JP2006519929A

JP2006519929A - 鉄−クロム−アルミニウム合金

Info

Publication number: JP2006519929A
Application number: JP2006504254A
Authority: JP
Inventors: ハッテンドルフ、ハイケ; アンゲリカコルブ・テリープス、; ホイダ、ラルフ
Original assignee: ThyssenKrupp VDM GmbH
Current assignee: VDM Metals GmbH
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2006-08-31
Also published as: AU2004219941B2; CA2529720A1; ZA200506916B; RU2005131433A; EP1601804B1; DE10310865B3; WO2004081247A2; EP1601804A2; MXPA05009519A; KR20050109545A; AU2004219941A1; WO2004081247A3; BRPI0409579B1; ES2445584T3; DE112004000857D2; BRPI0409579A; US20070110609A1; UA81021C2; RU2341581C2

Abstract

【解決手段】この発明は、質量％で、2.5から 5.0%Al、10から25%Cr及び0.05− 0.8%Si を含有し、さらに＞0.01から 0.1%Y及び/又は＞0.01から0.1%Hf及び/又は0.01から0.2 %Zr及び/又は＞0.01から0.2%セリウムーミッシュメタル (Ce, La, Nd)並びに製造に起因する不純物を含有する耐酸化性が良好な鉄−クロムーアルミニウム合金に関する。

Description

本発明は耐酸化性が良好な鉄−クロム−アルミニウム合金に関する。

今日４サイクルエンジンでは触媒が通例となっているが、ディーゼルエンジン及び２サイクルエンジン用触媒の開発は始まったばかりである。４サイクルエンジンでは、次の合金に類似する合金が使用されている。EP-A 0387670に記載されている（質量％で）、20-25%Cr, 5-8%Al, 最大で0.01%P、最大で0.01%Mg,最大で 0.5%Mn,最大で 0.005%S、残部鉄及び不可避的不純物からなる合金、及び、場合により 0.03 -0.08%Y, 0.004-0.008%N, 0.02-0.04%C, 0.035-0.07%Ti, 0.035-0.07%Zrなどの合金元素を含む合金。常法での製造では、常法による合金の鋳造、後続して熱間及び冷間成形が行なわれるが、アルミニウム含有量が６質量％以下では常法での製造は非常に困難であり、一方アルミニウム含有量がより高いと大規模基準での処理はできなくなるから、代替の製造方法が開発された。

US-PS 5,366,139によると、例えば、適切な鉄―クロム鋼に圧延クラッドによりアルミニウム又はアルミニウム合金の層を両側に被覆することにより鉄―クロムーアルミニウム合金からなる箔を製造する方法が記載されている。この接合材は単に冷間圧延し、そして最後に拡散焼鈍することにより均一な組織を発生させる。

他の方法は溶融アルミニウムめっきによる積層を施す方法であり、DE-A 198 34 552に記載されている。最終箔の組成（質量％での記載）は次のとおりである：18-25%Cr, 4-10%Al, 0.03-0.08%Y, 最大で0.01%Ti, 0.01-0.05%Zr, 0.01-0.05%Hf, 0.5-1.5%Si残部鉄及び製造に起因する不可避的不純物である。これまでこの合金から製造された箔が4サイクル燃焼エンジンに使用されている。

本発明が基礎とする課題は、250 ℃から1000℃の温度領域で使用され、十分な耐酸化性を有し、大規模工業基準で適用することができる合金を提供することである。

この課題は、（質量％で）2.5から 5.0%Al 及び10から25%Cr及び0.05―0.8%Si を含有し、並びに＞0.01から 0/1%Y、及び/又は＞0.01から0.1%Hf及び／又は0.01から0.2 %Zr,及び／又は＞ 0.01から0.2% セリウムーミッシュメタル (Ce, La, Nd)並びに製造に起因する不純物を含有する耐酸化安定性が良好な鉄−クロムーアルミニウム合金により解決される。

耐酸化性が良好な好ましい鉄―クロムーアルミニウム合金は次の組成を有する。2.5―5%Al 及び13から21%Cr並びに代替添加物として
>0.01から 0.1%Y及び >0.01から 0.1%Hf；
>0.01% から0.1%Y及び>0.01から 0.1%Hf及び >0.01%から0.2%Zr；
>0.01から0.2%セリウム−ミッシュメタル(Ce, La, Nd)
>0.01 から0.2%Zr及び >0.01から 0.2%セリウム−ミッシュ結晶 (Ce, La, Nd)
並びに製造に起因する不純物。

