CN1343796A

CN1343796A - 用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法及其产品

Info

Publication number: CN1343796A
Application number: CN00112552A
Authority: CN
Inventors: 郑文龙; 杨祥生; 江静波; 钱胜华
Original assignee: ELECTRIC POWER ENGINEERING CO JIANGHE GROUP JIANGSU PROV
Current assignee: ELECTRIC POWER ENGINEERING CO JIANGHE GROUP JIANGSU PROV
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2000-09-16
Publication date: 2002-04-10

Abstract

本发明涉及一种用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法及其所述生产方法获得的产品,本发明确定了Cr、Al的最佳匹配值,采用先进的熔炼工艺以及在合金中加了有效的稀土元素,从而降低了C、P、S等有害元素的含量,进一步提高了其载体金属材料的纯净度,同时加强了金属材料和催化剂涂层的结合力,增加了净化器对尾气的处理效果,通过解决合金的冶炼工艺技术难题,从而提高了金属材料的质量及寿命。

Description

用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法及其产品

本发明涉及一种金属材料的炼制方法，确切地说是一种生产用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法，以及由该方法而获得的产品。

近几年来，国内机动车拥有量的增长速度较快，而汽车尾气造成城市大气污染也越来越严重，燃油机动车排放进入大气层的尾气中含有大量的CO、HC、NOx，在光化学反应下产生严重的化学烟雾和热效应，使城市环境日益恶化，引起城市居民呼吸道疾病增加、环境能见度下降，因此汽丰尾气引起的问题已受到社会各界的普遍关注，目前国内生产的机动车尾气净化装置质量较差，使用年限和净化效果均不理想，仍然导致排污严重。国外欧美等汽车发达国家对燃油机动车排气管都安装了EHC***(Electrially Heated Catalyst)，该装置可以大大降低尾气中的HC、CO、NOx等污染物的含量。近期国外汽车业在尾气净化装置的EHC***开发研究中，对用金属丝(箔)制成各种形状、结构的金属载体，其净化效率、实用性以及寿命方面做了大量的研究工作。该金属材料的主要成份是Cr、Al、Fe。而国内有关汽车业对机动车尾气净化中所用的载体以多孔蜂窝陶瓷为主，然而，目前不管使用金属载体还是使用多孔蜂窝陶瓷载体都存在一些问题，其耐热冲击性和耐机械冲击性较低，在高温时抵抗氧化气氛的腐蚀能力也不好，此外载体和催化剂涂层的结合力也不强，因此提高机动车尾气净化器中的载体丝材的性能是解决其排污超标的关键问题。

本发明的目的是提高机动车尾气净化器中载体金属材料与中间涂层、催化剂涂层之间的结合力以及耐热冲击性和耐机械冲击性，改善其在高温时抵抗氧化气氛的腐蚀能力，从而提供一种用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法以及由该生产方法而获得的产品，这种金属材料做为机动车尾气净化器中的载体能进一步改善排污严重问题。

本发明的目的是通过下述技术方案而实现的，本发明的载体金属材料是在材料铬铝铁的主要成份中加入适量的稀土材料并通过其特有的制造工艺而获得的，在具体描述本发明的生产方法之前，首先对载体材料中各主要成份的作用以及含量的影响情况做以简单说明。在本发明中稀土合金材料用符号Re表示。

铬和铝都是铁素体稳定化元素，能大量溶解在铁素体中，与铁素体相比，合金铁素体具有高的硬度和比较低的塑性，随着铬、铝的增加，硬度继续增加，塑性继续减小。铬和铝是提高电热合金电阻率的主要元素，含铝量达到10％，含铬量达到25％，室温电阻率可达到1.65μΩ.m，但含铝、铬量提高，将导致电热合金脆性增加，造成热加工和冷加工的难度增加。另外含铝量高造成铝偏析，高温使用中铝氧化，造成电阻率发生变化。

铬在FeCrAl电热合金中的主要作用是提高抗介质腐蚀能力。含Cr量大于27％时，在500-800℃区间长期使用，在铁素体基体内会析出高硬度的“FeCrAl”型金属型化合物，使合金塑性急剧下降，出现“脆化”。含Cr量19-23％合金塑性好，对抗腐蚀性能影响也不大，也不会析出“CrFe”型金属型化合物。

铝是提高电热合金抗氧化性能的重要元素(其作用高于铬)，也是提高其最高使用温度的重要元素。但是含铝量高会引起电热合金中铁素体的强烈脆化，降低塑性。另外铝是很活泼的元素，极容易与氧、氮发生反应形成非金属夹杂物(为AL₂O₃或AIN)。降低电热合金的纯净度，机械性能和物理性能恶化。含铝量应该控制在6.5-8.5％。

稀土合金加入量为0.2-0.5％，可以明显降低电热合金氧化速度、细化晶粒，减缓高温下晶粒长大速度及高温稳定性，延长使用寿命。而且稀土合金的加入可净化基体，减少非金属夹杂物的数量，改善其大小、分布和形态，提高电热合金室温和高温下的塑性。所述的稀土合金Re为铈或钇。

