專利名稱：用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料的煉制方法，確切地說是一種生產(chǎn)用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)方法，以及由該方法而獲得的產(chǎn)品。
近幾年來，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車擁有量的增長(zhǎng)速度較快，而汽車尾氣造成城市大氣污染也越來越嚴(yán)重，燃油機(jī)動(dòng)車排放進(jìn)入大氣層的尾氣中含有大量的CO、HC、NOx，在光化學(xué)反應(yīng)下產(chǎn)生嚴(yán)重的化學(xué)煙霧和熱效應(yīng)，使城市環(huán)境日益惡化，引起城市居民呼吸道疾病增加、環(huán)境能見度下降，因此汽豐尾氣引起的問題已受到社會(huì)各界的普遍關(guān)注，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)動(dòng)車尾氣凈化裝置質(zhì)量較差，使用年限和凈化效果均不理想，仍然導(dǎo)致排污嚴(yán)重。國(guó)外歐美等汽車發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)燃油機(jī)動(dòng)車排氣管都安裝了EHC系統(tǒng)(Electrially Heated Catalyst)，該裝置可以大大降低尾氣中的HC、CO、NOx等污染物的含量。近期國(guó)外汽車業(yè)在尾氣凈化裝置的EHC系統(tǒng)開發(fā)研究中，對(duì)用金屬絲(箔)制成各種形狀、結(jié)構(gòu)的金屬載體，其凈化效率、實(shí)用性以及壽命方面做了大量的研究工作。該金屬材料的主要成份是Cr、Al、Fe。而國(guó)內(nèi)有關(guān)汽車業(yè)對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣凈化中所用的載體以多孔蜂窩陶瓷為主，然而，目前不管使用金屬載體還是使用多孔蜂窩陶瓷載體都存在一些問題，其耐熱沖擊性和耐機(jī)械沖擊性較低，在高溫時(shí)抵抗氧化氣氛的腐蝕能力也不好，此外載體和催化劑涂層的結(jié)合力也不強(qiáng)，因此提高機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器中的載體絲材的性能是解決其排污超標(biāo)的關(guān)鍵問題。
本發(fā)明的目的是提高機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器中載體金屬材料與中間涂層、催化劑涂層之間的結(jié)合力以及耐熱沖擊性和耐機(jī)械沖擊性，改善其在高溫時(shí)抵抗氧化氣氛的腐蝕能力，從而提供一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)方法以及由該生產(chǎn)方法而獲得的產(chǎn)品，這種金屬材料做為機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器中的載體能進(jìn)一步改善排污嚴(yán)重問題。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案而實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的載體金屬材料是在材料鉻鋁鐵的主要成份中加入適量的稀土材料并通過其特有的制造工藝而獲得的，在具體描述本發(fā)明的生產(chǎn)方法之前，首先對(duì)載體材料中各主要成份的作用以及含量的影響情況做以簡(jiǎn)單說明。在本發(fā)明中稀土合金材料用符號(hào)Re表示。
