專利名稱：抗氧化和防腐蝕的含鉬奧氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明涉及一種抗氧化和防腐蝕奧氏體不銹鋼。更具體地說，本發(fā)明涉及一種適于在高溫和腐蝕環(huán)境下，例如在汽車排氣系統(tǒng)部件中使用的奧氏體不銹鋼。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼特別適用于在高達(dá)1800°F溫度和腐蝕環(huán)境例如富含氯化物的水中使用的部件。
背景技術(shù)：
在汽車排氣系統(tǒng)部件的制造中，共同的目標(biāo)是降低成本和減輕重量，同時還保持系統(tǒng)的整體性。通常，為了減輕部件的重量，用薄的不銹鋼材制造用于這些領(lǐng)域的汽車部件，因此，部件必須是高度防腐的，以防止因穿孔或其他方式而出現(xiàn)的腐蝕破壞。防腐是復(fù)雜的，這是因為在某些汽車排氣系統(tǒng)領(lǐng)域中使用的部件是在高溫下嚴(yán)酷的腐蝕性化學(xué)環(huán)境下工作的。特別是，汽車排氣系統(tǒng)部件和其他汽車發(fā)動機(jī)部件因排出的熱廢氣在高溫條件下工作時受到路面防凍鹽的污染。在這些條件下工作的不銹鋼和其他金屬部件對已知的熱鹽腐蝕的腐蝕侵蝕復(fù)雜方式是敏感的。
通常，在高溫下，不銹鋼部件對暴露在空氣的表面上發(fā)生氧化，以形成金屬氧化物保護(hù)層。氧化物層保護(hù)底層的金屬并降低其進(jìn)一步氧化和其他形式的腐蝕。但是，路面防凍鹽的沉積會侵蝕和剝蝕該氧化物保護(hù)層。當(dāng)氧化物保護(hù)層被剝蝕時，底層金屬便裸露出來并且對嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境變得敏感。
因此，為汽車排氣系統(tǒng)部件選擇的金屬合金應(yīng)能在要求條件的范圍內(nèi)使用。汽車排氣系統(tǒng)部件的使用壽命是關(guān)鍵，因為用戶、聯(lián)邦條例對延長壽命有要求，而制造商的保單對此也有要求。為了汽車排氣系統(tǒng)部件選擇更復(fù)雜化的合金，在這些領(lǐng)域中，近來的發(fā)展是采用金屬撓性連接管，連接管的作用是可將兩個固定的排氣系統(tǒng)部件柔順地連接在一起。采用撓性連接管可以減緩與使用焊接、滑移和其他連接有關(guān)的問題。撓性連接管所用材料的選擇應(yīng)經(jīng)受高溫腐蝕環(huán)境，都必須是可成型的，并且耐熱鹽腐蝕和各種其他腐蝕，例如中溫氧化，一般腐蝕，和氯化物應(yīng)力的蝕裂。
汽車排氣系統(tǒng)撓性連接管中使用的合金在受到諸如路面防凍鹽的污染后經(jīng)常要經(jīng)受高溫的條件。鹵化物鹽會起助熔劑的作用，除去一般在高溫下連接管上所形成的保護(hù)的氧化皮。在這種條件下，連接管會剝蝕得相當(dāng)快。因此，單靠簡單的空氣氧化試驗不足以真實地再現(xiàn)使用中的防腐蝕剝蝕。
汽車工業(yè)采用幾種合金以制造汽車排氣系統(tǒng)部件。這些合金包括低成本的中度耐腐蝕材料到高成本的耐腐蝕性更大的高級合金材料。成本較低的中度耐腐蝕合金是AlSi型316Ti(UNS登記號S31635)。如果將316Ti型不銹鋼置于高溫下，那么腐蝕得就更快，因此，當(dāng)溫度高于約1200°F時，一般在汽車排氣系統(tǒng)的撓性連接管中不使用這種型號的不銹鋼。316Ti型不銹鋼通常僅用于不在高排氣溫度下運(yùn)行的汽車排氣系統(tǒng)部件。
人們通常采用成本更高、更高級的合金材料以制造在高溫下工作的汽車排氣系統(tǒng)用的撓性連接管。制造高溫腐蝕環(huán)境下使用的撓性連接管用的典型合金是UNS登記號N06625的奧氏體鎳基超級合金，它是一種市售商品，例如ALLEGHENY LUDLUM ALTEMP625(下文稱為“AL 625”)。AL 625是一種奧氏體鎳基超級合金，在較寬的腐蝕條件下具有優(yōu)異的抗氧化和防腐性，并且具有極好的可加工性和高的強(qiáng)度。UNS登記號N06625合金一般含有(按重量計)約20～25％鉻，約8～12％鉬，約3.5％鈮和4％鐵。盡管選用這種類型的合金制造汽車排氣系統(tǒng)的撓性連接管最好，但是與316Ti型合金和其他鐵基合金相比，其價格相當(dāng)昂貴。
