von 11 bis 16 µm und einem Kohlenstoffgehalt kleiner als 0,042 % haben zeigen ein größeres Sagging von ca. 8 mm, wie es auf Grund der kleineren Korngröße zu erwarten ist. Die Versuchslegierungen mit einer Korngröße von 11 bis 16 µm und einem Kohlenstoffgehalt von größer 0,044 % zeigen unerwarteterweise ein geringeres Sagging von 2,8 bis 5 mm.

[0065] Abbildung 5 zeigt eine Auftragung der Legierungen T1 bis T8 und der Versuchsschmelzen über den N-Gehalt. Die Legierungen T1 bis T8 und die Versuchslegierungen mit einer Korngröße von 19 µm bis 26 µm, die alle vergleichbare Korngrößen haben, zeigen eine Verringerung des Sagging mit steigendem N-Gehalt. Die Versuchslegierungen, die eine Korngröße von 11 bis 16 µm und einen N-Gehalt kleiner als 0,010 % haben, zeigen, wie auf Grund der Korngröße zu erwarten ist, ein größeres Sagging als alle Legierungen mit einer Korngröße von 19 bis 26 µm. Die Versuchslegierungen mit einer Korngröße von 11 bis 16 µm und einem KohlenstoffGehalt von größer 0,044 %, die auch zugleich einen Stickstoffgehalt größer als 0,045 % haben, zeigen unerwarteterweise ein gleiches bis geringeres Sagging als alle Legierungen mit einer Korngröße von 19 bis 26 µm.

[0066] Abbildung 6 zeigt eine Auftragung über der Summe C+N. Sie verdeutlicht noch einmal wie C+N zusammen das Sagging deutlich verringern. Die Legierungen T1 bis T8 und die Versuchslegierungen mit einer Korngröße von 19 µm bis 26 µm, die alle vergleichbare Korngrößen haben, zeigen eine Verringerung des Sagging mit steigendem C+N-Gehalt. Die Versuchslegierungen, die eine Korngröße von 11 bis 16 µm und einen C+N-Gehalt kleiner als 0,060 % haben, zeigen, wie auf Grund der Korngröße zu erwarten ist, ein größeres Sagging als alle Legierungen mit einer Korngröße von 19 bis 26 µm. Die Versuchslegierungen mit einer Korngröße von 11 bis 16 µm und einem C+N Gehalt von größer 0,09 %, bestehend aus eine Kohlenstoffgehalt größer 0,044 % und zugleich einen Stickstoffgehalt größer als 0,045 %, haben, zeigen unerwarteterweise ein gleiches bis geringeres Sagging als alle Legierungen mit einer Korngröße von 19 bis 26 µm.

[0067] Ein höherer C- bzw. N-Gehalt verringert also das Sagging so stark, dass der das Sagging erhöhende Effekt einer kleineren Korngröße nicht vollständig kompensiert wird. Die Versuchslegierungen sind alle einer Standardwärmebehandlung unterzogen worden.

[0068] Wie Tabelle 4b zeigt, entstehen insbesondere bei einem C-Gehalt größer 0,04 % kleinere Korngrößen. Bei Veränderung der Standardwärmebehandlung zu leicht höheren Temperaturen, bei der dann größere Korngrößen entstehen, kann bei diesen Legierungen mit einem C-Gehalt größer als 0,04% eine weitere Verminderung des Saggings erreichen werden.

[0069] Die Legierung V777 zeigt das geringste Sagging von allen Legierungen. Sie hat den höchsten C-Gehalt und einen N-Gehalt im oberen Drittel. Ein hoher C-Gehalt scheint demnach besonders wirksam bei der Verringerung des Saggings zu sein.

[0070] Nickelgehalte unterhalb von 34 % verschlechtern die Lebensdauer (relative Brenndauer), den spezifischen elektrischen Widerstand und den ct-Wert zu sehr. Deshalb ist 34 % die untere Grenze für den Nickelgehalt. Zu hohe Nickelgehalte verursachen auf Grund des hohen Nickelpreises höhere Kosten. Deshalb soll 42 % die obere Grenze für den Nickel-Gehalt sein.

[0071] Zu niedrige Cr-Gehalte bedeuten, dass die Cr-Konzentration zu schnell unter die kritische Grenze sinkt. Deshalb ist 18 % Cr die untere Grenze für Chrom. Zu hohe Cr-Gehalte verschlechtern die Verarbeitbarkeit der Legierung. Deshalb ist 26 % Cr die obere Grenze.