驚くべきことには、ディーゼルエンジン及び２サイクルエンジンの場合には、５％を超えるアルミニウム含有量は不必要であることが分かった。本件で関心がある250℃ から 1000℃の温度範囲では十分な耐酸化性を確保するためには、後述の実施例に示されるように、2.5-5.0質量％で完全に十分である。ここで耐酸化性を確保するためには、反応性元素を添加することが不可欠である。0.01―0.1%Y及び/又は0.01―0.1%Hfが特に好ましい。ここで両元素が存在する場合はこれら両元素の合計量が0.15％を超えると、耐酸化性に対する積極的効果に逆の作用が現れるために、0.15%を超えてはならない。例えば、Zr, Ce MM及びLaなどの他の酸素に親和性がある反応性元素の添加も合金の耐酸化性に関する積極的作用を達成することができる。

この合金から半製品を製造する方法は、合金を鋳塊もしくは鋳条に溶製し、かつ、必要により1回又は複数回の中間焼鈍を挟んで熱間及び冷間成形することを特徴とする。

製法の好ましい実施態様は、添付する従属請求項より理解できるであろう。

この組成により通常の方法で厚さ50μmの箔を製造でき、さらには20μmの箔も問題なく製造することができる。連続鋳造ではアルミニウム含有量が高いと原則として不良が多くなるが、コスト上特に有利な連続鋳造法でスラブを製造することもできる。

合金の好ましい用途例は次のとおりである。
―舶用ディーゼルエンジン、自動車（乗用車、トラック）のディーゼルエンジン及び２サイクルエンジン又はオートバイなどの排ガス装置の部品；
―ディーゼルエンジン及び２サイクルエンジンの金属製排気ガス触媒器の担持箔；
―ディーゼルエンジンの添加プラグの構造要素；
―例えばオートバイ、エンジン付き鎌、芝刈り機及びエンジン付き鋸などの排ガス浄化装置の編んだ網及び連続体；
−燃料室の排気ガス浄化装置の構造部品；
−ディーゼル装置及び２サイクル装置の排気ガス浄化装置に使用される表面被覆用噴射電線
―ディーゼル装置及び２サイクル装置の排気ガス浄化装置の電気予熱用加熱導体もしくは抵抗材料

本発明の対象は次の実施例によりさらに詳しく説明する。
（アルクロムISE,Hf3及びHf4の例は比較例を意味し、またアルクロムHf1及びHf2の実施例は本発明の対象を意味する。）

本発明の実施例は電弧炉で鋳塊もしくは鋳条を溶製し、約３ｍｍの厚さまで熱間圧延し、そして中間焼鈍を行いながら２０スタンド圧延機で0.02 から0.05mmの最終厚さまで冷間圧延した。

実施例の記述から分かるように、アルミニウム含有量に加えて、酸素親和性を有し、反応性がある元素を正確に調整することが、とりわけ肝要である。したがって、例えば本発明に係る合金アルクロムHf1及びアルクロムHf２は約３％と比較的Al含有量が低いにも拘わらず極めて耐酸化性が良好であり、これは比較例のアルクロムISE及びアルクロムHf4に類似している。これに対して、アルクロムHf3はAl含有量が5.36%と高いにも拘わらず、特性が劣る。これはY含有量が低いことに結びつけることができる。ここで、Y ないし Ce MMを添加すると耐酸化性を歴然と改良することができる（比較例アルクロムISE及びアルクロムHf4を参照）。

ディーゼルエンジン及び２サイクルエンジン用金属製触媒担体の構造体として別の重要な局面は、使用期間中の形状が安定していることである。対応する特性として長さ変化を考慮すると、４％の基準をできるだけ超えてはならない。

Al含有量が約 3%の本発明に係る合金アルクロムHf1及びアルクロムHf2は<4%の形状安定性を有し、Al含有量が>5%の比較例アルクロムISE及びアルクロムHf4も同様であることは図2に示されている。この場合も比較例合金Hf3は Al含有量が5.36%と高いにも拘わらず、Y含有量が低いので、400h後の長さ変化が約5%と高い。

このように、酸素親和性を有し、反応性がある元素を正確に調整することにより、明らかに5％未満のアルミニウム含有量においても金属製触媒の製作に必須な形態安定性を達成することができるという驚くべき結果が示された。Al含有量を比較的少なくすることによって用途に固有な因子を保つ鋳塊、鋳条又は鋳帯を経て製造コストを下げることができる。