汽車排氣系統(tǒng)部件制造商可以采用其他合金制造排氣系統(tǒng)撓性連接管。但是，這些合金中沒有一種具有高耐腐蝕性，尤其是在高溫和腐蝕性污染物例如在路面防凍鹽中使用時。
因此，人們對在高溫腐蝕性環(huán)境下使用的防腐材料有一種需求，這種防腐蝕材料與高級合金，例如UNS登記號N06625合金不同，并且，生產(chǎn)成本比這類超級合金低。更具體地說，人們對鐵基合金有一種需求，可將這種鐵基合金制成諸如輕質(zhì)撓性連接管和汽車排氣系統(tǒng)其他部件，并且能抵抗高溫下諸如鹽沉積物和其他路面防凍產(chǎn)品類的腐蝕性物質(zhì)的腐蝕。
發(fā)明概要本發(fā)明致力于上述需求，提供了一種奧氏體不銹鋼，它包含17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬。向鐵基合金中添加鉬以增強(qiáng)其高溫下的防腐性。
本發(fā)明還提供了一種主要由17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，0～1.0％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所構(gòu)成的奧氏體不銹鋼。
本發(fā)明的奧氏體不銹鋼在高達(dá)至少1500°F的較寬溫度范圍內(nèi)具有增強(qiáng)的耐鹽腐蝕性。如上所述，本發(fā)明還提供了用奧氏體不銹鋼制造的制品。因此，本發(fā)明不銹鋼具有更寬的應(yīng)用領(lǐng)域，例如用于制造汽車部件，更具體地說，制造汽車排氣系統(tǒng)部件和撓性連接管，以及在需要耐腐蝕的其他領(lǐng)域中應(yīng)用。本發(fā)明的合金具有優(yōu)異的高溫抗氧化性，因此，在高溫條件下具有更寬的用途，例如用作加熱元件殼套。本發(fā)明也提供了用奧氏體不銹鋼制造制品的方法，所述奧氏體不銹鋼含有17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬。
在下面本發(fā)明實施方案詳細(xì)描述的一些見解下讀者將體會到本發(fā)明的上述細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，以及其它在制造和/或使用本發(fā)明的不銹鋼時，讀者還會領(lǐng)悟到本發(fā)明的其他一些細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡述參照附圖可以更容易理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是對比分別涂覆有0.0，0.05和0.10mg/cm2鹽層并且在1200°F下經(jīng)受72小時的本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的平板試片試樣在進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖2是對比分別涂覆有0.0，0.05和0.10mg/cm2鹽層并且在1500°F下試驗72小時的本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的平板試片試樣在進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖3是對比分別涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層并且在1200°F下經(jīng)受的本發(fā)明一種合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的焊接的淚珠狀(welded