[0072] Die Bildung einer Siliziumoxidschicht unterhalb der Chromoxidschicht verringert die Oxidationsrate. Unterhalb von 1 % ist die Siliziumoxidschicht zu lückenhaft, um Ihre Wirkung voll zu entfalten. Zu hohe Si-Gehalte beeinträchtigen die Verarbeitbarkeit der Legierung. Deshalb ist ein Si-Gehalt von 2,5 % die obere Grenze.

[0073] Es ist ein Mindestgehalt von 0,01 % La notwendig, um die die Oxidationsbeständigkeit steigernde Wirkung des La zu erhalten. Die Obergrenze wird bei 0,26 % gelegt, was einem PwE von 0,38 entspricht. Größere Werte von PwE sind, wie in den Beispielen erläutert, nicht sinnvoll.

[0074] Al wird zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Legierung benötigt. Es ist deshalb ein Mindestgehalt von 0,05 % notwendig. Zu hohe Gehalte wiederum beeinträchtigen die Verarbeitbarkeit. Der Al-Gehalt ist deshalb auf 1 % beschränkt.

[0075] Es ist ein Mindestgehalt von 0,01 % C für eine gute Formstabilität bzw. ein geringes Sagging notwendig. C wird auf 0,14 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit und die Verarbeitbarkeit reduziert.

[0076] Es ist ein Mindestgehalt von 0,01 % N für eine gute Formstabilität bzw. ein geringes Sagging notwendig. N wird auf 0,14 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit und die Verarbeitbarkeit reduziert.

[0077] Für Mg ist ein Mindestgehalt von 0,0005 % erforderlich, da hierdurch die Verarbeitbarkeit des Werkstoffs verbessert wird. Der Grenzwert wird bei 0,05 % festgelegt, um den positiven Effekt dieses Elements nicht aufzuweichen.

[0078] Die Gehalte Schwefel und Bor sollten so gering wie möglich gehalten werden, da diese grenzflächenaktiven Elemente die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigen. Es werden deshalb max. 0,01 % S und max. 0,005 % B festgelegt.

[0079] Kupfer wird auf max. 1 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.

[0080] Pb wird auf max. 0,002 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. Das Gleiche gilt für Sn.

[0081] Es ist ein Mindestgehalt von 0,01 % Mn zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit notwendig. Mangan wird auf 1 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert.

Tabelle 1 Legierungen nach DIN 17470 und 17742 (Zusammensetzung von NiCr8020, NiCr7030, NiCr6015). Alle Angaben in Gew.-%

	W-Nr.	Cr	Ni+Co *)	Fe	Al	Si	Mn	C	Cu	P	S	ρ (µΩm) 20°C	ρ (µΩm) 900°C
NiCr8020	2.4869	19-21	>75	<1,0	<0,3	0,5-2,0	<1,0	<0,15	<0,5	<0,020	<0,015	1,12(1,08)	1,14
NiCr7030	2.4658	29-32	>60	<5,0	<0,3	0,5-2,0	<1,0	<0,10	<0,5	<0,020	<0,015	1,19(1,16)	1,24
NiCr6015	2.4867	14-19	>59	18-25	<0,3	0,5-2,0	<2,0	<0,15	<0,5	<0,020	<0,015	1,13(1,11)	1,23
NiCr3020	1.4860	20-22	28,0-31,0	Rest		2,0-3,0	<1, 5	<0,2		<0,04 5	<0,03	1,02	1,28
NiCr2520	1.4843	22-25	19,0-22,0	Rest		1,5-2,5	<2, 0	<0,2		<0,04 5	<0,03	0,95	1,24

*) max. Co 1,5%

Tabelle 2: Legierungen nach ASTM B 344-83. Alle Angaben in Gew.-%

	Cr	Ni + Co *)	Fe	Si	Mn	C	S	ρ (µΩm)	ct (bei 871°C)
80Ni,20Cr	19-21	Rest	<1,0	0,75-1,75	<1,0	<0,15	<0,01	1,081	1,008
60Ni, 16Cr	14-18	>57		0,75-1,75	<1,0	<0,15	<0,01	1,122	1,073
35Ni, 20Cr	18-21	34 - 37	Rest	1,0-3,0	<1,0	<0,15	<0,01	1,014	1,214

Tabelle 4a: Relative Brenndauer tb und Zusammensetzung von Versuchschargen (ChargenNr. beginnt mit V) und Chargen nach dem Stand der Technik (T1 bis T8). Alle Angaben in Gew.-%. SE = Summe (Ce, La, Pr, Nd). Wenn keine Angaben für Ce oder La vorliegen aber eine Angabe für sE wurde anstelle von Ce zu 0,6 *sE und La zu 0,35* sE gesetzt. Chg = Charge.

