一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼的製作方法

2023-06-14 09:56:06

專利名稱：：一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種鐵素體不鏽鋼，具體地說是一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，應用於汽車的高溫排氣歧管。
背景技術：
：對於汽車發動機的排氣系統，其所用的熱端部件需要有較好的耐高溫性能、成型性能和焊接性能，滿足高溫氧化、耐腐蝕、疲勞性能等要求，冷端部件主要要求其有耐尾氣冷凝液腐蝕性能。在20世紀70年代，為改善催化效率和降低排放，不斷地提高發動機排氣溫度，排氣歧管工作溫度由75080CTC提高到了90095(TC，同時為了提高燃油經濟性，減輕車重，目前排氣溫度已經升高至950100(TC，這就對排氣歧管的選用材料提出了更高的要求。鐵素體不鏽鋼與奧氏體不鏽鋼相比，生產成本低、線膨脹係數小、導熱係數大，國外汽車排氣系統中排氣岐管用不鏽鋼由低等級的SUS409、高等級的SUS430JIL進展到高性能材料SUS444，其消聲器系統的溫度可達到30(TC，用材也有類似的變化趨勢。為了適應有限的車體空間，把汽車排氣系統設計成較複雜的形狀，同時還要考慮材料的高成型性，因此，低成本抗高溫氧化材料成為材料合金化的發展趨勢。
專利名稱：為《用作排放汽車廢氣的管道構件的鐵素體不鏽鋼》，專利權人為日新制鋼株式會社，其專利號CN02813138.X、申請日2002.07.04、公開日2004.08.25、公開號CN1524130，在專利文獻中公開了其成份的重量百分比含量為C《0.03、Si《1.00、Mn《1.50、Ni《0.60、16《Cr《20、Nb《0.5、0-8《Cu《2.0、Al《0.03、0KV《0.20、N《0.03、Nb^8(C+N)，該鐵素體不鏽鋼不含鉬耐熱元素，同時採用0.05-0.30的Ti作為改進成型性元素，為提高熱性能可以添加W、Zr、Y和稀土金屬中至少一種，或為加工性能添加Ca、Mg和Co中至少一種元素；日新制鋼株式會社的《用於汽車通道部件的鐵素體不鏽鋼和焊接管道》，申請號CN200710169174.0，申請日2007.10.31，公開號CN101250672,公開日2008.08.27，文獻中記載採用C《0.03，Si《1.00，Mn《1.50，Ni《0.60,10《Cr《20，Nb《0.5,KCu《2.0，0.03《A1《0.12,V《0.20，N《0.03'0.05《Ti《0.3，Nb》8(C+N)，0.0005《B《0.02，氧含量不高於0.01，任選Mo、W、Zr和Co其中一種或多種總量不超過4%，並且Nb^8(C+N)。國內生產的轎車排氣系統用不鏽鋼，奧氏體型不鏽鋼主要是304、309、321等，鐵素體型不鏽鋼主要是409、409L、430、436、439L、444。上述所列的鐵素體不鏽鋼的成分重量百分比含量見下表:tableseeoriginaldocumentpage4對於這些材料的不足之處在於採用增加鉬含量、單純利用Ti和Nb合金化，利用銅改善冷加工成型，目前所用的鐵素體不鏽鋼耐溫性能只能達到90(TC，作為汽車排氣歧管使用時，其焊接性能較差，耐高溫和抗氧化性能較差，縮短了汽車排氣歧管的使用壽命。
發明內容本發明的目的在於提供一種焊接性能、耐高溫、抗氧化性能高，適用於汽車排氣歧管使用的一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼。為達到以上目的，本發明所採用的技術方案是該一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於它由以下重量百分比的成分組成0.02%《Y《0.12。/。、C《0.03%、Si《0.05%、0.4Q/。