[發明專利]汽車尾氣排放系統用鐵素體不銹鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 200910055268.4
• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN101962740A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 畢洪運;王偉明;李鑫;李實;歐響波
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C22C38/28;C21C5/52;C21C7/068;C21C7/10;B22D11/16;C21D8/02;B22D11/115;F01N7/16
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英

技術領域

本發明涉及耐高溫不銹鋼，特別是涉及用于汽車尾氣排放系統高溫部位的鐵素體不銹鋼及其制造方法。

背景技術

隨著國民經濟發展，汽車工業近年來得到了飛速的發展。越來越嚴格的環保要求和不斷降低車身重量和材料成本的需要，使得汽車排氣系統用材料越來越受到汽車生產廠商的重視。鐵素體不銹鋼具有的省鎳、抗氧化等優良性能及低的熱膨脹系數、高的熱導率等物性的優勢，使鐵素體不銹鋼取代了奧氏體不銹鋼成為汽車排氣系統的首選材料，得到了廣泛的應用。從20世紀80年代起，鐵素體不銹鋼作為制造汽車排氣系統的材料在汽車廠家得到廣泛推廣使用。近年來，隨著汽車工業競爭的日益激烈，汽車廠家不僅重視材料成本，同時材料使用壽命等也受到廣泛重視，不斷提高的零部件使用壽命承諾，使汽車排氣系統用不銹鋼的耐高溫氧化及高溫穩定性的性能要求得到進一步提升。汽車排氣系統主要由岐管、前管、柔性管、轉換器、中管、消聲器和尾管等組成，其中，岐管、前管等高溫段對材料的要求主要考慮材料的抗氧化性及成型性能。

作為汽車排氣系統使用的鐵素體不銹鋼主要可以分為兩類，一類是低鉻的11Cr不銹鋼，屬于經濟型鋼。另一類主要是中高鉻的18Cr并添加穩定化元素Nb、Ti等的一種或者幾種，同時也可以添加耐腐蝕合金元素如Mo等，進一步提高不銹鋼的耐腐蝕性能。通過添加銅等合金元素還可以進一步提高材料的成型性能。為保證鐵素體不銹鋼具備良好的力學性能和耐腐蝕性能，通過添加適量的穩定化元素Ti、Nb或Zr中的一種或者幾種同時添加，固定基體中的N和C，減少基體中N和C向晶界遷移并在晶界處與鉻結合形成化合物而導致基體貧鉻，耐腐蝕性能降低。此外，添加Nb還可以提高鐵素體不銹鋼高溫強度。

目前，一些要求比較高的轎車，汽車排氣系統用不銹鋼使用性能如高溫強度和抗高溫穩定性要求進一步提高，11Cr鐵素體不銹鋼難以滿足高溫性能要求，主要采用中高鉻的鐵素體不銹鋼。

從目前市場上提供的鉻鐵素體不銹鋼產品來看，為了確保材料的抗氧化性能，主要合金元素Cr成分在16.0～20.0之間，穩定化元素更多采用了Nb或Ti單一穩定，部分采用雙穩定。日本公開專利申請JP?2005146345A，采用Nb和Ti雙穩定并加有Mo和Sb等，特別是加Sb增加生產難度。日本公開專利申請JP?4280947A，采用高含量的Nb單穩定，比較容易導致大的FeNb相析出，影響高溫穩定性和成型性能。韓國公開專利申請KR2006015078-A，采用中Nb、Ti雙穩定并加入較高的Mo，較高的Mo會帶來材料高成本。日本專利JP8060243采用Nb穩定并添加Mo和Cu，不僅增加成本也為廢鋼回收帶來難度。美國公開專利申請US2004170518采用Nb、Ti雙穩定并添加Cu、V等，添加Cu存在不銹鋼材料分類成本增加，不利于材料回收。中國公開專利申請CN?1683583A采用低Si、Mn控制，同時加入較高的Mo并添加B，加Mo同樣提高材料成本。

11Cr的409L穩定鐵素體不銹鋼自上世紀80年代開始廣泛應用于汽車排氣系統，隨著汽車排放要求的嚴格化，致使排氣溫度不斷提高，對材料要求也更高。一般低鉻(11Cr)不銹鋼不能滿足900℃高溫使用要求，目前大多中鉻的不銹鋼一般通過添加Mo提高高溫性能，添加Cu等提高熱成型性能，但是Mo提高性能同時增加了材料成本，Cu添加不利于材料回收。因此，有必要開發一種既可以滿足在900℃具有較高的高溫強度和穩定性要求，并且材料的組織均勻性較好以確保具有較高的延伸率在加工成型時具有高的成型性能，材料成本又相對不高的不銹鋼。

發明內容

本發明的目的是提供一種汽車尾氣排放系統用鐵素體不銹鋼，該鐵素體不銹鋼適合用于在高溫環境中使用的汽車尾氣排放系統高溫端。

本發明的汽車尾氣排放系統用鐵素體不銹鋼的化學成分(按重量百分比計)如下：

C：0.010～0.025％，Si：0.20～1.0％，Mn：0.20～1.0％，Cr：16.0～20.0％，P≤0.04％，S≤0.010％，Ni≤0.3％，N≤0.020％，C+N≤0.030％，Al：0.005～0.05％，Cu≤0.2％，O≤0.0050％，其中：添加Nb和Ti為穩定化元素，添加總量可以按照如下控制：Nb：3*(C+N)+0.30≤Nb≤0.60％，Ti：0.10～0.30％，Nb/Ti：1.5～4.0，其余為Fe和不可避免的雜質元素，雜質元素總量低于0.05％。

優選地，Nb為0.40～0.50％。

優選地，Ti為0.15～0.25％。