Variante	Chg	Tb in %	Ni	Cr	Si	Al	Mn	sE	Ce	La	Zr	Y	Hf	Ti	Ca	Mg	PwE
Cronifer III	T1	24	30,7	20,3	2,05	0,05	0,34	0,10			<0,01			<0,01	0,001	<0,01	0,14
Cronifer III	T2	35	31,0	21,0	2,13	0,06	0,37	0,08			<0,01			<0,01	<0,001	<0,01	0,11
Ni40Cr20Si	T3	72	41,6	20,7	1,36	0,31	0,46	0,06			<0,01			0,01	0,024	0,005	0,13
Cronifer II	T4	97	59,2	16,2	1,23	0,30	0,30	0,08			<0,01			0,01	0,043	0,014	0,11
Cronifer II	T5	106	59,5	16,1	1,5	0,22	0,25	0,05			0,01			0,01	0,026	0,01	0,14
Cronifer II	T6	122	59,1	16,2	1,41	0,28	0,26	0,06			0,01			0,01	0,033	0,011	0,15
Cronifer II	T7	128	59,4	16,1	1,26	0,30	0,29	0,06			0,01			0,01	0,027	0,006	0,15
Ni36Cr20Si	T8	53	36,2	20,8	1,87	0,03	0,43	0,08	0,06	0,02	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01	0,006	0,0004	0,12
Ni36Cr20SiSE	V771	56	35,2	20,6	1,79	0,05	0,45		0,12	0,04		<0,01	<0,01		0,0003	0,0004	0,23
Ni36Cr20SiSE	V772	61	34,0	20,3	1,82	0,15	0,48		0,25	0,12		<0,01	<0,01		0,0001		0,53
Ni36Cr20SiSE	V773	58	35,4	20,3	1,82	0,13	0,47		0,17	0,08		<0,01	<0,01		0,0001		0,36
Ni36Cr20SiSEY	V774	59	35,8	19,3	1,76	0,08	0,35		0,09	0,04		0,04	<0,01		0,0001		0,28
Ni36Cr20SiSEYHf	V775	46	34,7	19,4	1,81	0,06	0,36		0,07	0,03		0,05	0,03	<0,01	0,0001		0,30
Ni36Cr20SiSEZr	V776	59	35,9	20,7	1,76	0,08	0,37		0,06	0,02	0,05	<0,01	<0,01		0,0016	0,0003	0,22
Ni36Cr20SiSETiZr	V777	68	37,2	20,6	1,77	0,09	0,39		0,06	0,02	0,03	<0,01	<0,01	0,04	0,0001		0,36
Ni36Cr20SiSEZrHf	V1070	50	36,1	20,7	1,82	0,05	0,42		0,05	0,02	0,03	<0,01	0,02	<0,01	0,0022	0,0004	0,19
Ni36Cr20SiSEZrTi	V1071	49	36,1	20,9	1,85	0,04	0,43		0,06	0,02	0,03	<0,01	<0,01	0,07	0,0022	0,0003	0,44
Ni36Cr20SiY	V1072	37	34,8	22,1	1,78	0,04	0,43	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01	0,08	<0,01	<0,01	0,0002	0,0001	0,18
Ni36Cr20SiYZrHf	V1073	51	35,2	20,8	1,76	0,05	0,43	<0,01	<0,01	<0,01	0,05	0,07	0,02	<0,01	0,0002	0,0001	0,28
Ni36Cr20SiYZrTi	V1074	48	34,3	21,8	1,73	0,05	0,41	<0,01	<0,01	<0,01	0,04	0,07	<0,01	0,06	0,0002	0,0001	0,50
Ni36Cr20SiLa	V1075	69	36,2	20,5	1,78	0,05	0,41		<0,01	0,13	0,0001	<0,01	<0,01	0,004	0,0025	0,0002	0,20
Ni36Cr20SEZrHf	V1076	57	35,1	20,7	1,80	0,05	0,43		0,09	0,03	0,03	<0,01	0,08	<0,01	0,0043	0,0004	0,32
Ni36Cr20SiY	V1090	33	35,6	20,1	1,70	0,05	0,42	<0,01	<0,01	<0,01	<0,01	0,05	<0,01	<0,01	0,001	0,0003	0,10
Ni36Cr20SiYZrHf	V1091	51	35,6	20,2	1,74	0,06	0,42	<0,01	<0,01	<0,01	0,06	0,07	0,04	<0,01	0,0008	0,0003	0,33
Ni36Cr20SiYZrHf	V1092	48	35,7	20,2	1,73	0,07	0,41	<0,01	<0,01	<0,01	0,05	0,063	0,029	<0,01	0,0006	0,0003	0,28
Ni36Cr20SiYZrHf	V1093	54	35,8	20,4	1,80	0,07	0,43	<0,01	<0,01	<0,01	0,08	0,08	0,06	<0,01	0,001	0,0003	0,42