鉻和鋁都是鐵素體穩(wěn)定化元素，能大量溶解在鐵素體中，與鐵素體相比，合金鐵素體具有高的硬度和比較低的塑性，隨著鉻、鋁的增加，硬度繼續(xù)增加，塑性繼續(xù)減小。鉻和鋁是提高電熱合金電阻率的主要元素，含鋁量達(dá)到10％，含鉻量達(dá)到25％，室溫電阻率可達(dá)到1.65μΩ.m，但含鋁、鉻量提高，將導(dǎo)致電熱合金脆性增加，造成熱加工和冷加工的難度增加。另外含鋁量高造成鋁偏析，高溫使用中鋁氧化，造成電阻率發(fā)生變化。
鉻在FeCrAl電熱合金中的主要作用是提高抗介質(zhì)腐蝕能力。含Cr量大于27％時(shí)，在500-800℃區(qū)間長(zhǎng)期使用，在鐵素體基體內(nèi)會(huì)析出高硬度的“FeCrAl”型金屬型化合物，使合金塑性急劇下降，出現(xiàn)“脆化”。含Cr量19-23％合金塑性好，對(duì)抗腐蝕性能影響也不大，也不會(huì)析出“CrFe”型金屬型化合物。
鋁是提高電熱合金抗氧化性能的重要元素(其作用高于鉻)，也是提高其最高使用溫度的重要元素。但是含鋁量高會(huì)引起電熱合金中鐵素體的強(qiáng)烈脆化，降低塑性。另外鋁是很活潑的元素，極容易與氧、氮發(fā)生反應(yīng)形成非金屬夾雜物(為AL2O3或AIN)。降低電熱合金的純凈度，機(jī)械性能和物理性能惡化。含鋁量應(yīng)該控制在6.5-8.5％。
稀土合金加入量為0.2-0.5％，可以明顯降低電熱合金氧化速度、細(xì)化晶粒，減緩高溫下晶粒長(zhǎng)大速度及高溫穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。而且稀土合金的加入可凈化基體，減少非金屬夾雜物的數(shù)量，改善其大小、分布和形態(tài)，提高電熱合金室溫和高溫下的塑性。所述的稀土合金Re為鈰或釔。
碳在電熱合金中屬于有害元素，高溫下生成一氧化碳破壞氧化膜的致密性，加速其氧化速度，而且碳化物的存在降低電熱合金的塑性。在經(jīng)濟(jì)上可行的前提下，含碳量越低越好。另外，降低氮含量，可以減少氮化物析出，提高電熱合金的塑性。
鉛、錫、銻、銅等低熔點(diǎn)元素的含量應(yīng)降到最低，這些元素會(huì)影響電熱合金室溫和高溫下的強(qiáng)度、塑性指標(biāo)。
綜合上述幾點(diǎn)設(shè)計(jì)出一種新的FeCrAlRe電熱合金，其化學(xué)成份見表1，低熔點(diǎn)元素含量的控制標(biāo)準(zhǔn)，見表2。表1電熱合金化學(xué)成份
表2低熔點(diǎn)元素含量的控制標(biāo)準(zhǔn)
下面詳細(xì)描述本發(fā)明用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)方法及其產(chǎn)品。
用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)工藝方法包括熔煉工藝、電渣重熔、鍛造開坯、退火、酸洗、拉絲，其中熔煉工藝包括選料、裝料、熔化及精煉過程，所述的選料是選用工業(yè)純鐵，金屬鉻、鋁鐵或鋁餅、鈰鐵、金屬猛、結(jié)晶硅、石灰、螢石等。要保證化學(xué)成分準(zhǔn)確，殘余元素如鉛、錫、銻、銅、砷等含量低。對(duì)入爐原料要認(rèn)真挑選，使用前分析核對(duì)。爐料進(jìn)爐前進(jìn)行除污銹處理，在溫度250℃以上箱式爐內(nèi)保溫4小時(shí)待用；所述的裝料是采用中頻感應(yīng)電爐，采用不氧化法熔煉。爐料進(jìn)爐次序，金屬鉻、工業(yè)純鐵；所述的熔化過程是爐料進(jìn)爐后，開始接通電源，逐步增加功率。熔化過程中要經(jīng)常搗料，防止未熔化的爐料搭橋，并不斷添加工業(yè)純鐵。大部分爐料熔化后，分批加入造渣材料石灰和螢石，加入量0.6-1.0％，直到堿性造渣材料履蓋合金液表面，防止鋼液氧化，在升溫過程中不斷扒渣；所述的精煉過程是鋼液溫度已升到1600℃左右，取樣分析C、Si、Mn、S、P、Cr以及Pb、Sn、Sb、Cu、As，即添加造渣材料履蓋。當(dāng)分析結(jié)果報(bào)出后，添加爐料進(jìn)行調(diào)整，直到合格，扒清爐渣，用0.2％鋁條，分批加入進(jìn)行脫氧、脫氮、扒清渣后將配好的鋁餅送入合金液面以下，再用0.1％左右的鋁條脫氧后，出爐，倒入鋼包；原鋼包用煤氣烘烤到500℃以上，備用。