基本上不含鉬的抗蠕變鐵-鉻-鋁合金制造技術(shù)

提供一種可熱加工的鐵－鉻－鋁合金，它是抗蠕變的，并含有稀土和鈮，而且基本上無(wú)鉬以抗氧化，它適用于抗氧化和蠕變的催化基體和系統(tǒng)。（*該技術(shù)在2015年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及抗熱循環(huán)氧化的、可熱加工的含稀土添加物的鐵-鉻-鋁合金。為抗高溫氧化及改善氧化物表面而提供含有稀土添加物的鐵-鉻-鋁合金是已知的。一般說(shuō)來(lái)，這類合金具有在要求抗氧化的高溫環(huán)境中使用的性能，而且它們一直被推薦用作基體材料，如汽車工業(yè)中的催化轉(zhuǎn)換器，及氣體爐及油爐中的耐熱元件及輻射加熱元件。作為催化基體，金屬基體比現(xiàn)存的陶瓷基體有很多優(yōu)點(diǎn)。比如，與陶瓷相比，金屬基體基本上是更耐沖擊和耐震動(dòng)的，而且具有更大的熱傳導(dǎo)性。此外，金屬基體更易制成薄的箔及細(xì)小的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，從而提供更大的表面積和更輕的重量。1983年11月8日出版的美國(guó)專利4，414，023公開了一種抗氧化的鐵素體不銹鋼，它含8～25%的鉻、3～8%的鋁、及至少0.002到最多為0.05%的選自由鈰、鑭、釹和鐠所組成的物組中的稀土，而所有稀土的總量最多為0.06%。該合金也可用鋯或鈮來(lái)穩(wěn)定化。鈮穩(wěn)定化基于這樣的準(zhǔn)則在高溫退火后產(chǎn)生提高了的溫度的蠕變強(qiáng)度，而對(duì)抗熱循環(huán)氧化的不利效應(yīng)則最小。1974年12月3日出版的美國(guó)專利3，852，063公開了一種主要以通過(guò)固溶處理而有抗高溫腐蝕和高溫強(qiáng)度的鐵-鉻-鋁合金。該合金含0.2～3.0%的鉬、0.05～3.0%、更好是0.1～0.5%的選自由鈮和鉭所組成的物組中的一種元素，和至少一種選自由釔、鈹和硼所組成的物組中的元素。未述及抗蠕變性能。1981年9月1日出版的美國(guó)專利4，286，986公開了一種抗蠕變不銹鋼，它含11～20%的鉻、0～5%的鋁、最多為1.5%的硅、最多為5%的鉬及特定量的、范圍為0.63～1.15%的鈮。通過(guò)將此鋼退火至至少1900°F(1038℃)，在1600°F(871℃)1200 psi(7.3MPa)下的蠕變壽命有改善。該合金不含任何稀土添加物，而且也未述及抗熱循環(huán)氧化性能。1989年8月22是出版的美國(guó)專利4，859，649談到了抗蠕變和氧化的鐵-鉻-鋁合金，它含0.1～1.0%的鉬、0.03～0.8%的稀土、鈦和鋯的添加物、及最多為0.5%的為穩(wěn)定化和抗蠕變而加的鈮。在1989年9月26出版的美國(guó)專利4，870，046中談到了用作催化劑載體的軋制的高鋁不銹鋼箔。為避免脆化及有助于穩(wěn)定化，該合金含有至少一種選自鈦、鈮、鋯和鉿所組成的物組中的元素。沒(méi)有公開加鈮的目的是為了高溫強(qiáng)度或是為了抗蠕變。該合金可任選地含最多為0.5%的稀土及0.5～5.%的鉬、鎢及鈷以改善高溫強(qiáng)度。1991年9月3日出版的美國(guó)專利5，045，404談到了一種用作催化劑載體的耐熱不銹鋼箔，它是一種含0.06%以上鑭系化合物形態(tài)的稀土、鈦和鈮之任一種或其二者以通過(guò)使碳和氮穩(wěn)定化來(lái)改善此熱軋帶鋼的韌性的鐵-鉻-鋁合金。可單獨(dú)地或聯(lián)合地用鈦和鈮來(lái)改善韌性而無(wú)對(duì)此催化劑載體耐氧化性的不利效應(yīng)。一般說(shuō)來(lái)，鉬對(duì)于增加鐵素體不銹鋼的高溫機(jī)械性能是已知的。特別是，鉬對(duì)于改善蠕變強(qiáng)度及抗點(diǎn)蝕及腐蝕性是已知的。中等含量的鉬會(huì)引起已知的災(zāi)難性氧化的效果。此效果一般與很高溫度下鉬氧化物的揮發(fā)有關(guān)。強(qiáng)制性的汽車排放要求正推動(dòng)著新的催化轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，從而使催化芯合金的抗蠕變性變得很重要。某些設(shè)計(jì)包含一個(gè)用直流電阻加熱的芯。為減少總重及限制將該芯組件加熱至所需溫度而要求的電能，一直努力將基體的厚度從目前標(biāo)準(zhǔn)的0.002英寸(0.051mm)再減薄。通過(guò)減小該箔帶的截面，越薄的材料就需要越高的、在提高了的溫度下的力學(xué)的完整性。此外，已發(fā)現(xiàn)，在制成的芯組件上的氧化皮的長(zhǎng)大會(huì)在下層的金屬箔基體中產(chǎn)生拉應(yīng)力，而該應(yīng)力大得足以引起因蠕變從而產(chǎn)生的持久的變形。