teardrop)試樣在進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖4是對比分別涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層并且在1500°F下經(jīng)受的本發(fā)明一種合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的焊接的淚珠狀試樣在進(jìn)行熱鹽腐蝕試驗結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖；圖5是按照簡單靜態(tài)氧化試驗的ASTM G54-標(biāo)準(zhǔn)試驗操作的分析步驟的結(jié)果說明典型腐蝕金屬試樣的示圖；圖6是對比本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的試樣按照ASTM G54對涂有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層的焊接的淚珠狀試樣在1200°F下試驗結(jié)果的滲透深度的示圖；圖7是對比本發(fā)明合金(試樣2)和現(xiàn)有技術(shù)合金的試樣按照ASTM G54對涂有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層的焊接的淚珠狀試樣在1500°F下試驗結(jié)果的滲透深度的示圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一種耐高溫腐蝕的奧氏體不銹鋼。本發(fā)明的耐腐蝕奧氏體不銹鋼特別可應(yīng)用于汽車工業(yè)，更具體地說，用于汽車排氣系統(tǒng)部件。奧氏體不銹鋼是包括鐵、鉻和鎳的合金。一般情況下，奧氏體不銹鋼用于需耐腐蝕的領(lǐng)域中，其特征在于鉻含量高于16％，鎳含量高于7％。
通常，腐蝕過程是金屬或金屬合金與其環(huán)境的反應(yīng)過程。金屬或合金在特定環(huán)境下的腐蝕通常至少部分由其組成和其他因素確定。腐蝕的副產(chǎn)物通常是金屬氧化物，例如氧化鐵、氧化鋁、氧化鉻等。在不銹鋼上形成某些氧化物，尤其是氧化鉻是有利的，它有效地阻止了底層金屬的進(jìn)一步剝蝕。腐蝕會因加熱或腐蝕劑的存在而加速。
汽車領(lǐng)域中使用的不銹鋼的耐腐蝕性因高溫條件下遭受路面防凍鹽的污染而變得復(fù)雜。這種污染由于高溫下形成的氧化物和污染鹽之間的相互作用而導(dǎo)致腐蝕的復(fù)雜形式。高溫氧化的特征是通過金屬直接與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，而形成保護(hù)的氧化物。汽車部件上沉積的路面防凍鹽會侵蝕和剝蝕氧化物保護(hù)層。當(dāng)保護(hù)層剝蝕時，底層金屬進(jìn)一步受到腐蝕。鹵化物鹽，尤其是氯化物鹽促進(jìn)侵蝕的局部形成，例如蝕坑或晶粒界面氧化。本發(fā)明提供了一種耐熱鹽腐蝕的奧氏體不銹鋼。
本發(fā)明奧氏體不銹鋼包括1～6％(重量)鉬。鉬是作為合金化劑加入的，以使合金具有耐腐蝕性、韌性、強(qiáng)度和耐高溫蠕變性。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼還包括17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳和小于0.8％(重量)硅。本發(fā)明奧氏體不銹鋼的高溫耐腐蝕性優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)316Ti型合金，因此，將更廣泛地用作一種汽車排氣部件。但是，本發(fā)明的這種耐腐蝕的成本比UNS登記號N06625合金的低，因為本發(fā)明是一種鐵基合金，而N06625合金是更昂貴的鎳基超級合金。
本發(fā)明的奧氏體不銹鋼優(yōu)選含有高于2％(重量)的鉬。本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案包括小于4％(重量)的鉬。這種鉬濃度以合理價格改善了耐腐蝕性。本發(fā)明可任選地含有其他合金組分，例如碳、錳、磷、硫和銅。本發(fā)明的不銹鋼還可含有例如0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁和其他不可避免的雜質(zhì)。