《Mn《l.0%、16%《Cr《20%、0.2%《Nb《0.5%、0.15%《A1《0.3%、N《0.02%、0.05%《Ti《0.2%、P《0.025%和S《0.010%，並且Nb+Ti^8(C+N)、Nb/Ti》2，以及餘量為鐵。本發明還通過如下措施實施在材料中加入釔，可以在含鉻不鏽鋼的表面形成釔和鉻的雙重氧化物膜，在溫度發生劇烈變化時無裂斷傾向，顯著提高鋼材的耐溫特性，降低了鋼的氧化速度2-ll倍，形成的雙重氧化物膜與基體粘結緊密，在溫度劇烈變化條件下具有顯著優越性，非常適合汽車排氣系統使用，同時加入稀土釔可以進一步淨化鋼水，細化鋼的凝固組織，改善夾雜物性質、形態和分布，減少夾雜物對材料成形性和焊接的影響，加入釔含量的最佳重量百分比範圍為0.05-0.09%;Al作為脫氧劑和改善高溫抗氧化性能的元素，在鋼水冶煉過程中加入鋁進行完全脫氧，可以減少矽酸鹽類夾雜物的數量，同時金屬鋁和鋼水中的N結合，在鋼中析出氮化鋁，固定奧氏體元素N，細化鋼坯凝固組織，從而細化鋼材的組織，改善材料的成型性，採用氬氣保護條件下焊接，可避免材料中的鋁氧化，在凝固過程中，析出氮化鋁細化焊接組織，加入鋁含量的最佳重量百分比範圍為0.15-0.25%;為提高耐熱性能可以增加耐熱元素矽，增加矽含量以降低材料的塑性，從而影響材料的成形性能，含矽高在焊接過程中，容易形成矽酸鹽夾雜物，從而降低焊縫質量，因此將矽含量降低到深衝壓用鋼的範圍，不採用含矽脫氧劑，減少鋼坯矽酸鹽夾雜物，提高材料深衝性能，滿足汽車排氣構件成形過程對塑性的要求，為此，矽含量最佳重量百分比控制在0.03%以下；絡元素的加入主要是穩定鐵素體，並保證高溫條件下的抗氧化性能，過量的絡會造成塑性降低，影響材料的成形性，同時增加加入合金數量，成本也增加，根據汽車排氣歧管的工作環境高於95(TC的要求，鉻元素含量的重量百分比最佳控制範圍應在17.5-19.5%之間；碳和氮作為不鏽鋼中的元素，都是奧氏體化元素，為提高材料的耐腐蝕性，必須降低其他組織的含量，減少加入Ti和Nb的數量，避免形成Ti和Nb的碳氮夾雜物的富集，提高基體的潔淨度，同時降低含碳量可以降低材料的變形抗力，提高材料的塑性，為保證其成形性能，碳含量重量百分比控制在0.03%以下，最佳範圍為C《0.02%;對於氮的控制，根據企業的自身生產條件，在降低生產成本的情況下，控制氮含量越低越好，採用真空處理才能降低到0.005%以下，對於常規條件下生產和澆注過程，不能避免氮的進入，在常規條件下重量百分比控制在0.015%以下；Nb和Ti作為C和N的固定元素，可以改進高溫條件下材料的高溫強度，採用Nb和Ti同時使用，可以進一步固定C和N，並且，當Nb:Ti為2:l時，更適合鐵素體不鏽鋼實現穩定化，加入Nb保持合適的可成形和低溫韌性，過量的Ti可能產生TiN，降低材料的可成形和低溫韌性，Ti含量的重量百分比控制在0.10-0.20%;Nb含量的重量百分比控制在0.25-0.線Mn是弱奧氏體元素，具有強烈的穩定奧氏體的作用，同時可以增加氮在不鏽鋼中的溶解度，大量加入可以導致強度增加、可加工性能降低，損壞材料的焊接性，其含量的最佳重量百分比控制範圍為0.40-0.60%;對於雜質含量P、S在實際控制中儘量做到最低，減少材料化學腐蝕的影響，其中要求S含量降低到0.010。/。以下，減少硫化物夾雜對性能不利影響；在實際生產過程中，做到P在0.025y。以下，生產比較容易控制，在降低到0.015%以下時，生產過程成本則較大，因此P含量的重量百分比控制在小於0.020%。用本發明所做的材料，經檢測，其耐溫性能達到96(TC以上，延伸率達到55%以上，鋼材中的夾雜物含量硫化夾雜物在0.5級以下，氧化鋁夾雜在l級以下，矽酸鹽夾雜在l級以下，球形氧化物夾雜在0.5級以下，在100(TC時沒有出現異常氧化情況。本發明的有益效果在於與目前汽車排氣歧管所用的鐵素體不鏽鋼相比，由於提高了鋁含量和加入釔，提高了材料的耐高溫和抗氧化性能，能耐95(TC以上的高溫，同時提高了材料的成型性能，在作為汽車排氣歧管使用時，可以有效地延長歧管的使用壽命。具體實施例方式實施例1:一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於它由以下重量百分比的成分組成Y:0.06°/。