申請(qǐng)?zhí)枮椋卟⑶肄D(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的申請(qǐng)人的在案中國(guó)申請(qǐng)(RL-1577)中，提出了一種以含稀土添加物和有效量的、最多為0.8%、更好是0.1～0.55%的鈮來(lái)抗御蠕變和二次晶粒長(zhǎng)大的鐵-鉻-鋁合金。現(xiàn)在仍需要可以低成本熔煉工藝生產(chǎn)的、并能抵御熱循環(huán)氧化的鐵-鉻-鋁合金。更好是，這類合金有經(jīng)改善的抗蠕變性，而同時(shí)仍有該合金的充分的熱加工性。此外，希望通過(guò)特定的原料選擇提供一種能改善合金的抗蠕變性而又不削弱抗氧化性的合金。附圖說(shuō)明圖1是900℃時(shí)不同鉬含量的應(yīng)力-斷裂試驗(yàn)圖。圖2和3是作為鉬函數(shù)的氧化斷裂時(shí)間圖。圖4是作為鉬函數(shù)的拋物線速率常數(shù)圖。按照本專利技術(shù)，提供一種在高溫下抗熱循環(huán)氧化及蠕變的、可熱加工的鐵素體不銹鋼合金。該合金基本上由(重量)10～25%的鉻、3～8%的鋁、最多為4%的硅、最多為1%的錳、最多為0.8%的稀土，用于抗蠕變的有效量的、最多為1.5%的鈮、不超過(guò)0.10%的鉬、余量的鐵及常見(jiàn)的煉鋼雜質(zhì)。還提供了具有可熱加工鐵素體不銹鋼合金的抗氧化和蠕變的催化基體。一般說(shuō)來(lái)，這里提供一種含稀土添加物的鐵-鉻-鋁鐵素體不銹鋼合金，該合金具有耐熱循環(huán)氧化性，并保持具有抗蠕變性的、好的熱加工性，同時(shí)又避免了抗氧化性的下降。本文中所用的全部組分的百分比均為重量百分比。鉻含量的范圍可在10～25%、而更好是19～21%，以便提供所需的性能，如抗腐蝕和抗氧化性。鉻的這種含量是被限制的以避免不必要的、影響該合金成型性的硬度和強(qiáng)度。低到10%的鉻可達(dá)到足夠的及所需的抗熱循環(huán)氧化性。然而，大于25%的鉻，則增加了該合金制備上的困難。該合金中的此鋁含量提供了在高溫下增加了的抗氧化性，降低所需鉻的總量，并傾向于提高抗起氧化皮的能力。在該合金中需要鋁來(lái)提供形成氧化鋁(鋁的氧化物～Al2O3)表面的來(lái)源。通常，鋁以3～8%的范圍存在于該合金中。低于約3%，則抗循環(huán)氧化性能傾向于變得不可接受地低。大于約8%，該合金傾向于有降低了的可加工性。更好是，鋁的范圍為4.5～5.5%以提供該合金的在提高了的溫度下的的抗氧化性能、加工性能及熱膨脹系數(shù)的所期望的組合。稀土金屬添加物對(duì)于鋁氧化物表面的固著是必不可少的。適用于本專利技術(shù)的稀土金屬可以是選自鑭系的14種元素。該稀土的普通來(lái)源可以是如稀土混合物，它是主要由鈰、鑭、釹、鐠和釤構(gòu)成的混合物。最好是該合金至少含鈰或鑭的添加物，或其組合物，以確保氧化鋁膜的固著并提供一種氧化膜，它以其可形成有所需表面形態(tài)的鋁氧化物表面的能力為特征。稀土混合物是一種相對(duì)不昂貴的混合物或是幾種稀土元素，而且可被用作合金添加劑。該稀土合金添加物的范圍最高為0.8%，因?yàn)樗饕绊懺摵辖鸬目寡趸远挥绊懜邷厝渥兓驊?yīng)力-斷裂。最好是，本專利技術(shù)的合金含一種稀土添加物，其中至少0.002%選自由鈰和鑭構(gòu)成的物組，而各稀土金屬、鈰和鑭的總含量不超過(guò)0.05%。優(yōu)選的是，如以上提及的美國(guó)專利4，414，023所述，全部稀土金屬的總含量不應(yīng)超過(guò)約0.06%。更高的稀土含量會(huì)或不會(huì)改善抗氧化和抗起皮性能，或氧化物膜的固著性，但它確實(shí)傾向于在約1900°F～2350°F(1038℃～1288℃)的正常的鋼的熱加工溫度下降低熱加工性。更好是，該稀土主要由0.005～0.035%的鈰構(gòu)成。硅可以最多為4%，優(yōu)選為最多1%，更優(yōu)選為0.2～0.6%的量存在。硅的存在一般趨于改善綜合的抗氧化能力，改善該熔融金屬的流動(dòng)性及將此合金鑄造成薄切片的能力。硅一般還是用來(lái)在生產(chǎn)鋼時(shí)脫氧的元素，而且還顯示出對(duì)氧化物固著的中性的或稍有利的效果。硅可使該合金在冷加工時(shí)具有脆性，這在鉻含量低于14%最令人注意。出于這本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種抗熱循環(huán)氧化和蠕變的、可熱加工的鐵素體不銹鋼合金，該合金基本上由，按重量百分比，１０～２５％鉻、３～８％鋁、最多為４％硅、最多１％錳、最多０. ８％稀土、有效量至最多０. ８％用以抗蠕變的鈮、不大于約０. １０％的用以抗氧化的鉬、平衡量的鐵及常規(guī)煉鋼雜質(zhì)所組成。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：詹姆斯M拉森，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：艾利格漢尼勒德魯姆公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]