碳在电热合金中属于有害元素，高温下生成一氧化碳破坏氧化膜的致密性，加速其氧化速度，而且碳化物的存在降低电热合金的塑性。在经济上可行的前提下，含碳量越低越好。另外，降低氮含量，可以减少氮化物析出，提高电热合金的塑性。

铅、锡、锑、铜等低熔点元素的含量应降到最低，这些元素会影响电热合金室温和高温下的强度、塑性指标。

综合上述几点设计出一种新的FeCrAlRe电热合金，其化学成份见表1，低熔点元素含量的控制标准，见表2。表1电热合金化学成份

C	S、P	Mn	Si	Ni	Ci	Al	Fe	Re
C	S、P	Mn	Si	Ni	Ci	Al	Fe	Re	≤0.02	≤0.02	0.50-0.65	≤0.55	≤0.55	19.0-21.0	6.5-8.5	余量	加入量0.2-0.5

表2低熔点元素含量的控制标准

Pb	Sn	Sb	Cu	As
Pb	Sn	Sb	Cu	As	≤0.01	≤0.01	≤0.01	≤0.05	≤0.01

下面详细描述本发明用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法及其产品。

用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产工艺方法包括熔炼工艺、电渣重熔、锻造开坯、退火、酸洗、拉丝，其中熔炼工艺包括选料、装料、熔化及精炼过程，所述的选料是选用工业纯铁，金属铬、铝铁或铝饼、铈铁、金属猛、结晶硅、石灰、萤石等。要保证化学成分准确，残余元素如铅、锡、锑、铜、砷等含量低。对入炉原料要认真挑选，使用前分析核对。炉料进炉前进行除污锈处理，在温度250℃以上箱式炉内保温4小时待用；所述的装料是采用中频感应电炉，采用不氧化法熔炼。炉料进炉次序，金属铬、工业纯铁；所述的熔化过程是炉料进炉后，开始接通电源，逐步增加功率。熔化过程中要经常捣料，防止未熔化的炉料搭桥，并不断添加工业纯铁。大部分炉料熔化后，分批加入造渣材料石灰和萤石，加入量0.6-1.0％，直到碱性造渣材料履盖合金液表面，防止钢液氧化，在升温过程中不断扒渣；所述的精炼过程是钢液温度已升到1600℃左右，取样分析C、Si、Mn、S、P、Cr以及Pb、Sn、Sb、Cu、As，即添加造渣材料履盖。当分析结果报出后，添加炉料进行调整，直到合格，扒清炉渣，用0.2％铝条，分批加入进行脱氧、脱氮、扒清渣后将配好的铝饼送入合金液面以下，再用0.1％左右的铝条脱氧后，出炉，倒入钢包；原钢包用煤气烘烤到500℃以上，备用。待出钢后把含Re＞20％的铈铁合金用纯铁皮包好放在离钢包底1/3处，钢包内还加少量硅钙合金，倒入合金液后，通入氩气，搅拌30-50秒，即可浇锭；所述的电渣重熔是将锭锻打成Φ100的圆棒，进行电渣重熔。电渣重熔工艺必须严格控制，必须使用具有还原性熔渣，熔渣成分Al₂0₃和萤石的比例为3∶7，防止铝的氧化，电渣重熔锭的单重为30-80kg；所述的锻造开坯是开坯温度为1100℃，终锻温度950℃以上，坯料尺寸为45×45×1200-1500mm；所述的热轧是采用250mm横列式轧机生产Φ6、Φ8mm盘条，每盘条单重为15-20kg；所述的退火是有二种退火方式，一种采用周期式电炉，在氧化性气氛中退火，退火工艺为780℃保温后淬水，另一种采用保护性气氛(氩气)的周期式电炉或成品采用具有保护气氛的连续式单线退火处理方式；所述的酸洗：采用周期式酸洗槽，在氧化性气氛的电炉进行退火处理的半成品，进行酸洗处理；

最后的拉丝是采用单列拉丝机进行拉丝，每拉一次，为消除经过冷变形成的加工硬化现象，需进行再结晶退火处理，以恢复材料的塑性，退火温度控制在760℃×1hr；直至拉制成所需的直径。

在上述工艺中，稀土元素的加入，可以降低电热合金中O、S、N的含量，还可以改善夹杂物颗粒的大小、形态，使之弥散分布。

在上述的拉丝步骤中是使用天然钻石拉丝模具或聚晶金刚石拉丝模具，这样可提高丝材表面质量，减小表面残余应力。

由上述生产工艺方法而获得的丝材，其成份为(以重量百分比计)C≤0.04，P、S≤0.02，Mn：0.50-0.65，Si≤0.55，Ni≤0.55，Cr：19.0-21.0，Al：6.5-8.5，Re：0.2-0.50(加入量)，Fe余量；其性能指标为：热导率12.8w/m.k，比热容0.494-0.508kj/kg.k，密度7.07-7.10kg/l，热膨胀系数15.95-16.05×10^-6℃^-1，电阻均匀性小于3.0％，高温氧化试验1200℃，800h增量小于2.6mg/cm²，常温延伸率δ₅＞12％，高温机械性能：拉断值＞440g，延伸率＞4％(Φ0.6的金属丝材)。