電加熱元件殼套一般包括一個密封在金屬殼套中的電阻導(dǎo)體。金屬殼套優(yōu)選提供了抗高溫氧化。電阻導(dǎo)體可支承在殼套內(nèi)并通過致密的耐火材料包裹層(導(dǎo)熱材料)與殼套電絕緣。電阻導(dǎo)體通常是螺旋狀纏繞的金屬絲部件，而導(dǎo)熱耐火材料可以是粒狀氧化鎂。
制備本發(fā)明的不銹鋼，并評估在高溫腐蝕性環(huán)境下的耐腐蝕性。使一種合金熔體與包括17～23％(重量)鉻和19～23％(重量)鎳的目標(biāo)組合物熔融。本發(fā)明的這種合金還含有2.5％(重量)的目標(biāo)鉬。表1示出了最終合金(如試樣1)的實際組成。試樣1的合金按常規(guī)方法制備，更具體地，通過真空熔融濃度接近目標(biāo)成分的合金組分而制備。然后破碎形成的金屬錠并在約2000°F的溫度下進(jìn)行熱軋，制成厚度為0.1英寸，寬度為7英寸的板。對制成的板進(jìn)行噴砂處理并用酸除去氧化皮。然后冷軋板材，使其厚度為0.008英寸，并在惰性氣體下進(jìn)行退火處理。將形成的板材制成兩面平滑的試片和焊接的淚珠狀試樣。
為比較起見，獲取其他市售的合金，并制成平滑的試片和焊接的淚珠狀的試樣。將試樣2熔制成市售AlSi 334型(UNS登記號S08800)合金的規(guī)格。334型合金是一種組成類似于試樣1的奧氏體不銹鋼，但不包括預(yù)先添加的鉬。334型合金通常是一種旨在耐高溫氧化和碳化的鎳鉻不銹鋼。表1示出了試驗的334型試樣的分析結(jié)果。334型合金的特征如我們的合金，它包含約20％(重量)鎳和約19％(重量)鉻。選擇334型合金是為了進(jìn)行比較，以確定在熱鹽腐蝕試驗中在試樣1中因添加的鉬而改進(jìn)耐腐蝕。
為比較也試驗AlSi型316Ti(UNS登記號S31635)(試樣3)和AL 625(UNS登記號N06625)(試樣4)的試樣。目前用于汽車排氣系統(tǒng)的撓性連接管中采用這兩種合金，因為它們是可成形的并且耐中溫氧化，一般的腐蝕，和氯化物應(yīng)力腐蝕龜裂，尤其是在高含量的路面污染物例如防凍鹽的存在下。表1示出了試樣3和4的組成。AlSi 316Ti型合金是當(dāng)前在低溫汽車排氣系統(tǒng)中撓性連接管領(lǐng)域中所用的低成本合金。另一方面，AL 625是一種當(dāng)前應(yīng)用范圍較廣的成本較高的材料，包括用作溫度高于1500°F的汽車排氣系統(tǒng)柔性連接管。
試樣1 試樣2 試樣3 試樣4T334+2.5MoT334 T316TiAL625合金C 0.018 0.014 0.08最大 0.05N 0.016 0.014 0.10最大 --Al0.29 0.28 --0.30Si0.58 0.57 0.75最大 0.25Ti0.53 0.49 0.70 0.30Cr19.48 18.75 16-18 22.0Mn0.51 0.54 2最大 0.30Fe平衡量平衡量平衡量0.40Ni19.91 18.67 10-14 平衡量Nb+Ta ------3.5Mo2.47 --2-3 9.0表1試驗合金的組成設(shè)計一種試驗，以確定在有沉積的腐蝕固體存在下上述試樣的耐高溫腐蝕性和抗氧化性。進(jìn)行專門的腐蝕試驗的實施，是模擬這些高溫腐蝕環(huán)境。現(xiàn)在，對合金耐高溫鹽腐蝕進(jìn)行的最多的試驗分為“杯”試驗或“浸漬”試驗。
在杯試驗中，合金試樣被置于一個一般為Swift或Erichsen幾何狀的杯中。然后，杯中裝滿已知體積的具有已知鹽濃度的試驗水溶液。在爐中蒸發(fā)掉杯中的水，留下涂在試樣上的鹽。在循環(huán)或等溫條件下使試樣經(jīng)受高溫，評估試樣的耐鹽腐蝕。在浸漬試驗中，將平板狀或U形彎曲狀的試樣浸入具有已知鹽濃度的水溶液中。在爐中蒸發(fā)掉水，留下涂在試樣上的鹽。然后評估試樣的耐鹽腐蝕。