Tabelle 4b: Fortsetzung: Relative Brenndauer tb und Zusammensetzung von Versuchschargen (ChargenNr. beginnt mit V) und Chargen nach dem Stand der Technik (T1 bis T8). Alle Angaben in Gew.-%.

Variante	Variante	Chg	Tb in %	Sagging in mm	KG in µm	C	N	P	S	Mo	B	Co	Nb		V W	Fe	Cu
Cronifer III	Cronifer III	T1	24			0,036	0,047	0,011	0,002	0,04	0,001	0,05	<0,01	0,05	0,1	46,11	0,04
Cronifer III	Cronifer III	T2	35			0,047	0,043	0,01	0,002	0,03	0,001	0,08	<0,01	0,03	0,01	45,88	0,04
Ni40Cr20Si	Ni40Cr20Si	T3	72	4,5	25	0,023	0,065	0,008	<0,002	<0,01	0,001	0,03	0,003	0,02	0,01	35,17	0,01
CroniferII	Cronifer II	T4	97			0,019	0,038	0,006	0,0013	0,03	0,004	0,04	<0,01	0,03		22,19	0,05
Cronifer II	Cronifer II	T5	106	5,2	20	0,012	0,050	0,005	0,0006	0,01	0,003	0,04	0,01	0,03		22,15	0,02
Cronifer II	Cronifer II	T6	122	5,4	22	0,016	0,046	0,005	0,0012	0,02	0,003	0,05	0,01	0,03		22,4	0,05
Cronifer II	Cronifer II	T7	128	4,8	22	0,014	0,048	0,005	0,0007	0,01	0,004	0,03	0,01	0,03		22,33	0,02
Ni36Cr20Si	Ni36Cr20Si	T8	53	6,2	22	0,034	0,031	0,002	0,0015	<0,01	0,002					40,26	<0,01
Ni36Cr20SiSE	SE	V771	56	3,7	11	0,055	0,050	0,002	0,001	< 0,01	<0,001
Ni36Cr20SiSE	SE AI	V772	61	4,0	11	0,054	0,070	0,002	0,0024	< 0,01
Ni36Cr20SiSE	SE AI	V773	58	5,0	11	0,057	0,070	0,002	0,0025	< 0,01
Ni36Cr20SiSEY	SE Y	V774	59	4,1	13	0,047	0,061	0,003	0,0022	0,001
Ni36Cr20SiSEYHf	SE Y Hf	V775	46	3,6	16	0,046	0,066	0,002	0,0016	0,001		0,01
Ni36Cr20SiSEZr	SE Zr	V776	59	3,9	16	0,044	0,057	0,002	0,0023	0,01	<0,001
Ni36Cr20SiSETiZr	SE Ti Zr	V777	68	2,8	13	0,071	0,055	0,002	0,0022	0,01
Ni36Cr20SiSEZrHf	SE ZrHf	V1070	50	5,2	22	0,030	0,030	0,002	0,0015	<0,01	0,001	<0,01				40,52	<0,01
Ni36Cr20SiSEZrTi	SE ZrTi	V1071	49	6,0	19	0,026	0,032	0,002	0,0019	<0,01	0,001	<0,01				40,31	<0,01
Ni36Cr20SiY	Y	V1072	37	5,7	22	0,020	0,032	0,002	0,0012	<0,01	0,001	<0,01				40,71	<0,01
Ni36Cr20SiYZrHf	YZrHf	V1073	51	5,7	19	0,022	0,025	<0,002	0,0014	<0,01	0,001	<0,01				41,57	<0,01
Ni36Cr20SiYZrTi	YZrTi	V1074	48	5,7	19	0,020	0,020	0,002	0,0017	<0,01	0,001	<0,01				41,5	<0,01
Ni36Cr20SiLa	La	V1075	69	6,0	22	0,022	0,022	0,002	0,0024	<0,01	0,001	<0,01				41,81	<0,01
Ni36Cr20SiSEZrHf	SEZrHf	V1076	57	5,1	22	0,022	0,029		0,0014	<0,01	0,001	<0,01				4152	<0,01
Ni36Cr20SiY	YnN	V1090	33	6,1	26	0,021	0,006	<0,002	0,0018	<0,01	0,002	<0,01	<0,01	0,01		41,93	<0,01
Ni36Cr20SiYZrHf	YZrHf nN	V1091	51	8,5	16	0,021	0,006	<0,002	0,0018	<0,01	0,002	<0,01	<0,01	0,01		41,75	<0,01
Ni36Cr20SiYZrHf	YZrHf nC N	V1092	48	7,8	16	0,007	0,008	<0,002	0,0019	<0,01	0,002	<0,01	<0,01	0,01		41,74	<0,01
Ni36Cr20SiYZrHf	YZrHfnNhC	V1093	54	7,8	16	0,042	0,005	<0,002	0,0014	0,01	0,002	<0,01	<0,01	0,01		41,34	<0,01