、C:0.02%、Si:0.03%、Mn:0.046%、Cr:17.8%、Nb:0.25%、Al:0.20%、N:0.015%、Ti:0.11%、P:O.O賜和S:0.005%，並且Nb+Ti〉8(C+N)、Nb/Ti〉2，以及餘量為鐵。該汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，材料耐溫性能達到97(TC，延伸率達到58%，鋼材中的夾雜物含量硫化夾雜物0.5級，氧化鋁夾雜0.5級，矽酸鹽夾雜0.5級，球形氧化物夾雜0.5級，在100(TC時沒有出現異常氧化情況。實施例2:一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於它由以下重量百分比的成分組成Y:0.08%、C:0.02%、Si:0.03%、Mn:0.042%、Cr:19.2%、Nb:0.32%、Al:0.15%、N:0.012%、Ti:0.15%、P:0.015%和S:0.003%，並且Nb+Ti>8(C+N)、Nb/Ti〉2，以及餘量為鐵。該汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，材料耐溫性能達到990。C，延伸率達到58%，鋼材中的夾雜物含量硫化夾雜物0.5級，氧化鋁夾雜1級，矽酸鹽夾雜0.5級，球形氧化物夾雜1級，通過檢測，在100(TC時沒有出現異常氧化情況。權利要求1、一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於它由以下重量百分比的成分組成0.02％≤Y≤0.12％、C≤0.03％、Si≤0.05％、0.4％≤Mn≤1.0％、16％≤Cr≤20％、0.2％≤Nb≤0.5％、0.15％≤Al≤0.3％、N≤0.02％、0.05％≤Ti≤0.2％、P≤0.025％和S≤0.010％，並且Nb+Ti≥8(C+N)、Nb/Ti≥2，以及餘量為鐵。2、根據權利要求l所述的一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於加入釔含量的重量百分比範圍為0.05-0.09%;加入鋁含量的重量百分比範圍為0.15-0.25%。3、根據權利要求l所述的一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於矽含量的重量百分比控制在0.03%以下。4、根據權利要求l所述的一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於碳含量重量百分比控制在0.02%以下；對於常規條件下生產和澆注過程，氮含量重量百分比控制在0.015%以下。5、根據權利要求l所述的一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，其特徵在於Ti含量的重量百分比控制在O.10-0.20%;Nb含量的重量百分比控制在0.25-0.40%。全文摘要本發明公開了一種汽車排氣系統用含釔高鋁鐵素體不鏽鋼，適用於汽車排氣歧管，其特徵在於它由以下重量百分比的成分組成0.02％≤Y≤0.12％、C≤0.03％、Si≤0.05％、0.4％≤Mn≤1.0％、16％≤Cr≤20％、0.2％≤Nb≤0.5％、0.15％≤Al≤0.3％、N≤0.02％、0.05％≤Ti≤0.2％、P≤0.025％和S≤0.010％，並且Nb+Ti≥8(C+N)、Nb/Ti≥2，以及餘量為鐵。本發明與目前汽車排氣歧管所用的鐵素體不鏽鋼相比，由於提高了鋁含量和加入釔，提高了材料的抗氧化性能，能耐950℃以上的高溫，在作為汽車排氣歧管使用時，有效地延長歧管的使用壽命。文檔編號C22C38/28GK101440457SQ200810238269公開日2009年5月27日申請日期2008年12月12日優先權日2008年12月12日發明者亓海燕,劉祥銀,吳玉紅,曹旭東,波楊,王俊海,王宏霞,坤陳,陳培敦申請人:山東泰山鋼鐵集團有限公司