待出鋼后把含Re＞20％的鈰鐵合金用純鐵皮包好放在離鋼包底1/3處，鋼包內(nèi)還加少量硅鈣合金，倒入合金液后，通入氬氣，攪拌30-50秒，即可澆錠；所述的電渣重熔是將錠鍛打成Φ100的圓棒，進(jìn)行電渣重熔。電渣重熔工藝必須嚴(yán)格控制，必須使用具有還原性熔渣，熔渣成分Al203和螢石的比例為3∶7，防止鋁的氧化， 電渣重熔錠的單重為30-80kg；所述的鍛造開坯是開坯溫度為1100℃，終鍛溫度950℃以上，坯料尺寸為45×45×1200-1500mm；所述的熱軋是采用250mm橫列式軋機(jī)生產(chǎn)Φ6、Φ8mm盤條，每盤條單重為15-20kg；所述的退火是有二種退火方式，一種采用周期式電爐，在氧化性氣氛中退火，退火工藝為780℃保溫后淬水，另一種采用保護(hù)性氣氛(氬氣)的周期式電爐或成品采用具有保護(hù)氣氛的連續(xù)式單線退火處理方式；所述的酸洗采用周期式酸洗槽，在氧化性氣氛的電爐進(jìn)行退火處理的半成品，進(jìn)行酸洗處理；最后的拉絲是采用單列拉絲機(jī)進(jìn)行拉絲，每拉一次，為消除經(jīng)過冷變形成的加工硬化現(xiàn)象，需進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，以恢復(fù)材料的塑性，退火溫度控制在760℃×1hr；直至拉制成所需的直徑。
在上述工藝中，稀土元素的加入，可以降低電熱合金中O、S、N的含量，還可以改善夾雜物顆粒的大小、形態(tài)，使之彌散分布。
在上述的拉絲步驟中是使用天然鉆石拉絲模具或聚晶金剛石拉絲模具，這樣可提高絲材表面質(zhì)量，減小表面殘余應(yīng)力。
由上述生產(chǎn)工藝方法而獲得的絲材，其成份為(以重量百分比計(jì))C≤0.04，P、S≤0.02，Mn0.50-0.65，Si≤0.55，Ni≤0.55，Cr19.0-21.0，Al6.5-8.5，Re0.2-0.50(加入量)，F(xiàn)e余量；其性能指標(biāo)為熱導(dǎo)率12.8w/m.k，比熱容0.494-0.508kj/kg.k，密度7.07-7.10kg/l，熱膨脹系數(shù)15.95-16.05×10-6℃-1，電阻均勻性小于3.0％，高溫氧化試驗(yàn)1200℃，800h增量小于2.6mg/cm2，常溫延伸率δ5＞12％，高溫機(jī)械性能拉斷值＞440g，延伸率＞4％(Φ0.6的金屬絲材)。
汽車尾氣凈化器要求載體具有耐高溫、抗氧化，同時(shí)在高溫時(shí)有足夠的強(qiáng)度及高溫抗腐蝕、疲勞能力，以保證尾氣處理的正常運(yùn)行及效果。Cr和Al的含量的增高有利于提高合金耐高溫性能，Al的加入可以提高高溫電阻，但Al的加入量受Cr含量的限制，而本發(fā)明確定了Cr、Al的最佳匹配值，同時(shí)在合金中加入有效的稀土元素，從而降低了C、P、S等有害元素的含量， 進(jìn)一步提高了其載體材料的純凈度，同時(shí)加強(qiáng)了材料和催化劑涂層的結(jié)合力，增加了凈化器對(duì)尾氣的處理效果，通過解決合金的冶煉工藝技術(shù)難題，從而提高了材料的質(zhì)量和壽命。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)方法，它包括熔煉工藝、電渣重熔、鍛造開坯、退火、酸洗、拉絲，其中熔煉工藝包括選料、裝料、熔化及精煉過程，其特征在于所述的選料是選用工業(yè)純鐵，金屬鉻、鋁鐵或鋁餅、鈰鐵、金屬錳、結(jié)晶硅、石灰、螢石等，要保證化學(xué)成分準(zhǔn)確，殘余元素如鉛、錫、銻、銅、砷等，含量低，對(duì)入爐原料要認(rèn)真挑選，使用前分析核對(duì)，爐料進(jìn)爐前進(jìn)行除污銹處理，在溫度250℃以上箱式爐內(nèi)保溫4小時(shí)待用；所述的裝料是采用中頻感應(yīng)電爐，采用不氧化法熔煉；爐料進(jìn)爐次序，金屬鉻、工業(yè)純鐵；所述的熔化過程是爐料進(jìn)爐后，開始接通電源，逐步增加功率；熔化過程中要經(jīng)常搗料，防止表熔化的爐料搭橋，并不斷添加工業(yè)純鐵；大部分爐料熔化后，分批加入造渣材料石灰和螢石，加入量0.6-1.0％