Ansprüche

1. Eisen-Nickel-Chrom-Silizium-Legierung, mit, in Gew.-%, 34 bis 42 % Nickel, 18 bis 26 % Chrom, 1,0 bis 2,5 % Silizium und Zugaben von 0,05 bis 1 % Al, 0,01 bis 1 % Mn, 0,01 bis 0,26 % Lanthan, 0,0005 bis 0,05 % Magnesium, 0,01 bis 0,14 % Kohlenstoff, 0,01 bis 0,14 % Stickstoff, max. 0,01 % Schwefel, max. 0,005 % B, wahlweise 0,0005 bis 0,07 % Ca, wahlweise mindestens eines der Elemente Ce, Y, Zr, Hf, Ti mit einem Gehalt von 0,01 bis 0,3 %, wahlweise 0,001 bis 0,020 % Phosphor, wahlweise 0,01 bis 1,0 % jeweils eines oder mehrerer der Elemente Mo, W, V, Nb, Ta, Co, Rest Eisen und den üblichen verfahrensbedingten Verunreinigungen.

2. Legierung nach Anspruch 1, mit einem Nickelgehalt von 34 bis 39 %.

3. Legierung nach Anspruch 1, mit einem Nickelgehalt von 34 bis 38 %.

4. Legierung nach Anspruch 1, mit einem Nickelgehalt von 34 bis 37 % Nickel

5. Legierung nach Anspruch 1, mit einem Nickelgehalt von 37 bis 38 %.

6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Chromgehalt von 20 bis 24 %.

7. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Chromgehalt von 21 bis 24 %.

8. Legierung einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 1,5 bis 2,5 %.

9. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 1,0 bis 1,5%.

10. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 1,5 bis 2,0 %.

11. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 1,7 bis 2,5%.

12. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 1,2 bis 1,7%.

13. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 1,7 bis 2,2%.

14. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Siliziumgehalt von 2,0 bis 2,5 %.

15. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem Aluminiumgehalt von 0,1 bis 0,7 %.

16. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem Mangangehalt von 0,1 bis 0,7 %.

17. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem Lanthangehalt von 0,01 bis 0,2 %.

18. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem Lanthangehalt von 0,02 bis 0,15%.

19. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem Lanthangehalt von 0,04 bis 0,15%.

20. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit einem Stickstoffgehalt von 0,02 bis 0,10 % Stickstoff.

21. Legierung nach einem der Ansprüche1 bis 19, mit einem Stickstoffgehalt von 0,03 bis 0,09 %.

22. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,04 bis 0,14 %.

23. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,04 bis 0,10 %.

24. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, mit einem Magnesiumgehalt von 0,001 bis 0,05 %.

25. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, mit einem Magnesiumgehalt von 0,008 bis 0,05 %.

26. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit max. 0,005 % Schwefel und max. 0,003 % B.

27. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 enthaltend 0,001 bis 0,05 % Ca.

28. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 enthaltend 0,01 bis 0,05 % Ca.

29. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, mit 0,01 bis 0,3 % jeweils eins oder mehrerer der Elemente La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, wobei die Summe PwE = 1,43 • X_Ce + 1,49 • X_La + 2,25 • X_Y +2,19 • X_zr +1,12 X_Hf + 4,18 • X_Ti kleiner gleich 0,38 ist, worin PwE dem Potenzial der wirksamen Elemente entspricht.

30. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, mit 0,01 bis 0,2 % jeweils eins oder mehrerer der Elemente La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, wobei die Summe PwE = 1,43 • X_Ce+ 1,49 • X_La + 2,25 • X_Y +2,19 • X_zr +1,12 • X_Hf + 4,18 • X_Ti kleiner gleich 0,36 ist, worin PwE dem Potential der wirksamen Elemente entspricht.

31. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, mit 0,02 bis 0,15 % jeweils eins oder mehrerer der Elemente La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, wobei die Summe PwE = 1,43 · X_Ce + 1,49 • X_La + 2,25 X_Y +2,19 • X_zr +1,12 • X_Hf + 4,18 • X_Ti kleiner gleich 0,36 ist, worin PwE dem Potential der wirksamen Elemente entspricht.

32. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, mit einem Phosphorgehalt von 0,005 bis 0,020 %.

33. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 32 enthaltend 0,01 bis 0,2 % jeweils ein oder mehrere der Elemente Mo, W, V, Nb, Ta, Co.

34. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 32 enthaltend 0,01 bis 0,06 % jeweils ein oder mehrere der Elemente Mo, W, V, Nb, Ta, Co.

35. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, worin die Verunreinigungen in Gehalten von max. 1,0 % Cu, max. 0,002 % Pb, max. 0,002 % Zn, max. 0,002 % Sn eingestellt sind.

36. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 35 für den Einsatz in elektrischen Heizelementen.

37. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 35 für den Einsatz in elektrischen Heizelementen, die eine hohe Formstabilität bzw. ein geringes Sagging erfordern.

38. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 35 für den Einsatz im Ofenbau.

Claims

1. An iron-nickel-chromium-silicium alloy comprising, in % by mass, 34 to 42 % nickel, 18 to 26 % chromium, 1.0 to 2.5 % silicium and additions of 0.05 to 1 % Al, 0.01 to 1 % Mn, 0.01 to 0.26 % lanthanum, 0.0005 to 0.05 % magnesium, 0.01 to 0.14 % carbon, 0.01 to 0.14 % nitrogen, max. 0.01 % sulphur, max. 0.005 % B, optionally 0.0005 to 0.07 % Ca, optionally at least one of the elements Ce, Y, Zr, Hf, Ti in a concentration of 0.01 to 0.3 %, optionally 0.001 to 0.020 % phosphorus, optionally 0.01 to 1.0 % of respectively one or more of the elements Mo, W, V, Nb, Ta, Co, the rest being iron and the usual method dependent impurities.

2. An alloy according to claim 1 comprising a nickel content of 34 to 39 %.

3. An alloy according to claim 1 comprising a nickel content of 34 to 38 %.

4. An alloy according to claim 1 comprising a nickel content of 34 to 37 %.

5. An alloy according to claim 1 comprising a nickel content of 37 to 38 %.

6. An alloy according to one of the claims 1 through 5 comprising a chromium content of 20 to 24 %.

7. An alloy according to one of the claims 1 through 5 comprising a chromium content of 21 to 24 %.

8. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 1.5 to 2.5%.

9. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 1.0 to 1.5 %.

10. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 1.5 to 2.0%.

11. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 1.7 to 2.5%.

12. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 1.2 to 1.7%.

13. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 1.7 to 2.2%.