汽车尾气净化器要求载体具有耐高温、抗氧化，同时在高温时有足够的强度及高温抗腐蚀、疲劳能力，以保证尾气处理的正常运行及效果。Cr和Al的含量的增高有利于提高合金耐高温性能，Al的加入可以提高高温电阻，但Al的加入量受Cr含量的限制，而本发明确定了Cr、Al的最佳匹配值，同时在合金中加入有效的稀土元素，从而降低了C、P、S等有害元素的含量，进一步提高了其载体材料的纯净度，同时加强了材料和催化剂涂层的结合力，增加了净化器对尾气的处理效果，通过解决合金的冶炼工艺技术难题，从而提高了材料的质量和寿命。

Claims

1、一种用于机动车尾气净化器载体金属材料的生产方法，它包括熔炼工艺、电渣重熔、锻造开坯、退火、酸洗、拉丝，其中熔炼工艺包括选料、装料、熔化及精炼过程，其特征在于：所述的选料是选用工业纯铁，金属铬、铝铁或铝饼、铈铁、金属锰、结晶硅、石灰、萤石等，要保证化学成分准确，残余元素如铅、锡、锑、铜、砷等，含量低，对入炉原料要认真挑选，使用前分析核对，炉料进炉前进行除污锈处理，在温度250℃以上箱式炉内保温4小时待用；所述的装料是采用中频感应电炉，采用不氧化法熔炼；炉料进炉次序，金属铬、工业纯铁；所述的熔化过程是炉料进炉后，开始接通电源，逐步增加功率；熔化过程中要经常捣料，防止表熔化的炉料搭桥，并不断添加工业纯铁；大部分炉料熔化后，分批加入造渣材料石灰和萤石，加入量0.6-1.0％，直到碱性造渣材料履盖合金液表面，防止钢液氧化，在升温过程中不断扒渣；所述的精炼过程是钢液温度已升到1600℃左右，取样分析C、Si、Mn、S、P、Cr以及Pb、Sn、Sb、Cu、As后，即添加造渣材料履盖；当分析结果报出后，添加炉料进行调整，直到合格，扒清炉渣，用0.2％铝条，分批加入进行脱氧、脱氮、扒清渣后将配好的铝饼送入合金液面以下，再用0.1％左右的铝条脱氧后，出炉，倒入钢包；原钢包用煤气烘烤到500℃以上，备用；待出钢后把含Re＞20％的铈铁合金用纯铁皮包好放在离钢包底1/3处，钢包内还少量硅钙合金，倒入合金液后，通入氩气，搅拌30-50秒，即可浇锭；所述的电渣重熔是将锭锻打成Φ100的圆棒，进行电渣重熔；电渣重熔工艺必须使用具有还原性熔渣，熔渣成分Al₂O₃和萤石的比度为3∶7，防止铝的氧化，电渣重熔锭的单重为30-80kg；所述的锻造开坯是开坯温度为1100℃，终锻温度g50℃以上，坯料尺寸为45×45×1200-1500mm；所述的热轧是采用250mm横列式轧机生产Φ6、Φ8mm盘条，每盘条单重为15-20kg；所述的退火是有二种退火方式，一种采用周期式电炉，在氧化性气氛中退火，退火工艺为780℃保温后淬水，另一种采用保护性气氛(氩气)的周期式电炉或成品采用具有保护气氛的连续式单线退火处理方式；所述的酸洗：采用周期式酸洗槽，在氧化性气氛的电炉进行退火处理的半成品，进行酸洗处理；最后的拉丝是采用单列拉丝机进行拉丝，每拉一次，为消除经过冷变形形成的加工硬化现象；需进行再结晶退火处理，以恢复材料的塑性，退火温度控制在760℃×1hr；直至拉制成所需的直径。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的拉丝步骤中是使用钻石拉丝模具或聚晶金刚石拉丝模具。

3、一种由权利要求1所述的生产方法而获得的用于机动车尾气净化器载体金属材料，其特征在于：材料的成分为以重量百分比计C≤0.04，P、S≤0.02，MnO.50-0.65，Si≤0.55，Ni≤0.55，Cr19.0-21.0，Al：6.5-8.5，Re0.2-0.50，Fe余量；其性能指标为热导率12.8m.k，比热容0.494-0.508kj/kg.k，密度7.07-7.10kg/l，热膨胀系数15.95-16.05×10^-6℃C^-1，电阻均匀性小于3.0％，高温氧化试验1200℃，800h增量小于3.0mg.cm²，常温延伸率δ₅＞12％，高温机械性能，拉断值＞44g、延伸率＞4％。