0Cr25Al5电热合金板【百科】

0Cr25Al5电热合金板百科

概述

0Cr25Al5电热合金板是一种基于铁-铬-铝（Fe-Cr-Al）三元体系的高性能电阻电热合金材料。其名称遵循中国国家标准（GB/T）中的牌号命名规则：“0”表示碳含量较低（C≤0.06%），“Cr25”代表铬含量约为25%，“Al5”代表铝含量约为5%。该合金以其优异的高温抗氧化性、高电阻率、良好的热稳定性和较长的使用寿命，成为工业加热领域和部分特种应用的关键基础材料。

化学成分与组织结构

该合金的化学成分是其性能的基础。其主要成分为：铬（Cr）含量约为23.0%~26.0%，是形成致密、附着力强的氧化膜（主要为Cr₂O₃）的核心元素，提供高温下的抗氧化和抗腐蚀保护；铝（Al）含量约为4.5%~6.5%，其氧化产物Al₂O₃能进一步增强氧化膜在更高温度下的稳定性，并显著提高合金的电阻率。余量为铁（Fe），并严格限制碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等杂质元素的含量，以确保合金的纯净度和性能。

在常温下，其金相组织为铁素体。这种单相组织在高温下稳定，无相变发生，避免了因相变引起的体积变化和组织应力，从而保证了元件在反复加热冷却过程中的尺寸稳定性。

物理与力学性能

1. 电学与热学性能：
该合金具有较高的电阻率（20℃时约为1.45 μΩ·m），这意味着在相同功率要求下，可使用更短或更粗的线材/带材，有利于元件结构设计。其电阻温度系数相对较小，使用过程中功率输出较为稳定。最高使用温度可达1300℃，长期使用温度建议在1150℃-1250℃之间，具体取决于元件形状、气氛和使用条件。

2. 力学性能：
合金在常温下具有较高的强度和适中的硬度，便于加工成型。然而，其主要的性能弱点是高温强度较低，且材料在低温（如经过高温使用后冷却至室温）状态下表现出一定的脆性（称为“铁铬铝合金高温脆性”）。这是设计和处理过程中需要特别注意的地方。

主要特性与优势

卓越的高温抗氧化性：在高温空气中使用时，表面能形成连续致密、以Al₂O₃和Cr₂O₃为主的复合氧化膜，有效阻止内部金属继续氧化，这是其寿命长的根本原因。

高表面负荷：允许的单位面积发热功率较高，可实现设备的小型化和高效化。

无磁性：其铁素体组织使其在常温及高温下均无磁性，适用于对磁场敏感的应用场合。

良好的抗硫气氛能力：相比镍铬合金，对含硫气氛的腐蚀有更好的抵抗能力。

不含昂贵的镍（Ni）：在满足性能要求的前提下，成本通常低于镍铬电热合金。

主要应用领域

0Cr25Al5合金板经轧制后，广泛应用于制造各种形状和尺寸的工业电热元件：

工业加热设备：是箱式炉、井式炉、隧道炉、辊道窑等高温工业电炉中发热元件的核心材料，常被加工成波纹形、螺旋形或带状使用。

家用电器：部分高端或大功率电热器具，如取暖器、电烤箱的发热体。

玻璃与陶瓷工业：用于玻璃熔化炉、陶瓷烧结炉的辅助加热。

冶金与化工：作为实验炉、热处理炉及管道伴热的加热源。

其他领域：也用作电阻元件、汽车尾气传感器中的加热体等。

加工、使用与注意事项

1. 加工成型：
板材在常温下可进行冲压、弯曲、剪切等机械加工。由于材料具有低温脆性，加工时应避免剧烈冲击和反复弯折。成型后的元件往往需要经过高温退火以消除内应力。

2. 焊接：
焊接性能尚可，但需采用氩弧焊等合适的焊接方法。焊接后，焊缝区域因组织变化脆性会增加，应避免在焊接部位施加机械力。焊接后最好进行整体退火。

3. 使用与维护：

安装设计：需考虑其高温强度低和热膨胀系数，在炉膛内安装时应留有适当的膨胀空间，并采用可靠的支撑结构，避免元件在高温下因自重或应力而变形、倒塌。

启动与冷却：在设备初次使用或长期停用后再次启用时，建议遵循逐步升温和降温的程序，以利于保护性氧化膜的形成与维持，延长使用寿命。

环境限制：虽然在空气和含硫气氛中表现良好，但在还原性气氛（如高浓度氢气、一氧化碳）、氯碱气氛或含有挥发性金属化合物（如铅、锌蒸汽）的环境中，其氧化膜会被破坏，导致迅速腐蚀失效。在真空中使用时，因缺乏形成氧化膜的氧气，最高使用温度需大幅降低。

4. 寿命终结特征：
元件长期使用后最终会因氧化导致的截面面积减小、局部过热而熔断。其表面氧化膜在正常老化过程中会呈现均匀的灰白色。

总结

0Cr25Al5电热合金板凭借其出色的高温抗氧化性、高电阻率和无磁性的特点，在高温电加热领域占据着不可替代的地位。尽管存在低温脆性和高温强度不足的缺点，但通过合理的设计、加工和使用维护，它能可靠地提供长达数千小时的高温服务，是推动工业热处理、材料烧结及相关产业技术进步的重要基础材料。