箔厚さ50μm、1100℃での質量変化を示すグラフである。箔厚さ50μm、1100℃での長さ変化を示すグラフである。

Claims

質量％で、2.5から 5.0%Al、10から25%Cr及び0.05− 0.8%Si を含有し、さらに、添加物として＞0.01から 0.1%Y及び/又は＞0.01から0.1%Hf及び/又は0.01から0.2 %Zr及び/又は＞0.01から0.2%セリウムーミッシュメタル (Ce, La, Nd)を含有し、並びに製造に起因する不純物を含有する耐酸化性が良好な鉄−クロムーアルミニウム合金。
（質量％で）2.5から< 5%Al 及び13から21%Cr、並びに添加物として>0.01から 0.1%Y及び >0.01から 0.1%Hfを含有する請求項１記載の合金。
（質量％で）2.5から <5%Al, 13から 21%Cr並びに添加物として >0.01 から0.1%Y及び>0.01から 0.1%Hf及び >0.01から0.2%Zrを含有する請求項１記載の合金。
（質量％で）2.5から5%Al及び 13から 21%Cr並びに添加物として
>0.01から0.2%セリウム−ミッシュメタル(Ce, La, Nd)を含有することを特徴とする請求項１記載の合金。
（質量％で）2.5から5%Al及び13から 21%Cr並びに添加物として >0.01 から0.2%Zr及び >0.01から 0.2%セリウムミッシュメタル(Ce, La, Nd)を含有することを特徴とする請求項１記載の合金。
（質量％で）最大で0.06%C, 最大で0.6%Si, 最大で0.6%Mn、最大で 0.04%P, 最大で0.01%S,最大で 0.02%N,最大で 0.1%Ti,及び合計で最大 0.5%Nb, Mo, Cu 及び/又はWを含有する請求項１から５までの何れか１項記載の合金。
Y, Hf,Zr、セリウムミッシュ結晶(Ce,La,Nd)の１種又は２種以上の元素を部分的にもしくは完全にSc, Ti, Nd, Ta, V及び/又は１種又は２種以上の希土類金属元素うちの1種又は2種以上の元素で置換したことを特徴とする請求項１から６までの何れか１項記載の合金。
（質量％で）、Cr含有量が 14と 19%の間にあり、またAl含有量が 2.5 と4.5%の間にあるとともに、Y, Hf, Zr 、セリウムミッシュ結晶(Ce, La, Nd), Sc, Ti, Nb, Ta, V 及び希土類金属の少なくとも１種の全体含有量（質量%）が0.6%を超えないことを特徴とする請求項１から７までの何れか１項記載の合金。
（質量％で）Cr含有量が >17.5と <19%の間にあり、またAl含有量が >3と<4％の間にあることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項記載の合金。
（質量％で）Y含有量が >0.02と <0.08%の間にあり、Hf含有量が >0.02と <0.06%の間にあることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項記載の合金。
合金製構造部品が、金属の厚さ50μmであって、1100℃で400時間加熱後の長さ変化が<4%であることを特徴とする請求項１から１０までの何れか１項記載の合金。
鋳塊もしくは鋳条あるいは鋳帯に溶製した合金を必要により中間焼鈍しつつ熱間もしくは冷間成形して半製品を製造することを特徴とする請求項１から１１までの何れか１項記載の合金から半製品を製造する方法。
ディーゼル車両及び２サイクル装置、特にディーゼル及び２サイクルエンジン用部品として請求項１から１１までの何れか１項記載の合金を用いる用法。
金属製排気ガス触媒の担持箔として合金を用いることを特徴とする請求項１から１３までの何れか１項記載の合金の用法。
基材を線より製造した、排気ガス浄化装置の部品として用いる請求項１３記載の用法。
ディーゼルエンジンの燃焼室の構造部品として使用する請求項１３記載の用法。
ディーゼルエンジン又は２サイクルエンジンの排気ガス浄化装置の表面被覆用噴射線として使用する請求項１３記載の用法。
ディーゼルエンジン又は２サイクルエンジンの排気ガス浄化装置の電気予熱用加熱導体又は抵抗材料として使用する請求項１３記載の用法。
燃料室の排気ガス浄化装置の構造部品として使用する請求項１から１１までの何れか１項記載の合金の用法。