Сталь 0Х27Ю5 (Х27Ю5Т)

Сплав 0Х27Ю5 (обозначение по ГОСТ 10994-74 — Х27Ю5Т) — прецизионный железохромоалюминиевый сплав группы VI по ГОСТ 10994-74 с высоким удельным электрическим сопротивлением. Традиционное название группы FeAlCr-сплавов — фехраль. Основное применение — резистивные нагревательные элементы в промышленных и лабораторных печах с предельной рабочей температурой до 1350 °С. Поставляется в виде проволоки по ГОСТ 12766.1-90 и ленты по ГОСТ 12766.2-90.

Состав, структура и магнитные свойства

В основе сплава — железо (остальное), хром (26–28 %) и алюминий (5,0–5,8 %). Три базовых элемента зашифрованы в марке: Х — хром, Ю — алюминий, Т — титан (стабилизирующая добавка 0,18–0,30 %).

Кристаллическая структура — феррит (ОЦК). Ферритная структура ферромагнитна: сплав 0Х27Ю5 при комнатной температуре притягивается постоянным магнитом. Выше температуры Кюри (~ 600–650 °С) сплав переходит в парамагнитное состояние.

Жаростойкость обеспечивается плотной адгезионной плёнкой Al₂O₃ (корунд), образующейся на поверхности при нагреве. Хром снижает критическое содержание алюминия, необходимое для формирования защитного барьера, и дополнительно повышает окалиностойкость. Именно эта оксидная плёнка защищает сплав в серосодержащих, углеродсодержащих и водородных атмосферах, а также в вакууме.

Химический состав — ГОСТ 10994-74

Элемент	Содержание, %
Железо (Fe)	Основа (не менее 63,5 %)
Хром (Cr)	26,0–28,0
Алюминий (Al)	5,0–5,8
Титан (Ti)	0,18–0,30
Кремний (Si), не более	0,60
Марганец (Mn), не более	0,30
Никель (Ni), не более	0,06
Углерод (C), не более	0,05
Сера (S), не более	0,020
Фосфор (P), не более	0,015

ГОСТ 10994-74 требует, чтобы при выплавке Х27Ю5Т для нагревательных элементов использовались свежие шихтовые материалы; оборотные отходы допускаются только собственной марки. В сплаве допускается массовая доля циркония не более 0,1 %.

Физические свойства

Плотность при 20 °С — 7 190 кг/м³. Удельное электрическое сопротивление (ρ) остаётся практически постоянным в диапазоне от 20 до 900 °С, что упрощает расчёт нагревателей и обеспечивает стабильность выделяемой мощности при разогреве печи.

Температура, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
ρ, нОм·м	1360	1365	1370	1375	1380	1399	1401	1410	1410	1420
с, Дж/(кг·К)	500	—	—	—	—	—	—	—	690	—

Обозначения: ρ — удельное электрическое сопротивление (нОм·м); с — удельная теплоёмкость (Дж/(кг·К)).

Для расчёта нагревателей удобна эквивалентная единица: 1390 нОм·м = 1,39 мкОм·м = 1,39 Ом·мм²/м. Коэффициент линейного термического расширения (ТКЛР): α = 15 × 10⁻⁶/°С (среднее значение в диапазоне 20–1000 °С).

Механические свойства и пластичность

При температуре 20 °С для проволоки в мягком (отожжённом) состоянии по ГОСТ 12766.1-90: предел прочности при растяжении σв ≈ 663 МПа, относительное удлинение после разрыва δ ≥ 16 %.

Сплав хрупок при комнатной температуре. При навивке спиралей нагревательных элементов проволоку фехраль необходимо предварительно нагреть до 300–400 °С. После длительной эксплуатации выше порога рекристаллизации (600–650 °С) пластичность снижается практически до нуля: сплав не выдерживает резких динамических нагрузок и ударов.

Жаростойкость: допустимые атмосферы и рабочая температура

Предельная рабочая температура Х27Ю5Т в окислительной атмосфере — 1350 °С. Сплав устойчив к следующим рабочим средам: воздух и окислительные атмосферы; атмосферы с содержанием серы и сернистых соединений; углеродсодержащие (науглероживающие) атмосферы; атмосфера водорода; вакуум; контакт с высокоглинозёмистой керамикой.

Контроль на склонность к высокотемпературной язвенной коррозии для проволоки диаметром ≥ 0,3 мм является обязательным по ГОСТ 12766.1-90; наличие язв на поверхности — браковочный признак. Ориентировочный срок службы нагревателей при различных рабочих температурах определяется по таблицам ГОСТ 12766.3-90.

Сплав склонен к провисанию при длительном нагреве у верхней границы рабочих температур — при проектировании горизонтальных нагревательных элементов необходимо предусматривать промежуточные опоры.

Охрупчивание при 475 °С

В диапазоне примерно 400–550 °С ферритные железохромистые сплавы с высоким содержанием хрома подвержены охрупчиванию при 475 °С — явлению, вызванному спинодальным распадом α-фазы с выделением обогащённых хромом α’-зон. Следствие: рост твёрдости, резкое снижение ударной вязкости.

Явление обратимо: нагрев выше 600 °С с последующим быстрым охлаждением восстанавливает исходные свойства. На практике это означает: детали из Х27Ю5Т, прошедшие длительную выдержку в диапазоне 400–550 °С, не допускать к резким ударам при монтаже и демонтаже без предварительного прогрева.

Сварка фехраля 0Х27Ю5

Сплав сваривается ручной дуговой сваркой (РДС) и аргонодуговой (TIG). При РДС применяют электроды из жаростойких материалов без предварительного подогрева основного металла. При аргонодуговой сварке в качестве присадочного материала используют проволоку той же марки — Х27Ю5Т. Механические свойства сварного шва уступают основному металлу, поэтому расположение шва в рабочей зоне нагревателя нежелательно.

Применение сплава 0Х27Ю5 в промышленных и лабораторных печах

Основная область применения — нагревательные элементы (спирали, зигзаги, панели) электрических печей с рабочей температурой до 1350 °С: печи отжига и нормализации, закалочные и цементационные печи, печи спекания керамики, лабораторные муфельные и трубчатые печи. Сплав применяют также в трубчатых электронагревателях (ТЭН) согласно ГОСТ 12766.1-90 и в элементах сопротивления, где требуется термостойкость.

Для применений с повышенными требованиями к чистоте состава (авиационная и специальная техника) выпускается вариант вакуумно-индукционной выплавки — сплав Х27Ю5Т-ВИ (ЭИ626). Для нагревателей с предельной рабочей температурой до 1100–1200 °С применяют нихромовые сплавы; сравнительные характеристики — на странице проволока нихромовая Х15Н60.

Формы поставки

Сплав 0Х27Ю5 (Х27Ю5Т) поставляется в следующих полуфабрикатах: проволока холоднотянутая по ГОСТ 12766.1-90, диаметр 0,5–6,0 мм, мягкое (отожжённое) состояние; лента холоднокатаная по ГОСТ 12766.2-90, толщина от 0,1 мм, ширина 6–250 мм, мягкое или нагартованное состояние; сплав калиброванный (круг) по ГОСТ 12766.3-90, диаметр 6,0–10,0 мм. Гарантийный срок хранения — два года с момента изготовления. Каждая партия сопровождается паспортом качества с результатами контроля удельного электрического сопротивления, механических свойств и (для нагревательного назначения) испытания на язвенную коррозию.