但是，用上述兩種試驗確定耐鹽腐蝕存在一些問題。試驗結(jié)果可能不一致，并且試驗與試驗之間不易于進(jìn)行對比，原因是在整個要試驗的表面上鹽的涂層是不均勻的或試樣之間是不一致的。采用杯試驗或浸漬試驗，鹽一般在最后干燥的區(qū)域沉積得最密集。為了迫使鹽更均勻地沉積在試樣上，本發(fā)明人采用了簡單的施鹽方法。方法包括在一平板試樣上噴霧一種含鹽水溶液。采用該方法，可以用主要由溶解在去離子水中的氯化鈉組成的氣溶膠噴霧沉積一層均勻的鹽層。在氣溶膠噴霧沉積中，加熱試樣至約300°F，以確保水從水溶液中快速、均勻地蒸發(fā)。在噴霧之間，通過稱重監(jiān)控沉積鹽的量，并用表面濃度(mg鹽/cm2試樣表面積)表示。計算表明如果小心地采用該方法，可使鹽的沉積控制在約±0.01mg/cm2。噴霧后，可在仍是試驗空氣或需要時各種其他環(huán)境條件下的馬弗爐內(nèi)，在高溫下對試樣進(jìn)行至少一次72小時的熱循環(huán)處理。試驗中，為避免其他試驗材料間的交叉污染，最好采用專門的試驗爐和試驗器皿。試驗后，單獨(dú)稱重試樣和收集的各種未粘附的腐蝕產(chǎn)品。結(jié)果用比重表示，如上所述，相對于原始(未涂覆的)樣品重量的改變值。
對平板試片進(jìn)行最初試驗，因為用于熱鹽腐蝕敏感的篩選合金而言，這是最簡便的方法。在試驗前，測定每一試樣的重量。對每一個1×2英寸的試驗合金試樣施加一層均勻的鹽層。將溶解在脫離子水中的氯化物鹽的稀釋水溶液噴霧在每一個這樣的試樣上。在加熱板上預(yù)熱試樣至大約300°F，以確保水快速、均勻地從溶液中蒸發(fā)。每次噴霧后，通過稱重監(jiān)控每一試樣上沉積的鹽量。噴霧后，將試樣置于高型的氧化鋁坩堝中，并在馬弗爐中進(jìn)行1500°F的高溫處理。在仍是試驗空氣的高溫下，一般處理周期是72小時。處理后，稱重樣品。分別收集和稱重任何未粘附的腐蝕產(chǎn)品。試樣的各種計算值增加或減少是由于金屬與氣氛的反應(yīng)以及由涂層的各種剩余鹽的緣故。施加的鹽量由于與環(huán)境發(fā)生相互作用，而通常大大低于重量改變，這樣，一般就會低估。
還要試驗成型或焊接造成的殘余應(yīng)力的影響。對這試驗，將試樣加工成焊接的“淚珠狀”試樣。通過在夾具上將0.062″厚的平板試樣彎曲成淚珠狀而制造“淚珠狀”試樣，然后自熔焊接搭配的邊緣。在經(jīng)受高溫之前，采用類似于涂覆平板試樣的方法，用氯化物鹽涂覆試樣。對淚珠狀的涂覆不以定量的方式施加。但是，涂覆的結(jié)果是沉積一層平坦、均勻的鹽層。估算沉積在淚珠狀試樣外表面上的鹽量為標(biāo)準(zhǔn)的0.10mg/cm2。將涂覆的試樣置于自動的熱重量循環(huán)氧化的實驗室裝置中。每24小時，通過蒸發(fā)除去每一試樣上的鹽涂層，然后稱重試樣，以確定因置于環(huán)境中造成的重量減少或增加。稱重后，再施加鹽涂層并繼續(xù)進(jìn)行試驗。
表2概括了試樣1～5的每一個所進(jìn)行的試驗。表2 試驗樣品具有相同的基質(zhì)品種試片試驗 淚珠狀試驗試樣1 本發(fā)明 0.008″厚0.061″厚試樣2 T-332 0.008″厚0.058″厚試樣3 T-316Ti 0.008″厚0.062″厚試樣4 AL625 0.008″厚0.059″厚腐蝕試驗結(jié)果利用平板試片試驗提供了一個性能的初步測量，然后進(jìn)行焊接的淚珠狀試驗，證實平板試片試驗和擴(kuò)展試驗的結(jié)果。
平板試片試驗結(jié)果試驗是對表1所列的四種試驗材料，即試樣1～4的平板試片試樣進(jìn)行的，測定增加的鹽濃度和提高的溫度對合金的耐腐蝕影響。對表1中所列的試樣1～4以未施加鹽涂層和施加0.05mg/cm2和0.10mg/cm2鹽涂層的每一組成的試片進(jìn)行試驗。試片是在兩個溫度，即1200°F和1500°F下進(jìn)行試驗。在涂覆鹽之前，先稱重試樣，以確定其原始重量，然后對每一試驗涂覆適當(dāng)量的鹽，并將其置于1200°F的環(huán)境中，以測定每一合金的耐熱鹽氧化腐蝕。在高溫下暴露72小時后，從爐中取出試樣，使其冷卻至室溫。除去留在試樣上的鹽，并稱重試樣，確定最終的試樣重量。
圖1示出了平板試片試樣熱氧化腐蝕試驗的結(jié)果。圖1是對比分別涂覆有0.0，0.05和0.10mg/cm2鹽層并且在1200°F下試驗72小時的本發(fā)明合金(試樣1)和現(xiàn)有技術(shù)合金的平板試片試樣的熱鹽腐蝕試驗結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖。重量改變是用最終的試樣重量減去原始的試樣重量得到的，然后該結(jié)果除以平板試片試樣的原始表面積。