14. An alloy according to one of the claims 1 through 7 comprising a silicium content of 2.0 to 2.5%.

15. An alloy according to one of the claims 1 through 14 comprising an aluminium content of 0.1 to 0.7 %.

16. An alloy according to one of the claims 1 through 15 comprising a manganese content of 0.1 to 0.7 %.

17. An alloy according to one of the claims 1 through 16 comprising a lanthanum content of 0.01 to 0.2 %.

18. An alloy according to one of the claims 1 through 16 comprising a lanthanum content of 0.02 to 0.15 %.

19. An alloy according to one of the claims 1 through 16 comprising a lanthanum content of 0.04 to 0.15%.

20. An alloy according to one of the claims 1 through 19 comprising a nitrogen content of 0.02 to 0.10%.

21. An alloy according to one of the claims 1 through 19 comprising a nitrogen content of 0.03 to 0.09 %.

22. An alloy according to one of the claims 1 through 21 comprising a carbon content of 0.04 to 0.14%.

23. An alloy according to one of the claims 1 through 21 comprising a carbon content of 0.04 to 0.10 %.

24. An alloy according to one of the claims 1 through 23 comprising a magnesium content of 0.001 to 0.05 %.

25. An alloy according to one of the claims 1 through 23 comprising a magnesium content of 0.008 to 0.05 %.

26. An alloy according to one of the claims 1 through 25 comprising max. 0.005 % sulphur and max. 0.003 % B.

27. An alloy according to one of the claims 1 through 26 comprising 0.001 to 0.05 % Ca.

28. An alloy according to one of the claims 1 through 26 comprising 0.01 to 0.05 % Ca.

29. An alloy according to one of the claims 1 through 28 comprising 0.01 to 0.3 % of respectively one or more of the elements La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, wherein the sum PwE = 1.43 • X_Ce + 1.49 • X_La + 2.25 • X_Y + 2.19 • X_Zr + 1.12 X_Hf + 4.18 • X_Ti is less than/equal to 0.38, wherein PwE corresponds to the potential of the acting elements.

30. An alloy according to one of the claims 1 through 28 comprising 0.01 to 0.2 % of respectively one or more of the elements La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, wherein the sum PwE = 1.43 • X_Ce + 1.49 • X_La + 2.25 • X_Y + 2.19 X_Zr + 1.12 X_Hf + 4.18 • X_Ti is less than/equal to 0.36, wherein PwE corresponds to the potential of the acting elements.

31. An alloy according to one of the claims 1 through 28 comprising 0.02 to 0.15 % of respectively one or more of the elements La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, wherein the sum PwE = 1.43 • X_Ce + 1.49 • X_La + 2.25 • X_Y + 2.19 • X_Zr + 1.12 • X_Hf + 4.18 • X_Ti is less than/equal to 0.36, wherein PwE corresponds to the potential of the acting elements.

32. An alloy according to one of the claims 1 through 31 comprising a phosphorus content of 0.005 to 0.020 %.

33. An alloy according to one of the claims 1 through 32 comprising 0.01 to 0.2 % of respectively one or more of the elements Mo, W, V, Nb, Ta, Co.

34. An alloy according to one of the claims 1 through 32 comprising 0.01 to 0.06 % of respectively one or more of the elements Mo, W, V, Nb, Ta, Co.

35. An alloy according to one of the claims 1 through 34, in which the impurities are set in concentrations of max. 1.0 % Cu, max. 0.002 % Pb, max. 0.002 % Zn, max. 0.002 % Sn.

36. A use of the alloy according to one of the claims 1 through 35 for the utilization in electric heating elements.

37. A use of the alloy according to one of the claims 1 through 35 for the utilization in electric heating elements which require a high dimensional stability or a low sagging.

38. A use of the alloy according to one of the claims 1 through 35 for the utilization in furnace construction.

Revendications

1. Alliage fer nickel chrome silicium comprenant, en % en poids, 34 à 42 % de nickel, 18 à 26 % de chrome, 1,0 à 2,5 % de silicium et des additions de 0,05 à 1 % de Al, 0,01 à 1 % de Mn, 0,01 à 0,26 % de lanthane, 0,0005 à 0,05 % de magnésium, 0,01 à 0,14 % de carbone, 0,01 à 0,14 % d'azote, max. 0,01 % de soufre, max. 0,005 % de B, facultativement 0,0005 à 0,07 % de Ca, facultativement au moins un des éléments Ce, Y, Zr, Hf, Ti ayant une concentration de 0,01 à 0,3 %, facultativement 0,001 à 0,020 % de phosphore, facultativement 0,01 à 1,0 % de respectivement un ou plusieurs des éléments Mo, W, V, Nb, Ta, Co, le reste étant du fer et des impuretés usuelles résultant du procédé.

2. Alliage selon la revendication 1 comprenant une teneur en nickel de 34 à 39 %.

3. Alliage selon la revendication 1 comprenant une teneur en nickel de 34 à 38 %.

4. Alliage selon la revendication 1 comprenant une teneur en nickel de 34 à 37 %.

5. Alliage selon la revendication 1 comprenant une teneur en nickel de 37 à 38 %.

6. Alliage selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant une teneur en chrome de 20 à 24 %.

7. Alliage selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant une teneur en chrome de 21 à 24%.

8. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 1,5 à 2,5 %.

9. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 1,0 à 1,5 %.

10. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 1,5 à 2,0 %.

11. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 1,7 à 2,5%.

12. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 1,2 à 1,7%.

13. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 1,7 à 2,2 %.

14. Alliage selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une teneur en silicium de 2,0 à 2,5 %.

15. Alliage selon l'une des revendications 1 à 14 comprenant une teneur en aluminium de 0,1 à 0,7 %.

16. Alliage selon l'une des revendications 1 à 15 comprenant une teneur en manganèse de 0,1 à 0,7 %.

17. Alliage selon l'une des revendications 1 à 16 comprenant une teneur en lanthane de 0,01 à 0,2 %.

18. Alliage selon l'une des revendications 1 à 16 comprenant une teneur en lanthane de 0,02 à 0,15 %.

19. Alliage selon l'une des revendications 1 à 16 comprenant une teneur en lanthane de 0,04 à 0,15 %.

20. Alliage selon l'une des revendications 1 à 19 comprenant une teneur en azote de 0,02 à 0,10 %.

21. Alliage selon l'une des revendications 1 à 19 comprenant une teneur en azote de 0,03 à 0,09 %.

22. Alliage selon l'une des revendications 1 à 21 comprenant une teneur en carbone de 0,04 à 0.14%.

23. Alliage selon l'une des revendications 1 à 21 comprenant une teneur en carbone de 0,04 à 0,10%.

24. Alliage selon l'une des revendications 1 à 23 comprenant une teneur en magnésium de 0,001 à 0,05 %.

25. Alliage selon l'une des revendications 1 à 23 comprenant une teneur en magnésium de 0,008 à 0,05 %.

26. Alliage selon l'une des revendications 1 à 25 comprenant max. 0,005 % de soufre et max. 0,003 % de B.

27. Alliage selon l'une des revendications 1 à 26 comprenant 0,001 à 0,05 % de Ca.

28. Alliage selon l'une des revendications 1 à 26 comprenant 0,01 à 0,05 % de Ca.

29. Alliage selon l'une des revendications 1 à 28 comprenant 0,01 à 0,3 % de respectivement un ou plusieurs des éléments La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, la somme PwE = 1,43 • X_Ce + 1,49 • X_La + 2,25 • X_Y + 2,19 • X_Zr + 1,12 • X_Hf + 4,18 • X_Ti étant inférieure ou égale à 0,38, PwE correspondant au potentiel des éléments actifs.

30. Alliage selon l'une des revendications 1 à 28 comprenant 0,01 à 0,2 % de respectivement un ou plusieurs des éléments La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, la somme PwE = 1,43 X_Ce + 1,49 • X_La + 2,25 • X_Y + 2,19 • X_Zr + 1,12 • X_Hf + 4,18 • X_Ti étant inférieure ou égale à 0,36, PwE correspondant au potentiel des éléments actifs.

31. Alliage selon l'une des revendications 1 à 28 comprenant 0,02 à 0,15 % de respectivement un ou plusieurs des éléments La, Ce, Y, Zr, Hf, Ti, la somme PwE = 1,43 • X_Ce + 1,49 • X_La + 2,25 • X_Y + 2,19 • X_Zr + 1,12 • X_Hf + 4,18 • X_Ti étant inférieure ou égale à 0,36, PwE correspondant au potentiel des éléments actifs.

32. Alliage selon l'une des revendications 1 à 31 comprenant une teneur en phosphore de 0,005 à 0,020 %.

33. Alliage selon l'une des revendications 1 à 32 comprenant 0,01 à 0,2 % de respectivement un ou plusieurs des éléments Mo, W, V, Nb, Ta, Co.

34. Alliage selon l'une des revendications 1 à 32 comprenant 0,01 à 0,06 % de respectivement un ou plusieurs des éléments Mo, W, V, Nb, Ta, Co.

35. Alliage selon l'une des revendications 1 à 34, dans lequel les impuretés sont mises aux concentrations de max. 1,0 % de Cu, max. 0,002 % de Pb, max. 0,002 % de Zn, max. 0,002 de Sn.

36. Utilisation de l'alliage selon l'une des revendications 1 à 35 pour l'emploi dans des éléments de chauffage électriques.

37. Utilisation de l'alliage selon l'une des revendications 1 à 35 pour l'emploi dans des éléments de chauffage électriques qui ont besoin d'une grande indéformabilité ou de peu de sagging.

38. Utilisation de l'alliage selon l'une des revendications 1 à 35 pour l'emploi dans la construction des fourneaux.

Zeichnung