，直到堿性造渣材料履蓋合金液表面，防止鋼液氧化，在升溫過程中不斷扒渣；所述的精煉過程是鋼液溫度已升到1600℃左右，取樣分析C、Si、Mn、S、P、Cr以及Pb、Sn、Sb、Cu、As后，即添加造渣材料履蓋；當(dāng)分析結(jié)果報(bào)出后，添加爐料進(jìn)行調(diào)整，直到合格，扒清爐渣，用0.2％鋁條，分批加入進(jìn)行脫氧、脫氮、扒清渣后將配好的鋁餅送入合金液面以下，再用0.1％左右的鋁條脫氧后，出爐，倒入鋼包；原鋼包用煤氣烘烤到500℃以上，備用；待出鋼后把含Re＞20％的鈰鐵合金用純鐵皮包好放在離鋼包底1/3處，鋼包內(nèi)還少量硅鈣合金，倒入合金液后，通入氬氣，攪拌30-50秒，即可澆錠；所述的電渣重熔是將錠鍛打成Φ100的圓棒，進(jìn)行電渣重熔；電渣重熔工藝必須使用具有還原性熔渣，熔渣成分Al2O3和螢石的比度為3∶7，防止鋁的氧化，電渣重熔錠的單重為30-80kg；所述的鍛造開坯是開坯溫度為1100℃，終鍛溫度g50℃以上，坯料尺寸為45×45×1200-1500mm；所述的熱軋是采用250mm橫列式軋機(jī)生產(chǎn)Φ6、Φ8mm盤條，每盤條單重為15-20kg；所述的退火是有二種退火方式，一種采用周期式電爐，在氧化性氣氛中退火，退火工藝為780℃保溫后淬水，另一種采用保護(hù)性氣氛(氬氣)的周期式電爐或成品采用具有保護(hù)氣氛的連續(xù)式單線退火處理方式；所述的酸洗采用周期式酸洗槽，在氧化性氣氛的電爐進(jìn)行退火處理的半成品，進(jìn)行酸洗處理；最后的拉絲是采用單列拉絲機(jī)進(jìn)行拉絲，每拉一次，為消除經(jīng)過冷變形形成的加工硬化現(xiàn)象；需進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，以恢復(fù)材料的塑性，退火溫度控制在760℃×1hr；直至拉制成所需的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的拉絲步驟中是使用鉆石拉絲模具或聚晶金剛石拉絲模具。
3.一種由權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法而獲得的用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料，其特征在于材料的成分為以重量百分比計(jì)C≤0.04，P、S≤0.02，MnO.50-0.65，Si≤0.55，Ni≤0.55，Cr19.0-21.0，Al6.5-8.5，Re0.2-0.50，F(xiàn)e余量；其性能指標(biāo)為熱導(dǎo)率12.8m.k，比熱容0.494-0.508kj/kg.k，密度7.07-7.10kg/l，熱膨脹系數(shù)15.95-16.05×10-6℃C-1，電阻均勻性小于3.0％，高溫氧化試驗(yàn)1200℃，800h增量小于3.0mg.cm2，常溫延伸率δ5＞12％，高溫機(jī)械性能，拉斷值＞44g、延伸率＞4％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器載體金屬材料的生產(chǎn)方法及其所述生產(chǎn)方法獲得的產(chǎn)品,本發(fā)明確定了Cr、Al的最佳匹配值,采用先進(jìn)的熔煉工藝以及在合金中加了有效的稀土元素,從而降低了C、P、S等有害元素的含量,進(jìn)一步提高了其載體金屬材料的純凈度,同時(shí)加強(qiáng)了金屬材料和催化劑涂層的結(jié)合力,增加了凈化器對(duì)尾氣的處理效果,通過解決合金的冶煉工藝技術(shù)難題,從而提高了金屬材料的質(zhì)量及壽命。
文檔編號(hào)C22C38/18GK1343796SQ0011255
公開日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2000年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月16日
發(fā)明者鄭文龍, 楊祥生, 江靜波, 錢勝華 申請(qǐng)人:江蘇江河集團(tuán)電力工程公司