在該試驗中所有的合金在1200°F下都很好進(jìn)行。每一合金的每一試樣表明重量稍有增加，這指出有粘附氧化物層形成。如果它仍粘附在金屬的表面上，那么形成的該金屬氧化物層將對材料體起保護(hù)作用。通常，隨著鹽涂層量的增加，試樣的重量增加更大。結(jié)果表明隨著鹽濃度的增加，試樣表面的氧化程度增大。T316Ti(試樣3)的重量增加最大，超過1mg/cm2，而本發(fā)明的合金(試樣1)和T334(試樣2)的重量增加最小，低于0.3mg/cm2。
在1500°F下，對相同的合金試樣進(jìn)行了類似的試驗，結(jié)果示于圖2中。正如所預(yù)料的，低溫應(yīng)用的合金T-316Ti使用的較差。注意到有嚴(yán)重的剝落，涂有0.05mg/cm2和0.10mg/cm2的試片每平方厘米的原始表面積損失了10毫克以上。該試驗證實T-316Ti不適用于在高溫(1200°F以上)下，并且證實了由對比合金耐熱鹽氧化發(fā)展的該試驗方法的可靠性。所有的其他試驗合金使用的都很好。T-334(試樣2)在該試驗條件下示出的重量損失約為1.5mg/cm2。成本較高的AL 625超級合金(試樣4)在這些試驗條件下重量增加了約1.7mg/cm2。該重量增加與合金表面上金屬氧化物保護(hù)層的形成和該保護(hù)層的最低量剝落相一致。本發(fā)明的合金(試樣1)在沒有鹽涂層和具有0.05mg/cm2鹽涂層和0.10mg/cm2鹽涂層在1500°F下試驗72小時后重量幾乎沒有改變，但是，本發(fā)明合金重量增加了3mg/cm2。該重量增加與形成的金屬氧化物保護(hù)層相當(dāng)。與現(xiàn)有技術(shù)T-334合金(試樣2)的耐熱鹽腐蝕性相比，試樣1中存在的約2.5％(重量)鉬提高了本發(fā)明合金的耐熱鹽腐蝕性。對于沒有鹽涂層或具有0.05mg/cm2鹽涂層的試樣而言，試樣2的重量幾乎沒有改變。但是，若使試樣2置于0.10mg/cm2的鹽濃度中，則氧化物保護(hù)層剝蝕，重量損失大于1.0mg/cm2。
在該試驗中，本發(fā)明的合金具有很強(qiáng)的耐熱鹽氧化腐蝕性。試樣1中的鉬濃度使合金的耐腐蝕性高于T334合金(試樣2)的耐腐蝕性，并且與鎳基超級合金AL625(試樣4)的耐腐蝕性類似。
焊接的淚珠狀的試驗結(jié)果得到的焊接的淚珠狀試驗與平板試片試驗一致。試驗結(jié)果用重量改變百分比表示。在整個試驗期間(200小時以上)開始并定期地稱重試片。圖3和4是對比分別涂覆有標(biāo)稱0.10mg/cm2鹽層并且分別在1200°F和1500°F下試驗的本發(fā)明一種合金(試樣1)和現(xiàn)有技術(shù)合金的焊接的淚珠狀試樣的熱鹽腐蝕試驗結(jié)果的重量改變數(shù)據(jù)圖。在兩幅圖中，容易地看到T316Ti(試樣3)使用又很差，如圖4證明的，僅150小時后重量損失高于70％，表明它是不能在高溫腐蝕環(huán)境中使用的合金。如圖3所示，所有的其他試驗試樣的性能在1200°F下基本上是等同的。
圖4表明在1500°F下試驗合金的耐熱鹽腐蝕結(jié)果。該試驗結(jié)果清楚地說明了合金耐腐蝕性的差異。所有的合金試驗后都有重量損失。成本較低的合金清楚地是不適用于高溫下。其他合金的使用效果都明顯地好。T334合金(試樣2)使用的不如其他兩種合金，即AL625和本發(fā)明的合金好。200小時后，試樣2的重量損失高于原始重量的20％。組成類似于試樣2并添加有約2.5％(重量)鉬的本發(fā)明合金(試樣1)使用的比試樣2好。本發(fā)明的合金(試樣1)在1500°F下試驗時，重量損失低于原始重量的10％。高成本的鎳基超級合金AL625在1500°F下試驗150小時后的重量損失最少，低于其原始重量的5％。
一般來說，重量改變情報僅僅是在較強(qiáng)侵蝕環(huán)境下測定剝蝕總效果的一個不完全的參數(shù)。在較強(qiáng)侵蝕環(huán)境中的侵蝕，例如熱鹽氧化腐蝕在自然界中往往是無規(guī)律的，可以綜合考慮合金部件的大部分橫截面，而不單從重量改變的分析結(jié)果來看。因此，按照ASTM-G54的簡單靜態(tài)氧化試驗的標(biāo)準(zhǔn)試驗操作(Standard Practice for Simple Static Oxidation Testing)測定金屬損失(用剩余橫截面的百分比表示)。圖5說明了由該分析得到的參數(shù)定義。試驗試樣30具有一個起始厚度，T0，如圖5中所示的距離32。剩余金屬的百分?jǐn)?shù)由進(jìn)行腐蝕試驗后的試驗試樣的厚度Tm1(所示距離34)除以起始厚度(32)而確定。未受影響的金屬百分?jǐn)?shù)由未顯示腐蝕信號的試驗試樣的厚度Tm(圖4中示出的距離36)除以起始厚度(32)而確定。在腐蝕將完全剝蝕金屬試片的情況下，這些結(jié)果要比簡單的重量損失測量結(jié)果好。
圖6和7示出了金相測試結(jié)果。對低溫合金，T-316Ti(試樣4)的分析表明在兩種試驗條件下，即1200°F和1500°F下的腐蝕明顯。在1500°F下試驗后，T316Ti試片的原始橫截面僅保留了25％。
其他試驗合金在1200°F下使用得很好，未受影響的試樣1、2和4高于原始材料90％。試片在1500°F下試驗后的分析結(jié)果說明成本較高的鎳基AL625超級合金試樣4的原始厚度的損失百分?jǐn)?shù)仍很低，但是正如保留的橫截面面積百分?jǐn)?shù)(約93％)和未受影響的金屬百分?jǐn)?shù)(82％)之間的差所示的，開始呈現(xiàn)蝕坑的形成。正如按照ASTM-G54方法的分析結(jié)果所示的，材料的局部蝕坑指出了材料存在局部腐蝕破壞可能性的數(shù)據(jù)。含T332合金的試片在1500°F下試驗后也稍微有些蝕坑，保留的未受影響的原始材料部分小于75％。
本發(fā)明的合金(試樣1)在兩個溫度下試驗后，保留下的未受影響的百分?jǐn)?shù)可與鎳基AL625相當(dāng)，并且比T334合金的高。該結(jié)果表明添加的2.5％(重量)鉬延緩了氧化物保護(hù)層的剝蝕和分離。試驗后保留的橫截面和試驗后保留的未受影響面積的百分?jǐn)?shù)兩者都大于75％。
應(yīng)該清楚本說明書說明了對清楚理解本發(fā)明有關(guān)的本發(fā)明那些方面。本發(fā)明的一些方面對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此，為了使本發(fā)明的描述簡單化，該文本中未記載比較難以理解的內(nèi)容。盡管本發(fā)明針對某些實施方案已經(jīng)作了描述，但是，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員根據(jù)上述描述應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明可以有許多改進(jìn)和改變。所有的對本發(fā)明作出的這類改進(jìn)和改變都被上述描述和后附的權(quán)利要求書覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種奧氏體不銹鋼，包含17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬。
2.權(quán)利要求1的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含2～4％(重量)鉬。
3.權(quán)利要求1的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫、和0～1.0％硅。
4.權(quán)利要求1的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含2～4％(重量)鉬，0.15～0.6％(重量)鈦，和0.15～0.6％(重量)鋁。
5.權(quán)利要求4的奧氏體不銹鋼，進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫、和0～1.0％(重量)硅。
6.一種奧氏體不銹鋼，主要由19～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，0～1.0％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)組成。
7.一種奧氏體不銹鋼，主要由19～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，2～4％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，0～1.0％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)組成。
8.一種包括奧氏體不銹鋼的制造制品，包含17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬。
9.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼包含2～4％(重量)鉬。
10.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫、和0～1.0％(重量)硅。
11.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼進(jìn)一步包含2～4％(重量)鉬，0.15～0.6％(重量)鈦，和0.15～0.6％(重量)鋁。
12.權(quán)利要求8的制造制品，其中奧氏體不銹鋼進(jìn)一步包含0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫、和0～1.0％(重量)硅。
13.一種制造制品，包括一種主要由19～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，0～1.0％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的奧氏體不銹鋼。
14.一種制造制品，包括一種主要由17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，2～4％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.02％(重量)硫，0～1.0％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的奧氏體不銹鋼。
15.權(quán)利要求8～14任一項制造的制品，其中制造的制品選自汽車、汽車排氣系統(tǒng)部件、撓性連接管、加熱元件殼套和襯墊。
16.一種制造制品的方法，包括提供一種包含17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬的奧氏體不銹鋼，用該奧氏體不銹鋼制造制品。
17.權(quán)利要求16的方法，其中制品選自汽車排氣系統(tǒng)部件、撓性連接管、和襯墊。
全文摘要
一種奧氏體不銹鋼，包含17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬。在本發(fā)明鐵基合金中添加鉬增強(qiáng)了其耐高溫腐蝕性。奧氏體不銹鋼可以主要由17～23％(重量)鉻，19～23％(重量)鎳，1～6％(重量)鉬，0～0.1％(重量)碳，0～1.5％(重量)錳，0～0.05％(重量)磷，0～0.002％(重量)硫，0～1.0％(重量)硅，0.15～0.6％(重量)鈦，0.15～0.6％(重量)鋁，0～0.75％(重量)銅，鐵和不可避免的雜質(zhì)所構(gòu)成。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼在高達(dá)至少1500℃的溫度下具有增強(qiáng)的耐鹽腐蝕性。因此，本發(fā)明不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域廣，例如用作汽車部件，更具體地，用作汽車排氣系統(tǒng)部件和撓性連接管，以及其他需耐腐蝕的領(lǐng)域。
文檔編號C22C38/50GK1430682SQ01809822
公開日2003年7月16日 申請日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月18日
發(fā)明者詹姆斯·M·拉科夫斯基 申請人:Ati資產(chǎn)公司